CN101527606B - 铁路电视单频网信号交叠区测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种信息技术领域的铁路电视单频网信号交叠区测试装置，包括2个定向耦合器、2个高频头、2个A/D转换器、2个同步模块、2个晶振、2个PN相关器、2个功率测量模块、数据处理模块，显示设备。进行测试时，使用两个频点进行测试，沿铁路线，相同的频点隔发射站分配，每两个相邻的同步发射基站都在不同的频点上，通过处理两个频点上的信号的接收功率、帧头同步信号和帧头PN相关情况来进行单频网测试。本发明降低了铁路电视单频网测试的复杂度和功耗，增强了铁路电视单频网测试的实时性、灵活性和移动性。使用一台装置就能实时判断测试位置是否处于单频网信号交叠区之内，最终能得出信号交叠区的位置和形状图，方便组网规划。

Description

铁路电视单频网信号交叠区测试装置

技术领域

本发明涉及一种信息技术领域的测试装置，特别是一种铁路电视单频网信号交叠区测试装置。

背景技术

中国铁路的建设的快速发展，特别是高速铁路客运专线的发展，推动了铁路电视技术的发展。据调查，铁路乘客对列车上观看实时电视的需求是很大的。并且，铁路是一个比较独立的系统，之前也并没有对应的电视广播技术是应用于铁路的，因此，铁路电视这种新技术是具有广阔的应用前景的一项技术。

在现有铁路电视技术中，单频网是被普遍选用的广播组网模式。单频网组网，就是全局在一个频点上向外发送信号。单频网的这个特性和传统的多频网相比有很多好处，最大的好处就是可以节约频谱资源和方便频谱规划。对于铁路电视技术来说，一个节目频道在全国范围内使用一个单独的频点就够了，有利于整体控制，方便了频谱分配和省去了列车在行进中的频繁的越区频率切换。

单频网有很多传统多频网没有的优势，但是同样也存在着多频网没有遇到的技术难题，这些技术难题主要集中在单频网的同步和信号交叠区的多径对抗上。单频网中，由于所有的同步发射机都以一个频率向外发射信号，在同步发射机间的信号覆盖的交叠区域，会出现几个强度差不多的同频信号，并且延时可能各不相同，这些信号在同步发射机没有达到时间同步的情况下，可能会出现难以对抗的长延时的多径。因此，在单频网交叠区中，不同发射机的信号的强度和时延差是很重要的参数。而在交叠区之外，由于只能收到一个同步发射机的信号或者一个同步发射机的信号远大于另外一个同步发射机的信号，单频网在这一区域实际上为单点发射覆盖的网络，基本不用考虑单频网出现的特殊难题，所以单频网的信号交叠区的位置判断是很重要的。因此，单频网的信号交叠区位置的判断和信号交叠区内信号的强度和时延差的测试是单频网测试的关键。

对于铁路电视单频网来说，由于其特定的同步发射站排列方式，即同步发射站沿铁路线每隔一段距离(一般情况下，这个距离大约在几公里或十几公里数量级)放置一个，使得铁路电视单频网的信号交叠区为两个相邻同步发射站发射的信号产生的交叠区。这样该交叠区内对着两个信号的强度和时延差，即这两个信号的接收功率和时延差的测量是重要的。

在现有技术中，对单频网交叠区的测量方式基本上是发射信号功率覆盖和时延差单独测。信号功率覆盖的测量使用场强仪或频谱仪，信号延时的测量一般使用数据采集器采集到并记录下来的数字电视解调器中的判决前的数据进行计算机后处理得出。或者直接使用接收机测试单频网电视广播的性能，如果电视信号接收正常则说明单频网工作正常，如果电视信号接收不正常则根据具体出现的不正常现象判断单频网出现了什么问题。

