CN103001687A - 一种用于接收gsm-r信号的接收装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于接收GSM-R信号的GSM-R接收装置，该接收装置采用双通道的输入结构，上行信号接收通道接收的信号频率范围为885MHz-889MHz，下行信号接收通道接收的信号频率范围为930MHz-934MHz，每个通道采用相同的结构，上行信号接收通道由6个模块构成，分别是上行信号接收天线、上行信号声表面波滤波器模块、上行信号低噪声放大器模块、上行信号UHF接收机模块、上行信号中频滤波器模块和上行信号中频放大器模块；控制单元通过控制UHF接收机进行信道选择。本发明在降低制造成本的同时，能够适应各种复杂的工作环境，为GSM-R铁路监测提供解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于接收GSM-R（GSM for Railways）信号的GSM-R信号接收装置，特别涉及改善其在复杂环境下的接收性能，能够实现同时接收GSM-R信号上行频段和下行频段，并且在频率范围内，对其信道进行程控扫描。
背景技术
GSM_R是专门为满足铁路应用而开发的数字式的无线通信系统，是专用移动通信的一种，专用于铁路日常通信。在我国铁路，其上行频段为885MHz-889MHz，下行频段为930MHz-934MHz，上行频段指终端发射频率，下行频段指终端的接收频率，信道带宽为200KHz，系统总体包括网络子系统、基站子系统、运行和业务支撑子系统和终端设备四个部分。
GSM-R作为铁路通信的专用系统，其通信质量的好坏，对铁路系统的正常运行起着至关重要的作用，因此对铁路信号的监测变得尤为重要。通常的监测是通过移动的监测车辆搭载复杂的监测设备，对铁路沿线的GSM-R信号进行监测，以确定干扰源并排除，这种方式不但需要大量的人力和物力，而且对于复杂环境下的监测存在限制，尤其是在地形复杂、环境温度和干扰环境复杂的情况下，对于信号的采集存在诸多不利的因素。同时由于检测设备大多采用结构复杂，功能性复杂的接收装置，图2A和2B给出了两种常用接收装置的结构功能框图，对于专门用来监测GSM-R信号的监测系统来说，浪费资源的同时，增加了这个监测系统的成本。
发明内容
为了解现有技术中存在的抗干扰能力差，结构复杂，使用不便的问题， 本发明采用了如下技术方案：
该GSM-R接收装置由两个通道和控制单元组成，两个通道分别是上行信号接收通道和下行信号接收通道，控制单元通过控制UHF接收机进行信道选择。图1给出了其整体的结构框图。
上行信号接收通道接收的信号频率范围为885MHz-889MHz，上行信号接收通道由6个模块构成，分别是上行信号接收天线（101）、上行信号声表面波滤波器模块（102）、上行信号低噪声放大器模块（103）、上行信号UHF接收机模块（104）、上行信号中频滤波器模块（105）和上行信号中频放大器模块（106）；上行信号接收天线（101）采用接收频段在800-900MHz的单鞭天线，接收885MHz-889MHz上行频段的信号；上行信号声表面滤波器模块（102）由声表面滤波器和匹配网络组成，声表面滤波器采用中心频率为881.5MHz，带宽为25MHz的带通滤波器，匹配网络由电容C3和电感L3组成，声表面滤波器接收上行信号接收天线（101）发来的信号经匹配网络发送至上行信号低噪声放大器模块（103），电容C3串联在声表面波滤波器输出端与低噪声放大器输入端的信号通路中，电感L3并联在声表面波滤波器输出端与低噪声放大器输入端的信号通路中；上行信号低噪声放大器模块（103）由低噪声放大器和输出端匹配网络构成，低噪声放大器采用噪声系数为1.51dB，增益范围17.9dB-15dB的低噪声放大器，该低噪声放大器输出三阶交调截取点为37dBm，工作频率范围为50MHz-3GHz，输出端匹配网络由电容C15和电感L5组成，低噪声放大器接收上行信号声表面滤波器模块（102）发送的信号，经输出端匹配网络发送至上行信号UHF接收机模块（104），电容C15串联在低噪声放大器输出端和UHF接收机输入端的信号通路中，电感L5并联在低噪声放大器输出端和UHF接收机输入端的信号通路中；上行信号UHF接收机模块（104）包括的UHF接收机及其外围的匹配电路，UHF接收机集成了低噪声放大器和混频器，通过UHF接收机的3脚信号输入端，将经上行信号低噪声放大器模块（103）的输出信号输入到集成在UHF接收机中的低噪声放大器，完成信号的第二次放大，将UHF接收机中的低噪声放大器输出的信号经UHF接收机的混频器完成信号的下变频，从UHF接收机的28脚中频信号输出端输出中频信号，UHF接收机由SPI总线配置为high-side模式，high-side模式作为混频器的工作模式，该模式下混频器输出的中频信号的频率=本地振荡器输出信号的频率-UHF接收机中混频器的输入信号的频率（即UHF接收机中低噪声放大器输出信号的频率），UHF接收机模块（104）中外围匹配电路包括调谐电感，元件L13作为调谐电感，并联在UHF接收机的模拟输入引脚10和模拟输入引脚11，采用6.5nH-6.8nH的电感；上行信号中频滤波器模块（105）包括中频滤波器及匹配网络，中频滤波器采用中心频率为10.7MHz的陶瓷滤波器，中频滤波器的带宽为230KHz，匹配网络包括中频滤波器的输入端阻抗匹配网络以及输出端阻抗匹配网络，输入端阻抗匹配网络包括电容C37和电阻R17，电容C37串联在UHF接收机中频输出端与中频滤波器之间的信号通路上，电阻R17并联在UHF接收机中频输出端与中频滤波器之间的信号通路上，输出端阻抗匹配网络包含电感L17和电容C59，电感L17串联在中频滤波器与中频放大器之间的信号通路上，电容C59并联联在中频滤波器与中频放大器之间的信号通路上，完成中频滤波器的输出端阻抗匹配，上行信号UHF接收机模块（104）输出的下变频信号经过中频滤波器的输入端阻抗匹配网络后进入中频滤波器滤波，再经输出端阻抗匹配网络发送至上行信号中频放大器模块（106）；上行信号中频放大器模块（106）由增益为16.5dB，工作频段为DC-1000MHz，噪声系数为3dB的中频放大器级联构成，中频放大器模块采用3级级联的方式；
下行信号接收通道接收的信号频率范围为930MHz-934MHz，下行信号接收通道由6个模块构成，分别是下行信号接收天线（108）、下行信号声表面波滤波器模块（109）、下行信号低噪声放大器模块（110）、下行信号UHF接收机模块（111）、下行信号中频滤波器模块（112）和下行信号中频放大器模块（113）；下行信号接收天线（108）采用接收频段在900-1000MHz的单鞭天线，接收930MHz-934MHz下行频段的信号；下行信号声表面滤波器模块（109）由声表面滤波器和匹配网络组成，声表面滤波器采用中心频率为942.5.5MHz，带宽为35MHz的带通滤波器，匹配网络由电容C1和电感L1组成，声表面滤波器接收下行信号接收天线（108）发来的信号经匹配网络发送至下行信号低噪声放大器模块（110），电容C1串联在声表面波滤波器输出端与低噪声放大器输入端的信号通路中，电感L1并联在声表面波滤波器输出端与低噪声放大器输入端的信号通路中；下行信号低噪声放大器模块（110）由低噪声放大器和输出端匹配网络构成，低噪声放大器采用噪声系数为1.51dB，增益范围17.9dB-15dB的低噪声放大器，该低噪声放大器输出三阶交调截取点为37dBm，工作频率范围为50MHz-3GHz，输出端匹配网络由电容C7和电感L6组成，低噪声放大器接收上行信号声表面滤波器模块（110）发送的信号，经输出端匹配网络发送至上行信号UHF接收机模块（111），电容C7串联在低噪声放大器输出端和UHF接收机输入端的信号通路中，电感L6并联在低噪声放大器输出端和UHF接收机输入端的信号通路中；下行信号 