经对现有技术的文献检索发现，温娜在《电视技术》2008年第32卷第08期上发表的《国标地面数字电视单频网测量方法》，该文提出了的技术中，利用信号时延引起的信号频谱的变化，通过观测频谱仪来测量时延。该方法的不足在于，测量方法复杂，且精度不够，涉及设备很多可操作性且灵活性不高，没有一个方便使用的测试装置可以实时地将信号功率和信号时延在保证一定精度的前提下得出，并且实时地判断测试所处位置是否位于单频网信号交叠区之内。尤其在铁路电视单频网的测试中，由于测试地点顺着铁路线，常常要在火车上或者铁路沿线公路的汽车上进行测试，携带需要交流电源的高灵敏度的频谱仪上列车显然是不合适的，而使用便携式的频谱仪又达不到精度要求，尤其是使用频谱仪测试延时的时候。即使是在汽车上有，在有足够的电源的条件下，携带过多的仪器上汽车也是不方便的。

发明内容

本发明针对现有技术的存在的不足和缺陷，提出了一种铁路电视单频网信号交叠区测试装置，降低了铁路电视单频网测试的复杂度和功耗，增强了铁路电视单频网测试的实时性、灵活性和移动性。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：两个定向耦合器、两个高频头、两个A/D转换器、两个同步模块、两个晶振、两个PN(伪随机序列)相关器、两个功率测量模块、一个显示设备、一个数据处理模块。使用本发明进行测试时，需要使用两个频点进行测试，沿铁路线，相同的频点隔发射站分配，每两个相邻的同步发射基站都在不同的频点上。其中：

定向耦合器有三个射频端口，输入一端接天线，输出按小比利功率分配的一端接功率测量模块、输出按大比例分配的一端接高频头的射频输入端。两个定向器所接的天线，可以为数字电视单频网广播接收机所使用的天线，也可以为全向天线。

高频头的射频输入一端接定向耦合器的射频输入，中频输出一端接A/D转换器。两个高频头调谐到两个不同的频点上，具体频点由测试时发射频率所决定。

A/D转换器的中频输入接高频头中频输出，经过内部的复乘并下变频转换之后的输出基带信号，输出基带信号接同步模块的基带输入。

同步模块的输入为A/D转换器输出的基带信号，对这个信号进行同步操作以后，输出符号同步和载波恢复之后的码流给PN相关器，输出同步到的帧头使能给数据处理模块，同时同步模块在对信号进行同步的时候会控制相应晶振频率。同步模块和所测试的数字电视单频网广播所使用的数字电视调制方式对应的接收机内所使用的同步模块是一样的模块，除了一些没有用到接口可以省略，其他不需要更改。

晶振的频率变化受各自对应的同步模块控制，时钟输出输出给各自对应的A/D转换器、同步模块、PN相关器做时钟参考。

PN相关器输入为同步后的码流，输出为随相应晶振时钟变化的相关值。PN相关器输出的随相应晶振时钟变化的相关值可以连接示波器等其他测试设备。

功率测量模块输入为相应的定向耦合器分出来的一部分天线接收到的射频信号的功率，经过测量之后输出功率数值给数据处理模块。

显示设备由数据输出处理模块控制，显示两个信号的延时和功率，并显示当前测试位置是否在单频网中。

数据处理模块处理两个功率测量模块输出的功率数值和两个同步模块输出的帧头使能信号，将这些信息经过计算处理之后控制显示设备显示出来。

所述数据处理模块包括功率数值处理模块、帧使能产生模块、显示控制模块、延时计算模块，其中：

功率数值处理模块，其输入为两个功率测量模块输出的功率数值，输出为天线接收到的信号功率数值和标志当前测量地点是否位于单频网信号交叠区内的电平信号。功率数值处理模块将功率数值乘以定向耦合器中功率测量模块被分配的天线接收信号的比例的倒数，作为天线接收到的信号功率数值输出。此模块将计算出来的两个天线接收到的信号的功率数值进行想减后取绝对值，如果这个绝对值小于等于某一数值，则认为当前测试点处于单频网信号交叠区中，将标志电平信号拉高，反则反之。

帧使能产生模块，以某一个晶振的输出时钟作为工作时钟，输出符合数字电视单频网广播的数字电视调制方式的帧结构的帧使能。帧使能产生模块内置一个计数器，按照每工作时钟周期自增1计数，按照符合数字电视单频网广播的数字电视调制方式的帧结构所对应的计数值，输出帧使能。

显示控制模块，其输入为功率数值处理模块、延时计算模块和帧使能产生模块的所有输出数值，模块接显示设备，控制该显示设备将这些数值显示出来。模块利用帧使能产生模块产生的帧使能作为显示刷新使能。

延时计算模块，其输入为两个同步模块输出的帧头使能信号，经过计算后输出为两个信号的到达测试位置的时间差数值。

所述延时计算模块，为根据同步模块输出的帧头使能信号等进行状态转移，计算出两个信号的到达测试位置的时间差数值，其具体转移方式为：

复位后，进入初始状态。初始状态在下一个时钟周期到来时无条件向捕捉状态转移。同时使N＝0。其中N用来区分同步模块N，N＝0或1。同步模块0和1表示本发明装置中的两个同步模块。

捕捉状态中，延时计算模块监测同步模块N输出的帧头使能，当监测到帧头使能时进入时间计数状态，同时将时间计数器清零，其中时间计数器为置于延时计算模块中的计数器，按照每工作时钟周期自增1计数。如果没有检测到帧头使能则停留在捕捉状态。

时间计数状态中，时间计数器按每工作时钟周期自增1计数来计时。同时监测另一个同步模块输出的帧头使能，当监测到帧头使能时进入时间差计算状态，如果没有检测到帧头使能则继续停留在时间计数状态。

时间差计算状态中，延时计算模块判断时间计数器的数值是否小于半个帧所对应的计数值，如果小于则输出时间计数器的值，转移到捕捉状态。如果大于等于，则将N的值设为(N+1)模2运算，然后输出表示延时不可用的信号“N/A”。这将在显示设备中显示出来。同时将时间计数器清零，延时计算模块转移到时间计数状态。

本发明的有益效果是：降低了铁路电视单频网测试的复杂度和功耗，增强了铁路电视单频网测试的实时性、灵活性和移动性。使用一台装置，就可以实时判断测试位置是否处于单频网信号交叠区之内，由此随着测试点的位置变化和测试点的增多，可以得出信号交叠区的位置和形状图，方便组网规划。另外在这台装置上还可以测量最多两个和测试点有关的同步发射机发送信号的接受功率，并且可以测量这两个信号的延时差，方便调整和涉及解调器的性能以及发射和接收天线的高度方向等参数。全部装置可使用两个天线，一块FPGA和一块LCD组成，并且为了直观动态地显示信号交叠区内两个信号的延时变化，装置还提供了信号延时显示接口，连接到一台额外的示波器等其他的测量装置上，就可以清楚地看到信号延时的动态变化。即使不加示波器等其他的测量装置，也不影响实时地得到“是否位于单频网内”、“信号接收功率”和“信号延时差”这几个重要的参数。

附图说明

图1为本发明装置的一般实施的结构框图。

图2为本发明出装置的一般实施中的数据处理模块的结构框图。

图3为本发明装置的一般实施中的数据处理模块中的帧头延时计算子模块的状态转移图。

图4为本发明在ADTB-R SFN中实施例的实施方法。

图5为本发明在ADTB-R SFN中的数据处理模块结构框图。

具体实现方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1，本实施例的定向耦合器101和102：定向耦合器101和102的三个射频端口，输入一端接天线117和118，输出按小比利功率分配的一端接功率测量模块、输出按大比例分配的一端接高频头的射频输入端。两个定向器所接的天线，可以为数字电视单频网广播接收机所使用的天线，也可以为全向天线。

高频头103和104：高频头103和104的射频输入一端接定向耦合器101和102的射频输入，中频输出一端接A/D转换器105和106。两个高频头调谐到两个不同的频点上，具体频点由测试时发射频率所决定。

A/D转换器105和106：A/D转换器105和106的中频输入接高频头中频输出，经过内部的复乘并下变频转换之后的输出基带信号，输出基带信号接同步模块107和108的基带输入。