UHF接收机模块（111）采用的是UHF接收机及其外围的匹配电路，UHF接收机集成了低噪声放大器和混频器，通过UHF接收机的3脚信号输入端，将经上行信号低噪声放大器模块（110）的输出信号输入到集成在UHF接收机中的低噪声放大器，完成信号的第二次放大，将UHF接收机中的低噪声放大器输出的信号经UHF接收机的混频器完成信号的下变频，从UHF接收机的28脚中频信号输出端输出中频信号，UHF接收机由SPI总线配置为low-side模式，low-side模式作为混频器的工作模式，该模式下混频器输出的中频信号的频率= UHF接收机中混频器的输入信号的频率（即UHF接收机中低噪声放大器输出信号的频率）-本地振荡器输出信号的频率，UHF接收机模块（111）中外围匹配电路包括调谐电感，元件L11作为调谐电感，并联在UHF接收机的模拟输入引脚10和模拟输入引脚11，采用4.7nH-5.1nH的电感；下行信号中频滤波器模块（112）包括中频滤波器及匹配网络，中频滤波器采用中心频率为10.7MHz的陶瓷滤波器，中频滤波器的带宽为230KHz，匹配网络包括中频滤波器的输入端阻抗匹配网络以及输出端阻抗匹配网络，输入端阻抗匹配网络包括电容C38和电阻R16，电容C38串联在UHF接收机中频输出端与中频滤波器之间的信号通路上，电阻R16并联在UHF接收机中频输出端与中频滤波器之间的信号通路上，输出端阻抗匹配网络包含电感L16和电容C58，电感L16串联在中频滤波器与中频放大器之间的信号通路上，电容C58并联联在中频滤波器与中频放大器之间的信号通路上，完成中频滤波器的输出端阻抗匹配，下行信号UHF接收机模块（112）输出的下变频信号经过中频滤波器的输入端阻抗匹配网络后进入中频滤波器滤波，再经输出端阻抗匹配网络发送至上行信号中频放大器模块（113）；下行信号中频放大器模块（113）由增益为16.5dB，工作频段为DC-1000MHz，噪声系数为3dB的中频放大器级联构成，中频放大器模块采用3级级联的方式。
上行信号接收通道和下行信号接收通道中，接收天线101和108作为信号的输入端，采用窄带的单鞭天线接收信号；声表面波滤波器模块102和109采用的声表面波滤波器，其目的是滤除GSM-R信号频带范围以外的信号，提高输入端的信噪比；低噪声放大器模块103和110采用的低噪声放大器，其作用是提高信号强度；UHF接收机模块104和111中UHF接收机集成的第二级放大器用来放大输入信号，进一步提高信号强度，满足混频器的输入要求， UHF接收机集成的本地振荡器为混频器提供混频信号，在超外差式接收装置中，混频器输出的中频信号频率是振荡器的输入信号频率与本地振荡器输出信号频率的频率差，混频器的作用是将输入信号频率降低到中频频率，产生中频输出，便于简化后级电路对信号的采集和解调过程；中频滤波器模块105和112中的中频滤波器采用的是陶瓷滤波器，其作用：一是进行信道选择，二是滤除耦合或者泄露到混频器输出端的射频输入信号和本振信号；中频放大器模块106和113的作用是放大中频信号，便于后级的信号解调电路进行信号采集和解调。
接收天线101用于接收上行信道的信号，其天线采用满足885MHz-889MHz信号输入的单鞭天线，接收天线108用于接收下行信道的信号，其天线采用满足930MHz-934MHz信号输入的单鞭天线。