同步模块107和108：同步模块107和108的输入为A/D转换器105和106输出的基带信号，对这个信号进行同步操作以后，输出符号同步和载波恢复之后的码流给PN(伪随机序列)相关器111或112，输出同步到的帧头使能给数据处理模块115，同时同步模块107和108在对信号进行同步的时候会控制相应晶振频率109和110。同步模块和所测试的数字电视单频网广播所使用的数字电视调制方式对应的接收机内所使用的同步模块是一样的模块，除了一些没有用到接口可以省略，其他不需要更改。

晶振109和110：晶振109和110的频率变化受各自对应的同步模块控制，时钟输出输出给各自对应的A/D转换器109和110、同步模块107和108、PN相关器111和112做时钟参考。

PN相关器111和112：PN相关器111和112输入为同步后的码流，输出为随相应晶振时钟变化的相关值。PN相关器输出的随相应晶振时钟变化的相关值可以连接示波器等其他测试设备。

功率测量模块113和114：功率测量模块113和114输入为相应的定向耦合器101和102分出来的一部分天线接收到的射频信号的功率，经过测量之后输出功率数值给数据处理模块115。

显示设备116：显示设备116由数据输出处理模块115控制，显示两个信号的延时和功率，并显示当前测试位置是否在单频网中。

数据处理模块115：该模块有以下子模块组成，如图2：

功率数值处理模块21：输入为两个功率测量模块113和114输出的功率数值，输出为天线接收到的信号功率数值和标志当前测量地点是否位于单频网信号交叠区内的电平信号。功率数值处理模块将功率数值乘以定向耦合器中功率测量模块被分配的天线接收信号的比例的倒数，作为天线接收到的信号功率数值输出。此模块将计算出来的两个天线接收到的信号的功率数值进行想减后取绝对值，如果这个绝对值小于等于某一数值，则认为当前测试点处于单频网信号交叠区中，将标志电平信号拉高，反则反之。

帧使能产生模块22。以某一个晶振的输出时钟作为工作时钟，输出符合数字电视单频网广播的数字电视调制方式的帧结构的帧使能。帧使能产生模块内置一个计数器，按照每工作时钟周期自增1计数，按照符合数字电视单频网广播的数字电视调制方式的帧结构所对应的计数值，输出帧使能。

显示控制23。输入为功率数值处理模块、延时计算模块和帧使能产生模块的所有输出数值，模块接显示设备，控制该显示设备将这些数值显示出来。模块利用帧使能产生模块22产生的帧使能作为显示刷新使能。

延时计算模块24。输入为两个同步模块107和108输出的帧头使能信号，经过计算后输出为两个信号的到达测试位置的时间差数值。延时计算模块的功能为根据同步模块输出的帧头使能信号等进行状态转移，计算出两个信号的到达测试位置的时间差数值，其具体转移方式为，如图3：

复位后，进入初始状态31。初始状态在下一个时钟周期到来时无条件向捕捉状态32转移。同时使N＝0。其中N用来区分同步模块N，N＝0或1。同步模块0和1表示本发明装置中的两个同步模块。

捕捉状态32中，延时计算模块24监测同步模块N输出的帧头使能，当监测到帧头使能时进入时间计数状态33，同时将时间计数器清零，其中时间计数器为置于延时计算模块中的计数器，按照每工作时钟周期自增1计数。如果没有检测到帧头使能则停留在捕捉状态32。

时间计数状态33中，时间计数器按每工作时钟周期自增1计数来计时。同时监测另一个同步模块输出的帧头使能，当监测到帧头使能时进入时间差计算状态34，如果没有检测到帧头使能则继续停留在时间计数状态33。

时间差计算状态34中，延时计算模块24判断时间计数器的数值是否小于半个帧所对应的计数值，如果小于则输出时间计数器的值，转移到捕捉状态32。如果大于等于，则将N的值设为(N+1)模2运算，然后输出表示延时不可用的信号“N/A”。这将在显示设备中显示出来。同时将时间计数器清零，延时计算模块24转移到时间计数状态33。

使用本装置进行测试时，需要使用两个频点进行测试，沿铁路线，相同的频点隔发射站分配，每两个相邻的同步发射基站都在不同的频点上。

本装置可应用于ADTB-R SFN系统中，ADTB-R SFN系统是一个铁路电视单频网系统，该系统的功率覆盖方法为沿铁路线的线性覆盖方式，并采用前后定向天线进行分集接收来对抗交叠区两根强径及其多普勒效应，典型的单频网信号交叠区位于两个同步发射基站正中间，但是由于有时铁路轨道具有一定的曲率，并且受地形、发射站位置和发射站发射信号角度的影响，信号交叠区有时会不在典型位置，这就需要判断交叠区的位置，并对关键参数进行测量。

本装置在ADTB-R SFN中的实施例的实施方式为，如图4，和图1相比：

1.使用两个频点770MHz和762Mhz进行测试，沿铁路线，相同的频点隔发射站分配，每两个相邻的同步发射基站都在不同的频点上。高频头403调谐至762Mhz，高频头404调谐至770MHz。

2.与模块107和108相比，模块407和408具体化为ADTB解调器所使用的同步模块，输出为ADTB帧头使能。

3.与模块111和112相比，模块411和412具体化为ADTB帧头PN相关器。其输出连接到本装置外部的示波器上。

4.和模块116相比，模块416具体化为LCD(即液晶显示屏)。

5.如图5，和图3相比，数据处理模块415内部的模块52具体化为ADTB帧使能产生模块，模块53具体化为LCD显示控制模块。

6.确定好前五项之后，按照图4和图5搭好系统。其工作原理等同于前面所述的本发明一般性的工作原理，未作特殊说明的本发明其它模块在此实施例中和本发明的一般实施例相对照均不需要改动。

应用本发明后，对ADTB-R SFN的单频网信号交叠区的测试可以方便地在火车上进行，对单频网信号交叠区的判断和对信号功率和延时的测量具有实时性，可以调整同步发射站的天线高度和角度等发射参数，方便了组网。并且信号延时差的变化可以实时地在示波器上反映出来，两个信号的时延和各自的多径都可以观察到，方便了测试时的单频网分析和测试策略的及时调整。

Claims (9)

1.一种铁路电视单频网信号交叠区测试装置，其特征在于包括两个定向耦合器、两个高频头、两个A/D转换器、两个同步模块、两个晶振、两个PN相关器、两个功率测量模块、一个显示设备、一个数据处理模块，其中：

定向耦合器的三个射频端口，输入一端接天线，输出按小比率功率分配的一端接功率测量模块、输出按大比例分配的一端接高频头的射频输入端；

高频头的射频输入一端接定向耦合器的射频输入，中频输出一端接A/D转换器；

A/D转换器的中频输入接高频头中频输出，经过内部的复乘并下变频转换之后输出基带信号，输出基带信号接同步模块的基带输入；

同步模块的输入为A/D转换器输出的基带信号，对这个信号进行同步操作以后，输出符号同步和载波恢复之后的码流给PN相关器，输出同步到的帧头使能给数据处理模块，同时同步模块在对信号进行同步的时候会控制晶振频率；

两个晶振的频率变化受各自对应的同步模块控制，时钟输出给各自对应的A/D转换器、同步模块、PN相关器做工作时钟，其中的一个晶振被选择作为数据处理模块的工作时钟；

PN相关器输入为同步后的码流，输出为随相应晶振时钟变化的相关值；

功率测量模块输入为相应的定向耦合器分出来的一部分天线接收到的射频信号的功率，经过测量之后输出功率数值给数据处理模块；

数据处理模块处理两个功率测量模块输出的功率数值和两个同步模块输出的帧头使能信号，将这些信息经过计算处理之后控制显示设备显示出来；

显示设备由数据输出处理模块控制，显示两个信号的延时和功率，并显示当前测试位置是否在单频网中。

2.根据权利要求1所述的铁路电视单频网信号交叠区测试装置，其特征是，所述两个定向耦合器所接的天线，为数字电视单频网广播接收机天线，或者为全向天线。

3.根据权利要求1所述的铁路电视单频网信号交叠区测试装置，其特征是，所述两个高频头调谐到两个不同的频点上，具体频点由测试时发射频率所决定，用两个频点进行测试时，沿铁路线，相同的频点隔发射站分配，每两个相邻的同步发射基站都在不同的频点上。

4.根据权利要求1所述的铁路电视单频网信号交叠区测试装置，其特征是，所述的同步模块和所测试的数字电视单频网广播所使用的数字电视调制方式对应的接收机内所使用的同步模块是一样的模块。

5.根据权利要求1所述的铁路电视单频网信号交叠区测试装置，其特征是，所述的PN相关器输出的随相应晶振时钟变化的相关值连接示波器。

6.根据权利要求1所述的铁路电视单频网信号交叠区测试装置，其特征是，所述的数据处理模块有以下子模块组成；

功率数值处理模块，其输入为两个功率测量模块输出的功率数值，输出为天线接收到的信号功率数值和标志当前测量地点是否位于单频网信号交叠区内的电平信号；

延时计算模块，其输入为两个同步模块输出的帧头使能信号，经过计算后输出为两个信号到达测试位置的时间差数值；

帧使能产生模块，以某一个晶振的输出时钟作为工作时钟，输出符合数字电视单频网广播的数字电视调制方式的帧结构的帧使能；

显示控制模块，其输入为功率数值处理模块、延时计算模块和帧使能产生模块的所有输出数值，该模块接显示设备，控制该显示设备将这些数值显示出来，并利用帧使能产生模块产生的帧使能作为显示刷新使能。

7.根据权利要求6所述的铁路电视单频网信号交叠区测试装置，其特征是，所述的功率数值处理模块将功率数值乘以定向耦合器中功率测量模块被分配的天线接收信号的比例的倒数，作为天线接收到的信号功率数值输出，此模块将计算出来的两个天线接收到的信号的功率数值进行相减后取绝对值，如果这个绝对值小于等于某一数值，则认为当前测试点处于单频网信号交叠区中，将标志电平信号拉高，反则反之。

8.根据权利要求6所述的铁路电视单频网信号交叠区测试装置，其特征是，所述的延时计算模块根据同步模块输出的帧头使能信号进行状态转移，计算出两个信号的到达测试位置的时间差数值，其具体转移方式为：

复位后，进入初始状态，初始状态在下一个时钟周期到来时无条件向捕捉状态转移，同时使N＝0，其中N用来区分同步模块N，N＝0或1，同步模块0和1表示装置中的两个同步模块；

捕捉状态中，延时计算模块监测同步模块N输出的帧头使能，当监测到帧头使能时进入时间计数状态，同时将时间计数器清零，其中时间计数器为置于延时计算模块中的计数器，按照每工作时钟周期自增1计数，如果没有检测到帧头使能则停留在捕捉状态；

时间计数状态中，时间计数器按每工作时钟周期自增1计数来计时，同时监测另一个同步模块输出的帧头使能，当监测到帧头使能时进入时间差计算状态，如果没有检测到帧头使能则继续停留在时间计数状态；

时间差计算状态中，延时计算模块判断时间计数器的数值是否小于半个帧所对应的计数值，如果小于则输出时间计数器的值，转移到捕捉状态，如果大于等于，则将N的值设为(N+1)模2运算，然后输出表示延时不可用的信号“N/A”，这将在显示设备中显示出来，同时将时间计数器清零，模块转移到时间计数状态。

9.根据权利要求6所述的铁路电视单频网信号交叠区测试装置，其特征是，所述帧使能显示模块内置一个计数器，按照每工作时钟周期自增1计数，按照符合数字电视单频网广播的数字电视调制方式的帧结构所对应的计数值，输出帧使能。

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