声表面波滤波器模块102和109包含的声表面波滤波器均采用的是窄带的带通滤波器，声表面波滤波器模块102中的采用的声表面波滤波器中心频率为881.5MHz，其通带内频率为869MHz-894MHz，通带内插入损耗为2.1dB，声表面波滤波器模块109中采用的声表面波滤波器中心频率为942.5MHz，其通带内频率为925MHz-960MHz，通带内插入损耗为2.2dB。
由于GSM-R信号接收装置通常工作在铁路沿线，因此应当对复杂环境有好的适应性，尤其是要适应信号强度的变化、环境温度的变化和干扰信号的变化。对于GSM-R信号系统而言，其参考灵敏度应当满足-102dBm的要求，而为了满足后级最小频移键控解调的要求，其信噪比应当大于或等于9dB，温度在290K的情况下，接收装置的灵敏度计算公式为：
S=-174dBm+NF-SNR+10log(BW) (1)，
其中S表示接收装置的灵敏度，NF表示噪声系数，SNR表示信噪比，BW表示信道带宽。
由于GSM-R信号的信道带宽为200KHz，因此根据公式（1）可计算出接收装置的噪声系数应当小于或者等于10dBm。
噪声系数是对系统的输入和输出之间的信噪比递降的一种量度，对于GSM-R接收机而言，在级联情况下，其噪声系数：
其中Fx表示各级联部分噪声系数，Gx表示各级联部分的增益。
由此可见第一级级联的部分对于整个系统的噪声系数影响最大，所以对于整个接收装置系统而言，第一级放大器应当选择噪声系数小的低噪声放大器。而对于低噪声放大器而言，为了使其能够正常的工作，不会出现因为高增益而产生自激现象，其放大倍数不宜过高，为此本发明设计时采用两级放大器结构，在上行信号接收通道中首先通过上行信号低噪声放大器模块（103）进行一级放大，放大器的噪声系数为1.51dB，放大器增益范围17.9dB-15dB，放大器的输出三阶交截点为37dB，对于接收装置系统而言能够保证其具有的优异的线性度， UHF接收机模块104中的UHF接收机集成的低噪声放大器完成第二级放大，图3给出了其内部的结构框图，放大器的噪声系数为1.5dB，放大器的增益为10dB，放大器的输出三阶交调点为10dB，这样既能够尽可能的对输入信号进行放大，同时解决了高增益而产生自激的异常工作问题。
UHF接收机模块104和111中的UHF接收机集成的混频器完成信号的下变频功能，可以采用两种工作模式，一种是high-side模式，采用本振信号频率高于输入信号频率的方式，输出的中频信号的频率=本地振荡器输出信号的频率-输入信号的频率，一种是low-side模式，采用本振信号频率高于输入信号频率的方式，输出的中频信号的频率=输入信号的频率-本地振荡器输出信号的频率。中频信号由UHF接收机的28脚中频信号输出端输出中频信号，UHF接收机通过SPI总线进行配置。
单片机107通过SPI总线与UHF接收机模块104和111相连，GSM-R信号接收装置信道的选择均通过单片机控制完成，单片机用于配置UHF接收机模块中的UHF接收机内部寄存器。
中频滤波器模块105和112中的中频滤波器均采用带宽为230KHz的陶瓷滤波器，陶瓷滤波器的插入损耗为3.5dB，其输出信号的带宽决定了GSM-R接收装置系统的带宽，根据式（1）可以看出，采用230KHz的带宽可以有效的提高GSM-R接收装置的灵敏度。
中频放大器模块106和113的作用是放大中频输出信号，为后级解调电路提供可直接采样的信号，由于UHF接收机模块104和111中UHF接收机输出的中频信号强度最小为毫伏级，因此为了满足采样的要求，中频放大器的放大倍数应当大于40dB。
有益效果
本发明涉及的GSM-R信号接收装置沿铁路沿线放置，用于实时采集数据，为排查异常提供了硬件平台。当发现异常数据时，对于异常的监测点派出人员进行干扰的排除，节省了大量的人力和物力，提高了监测的效率。本发明采用的简化的功能结构，不但能够实现在复杂环境下的GSM-R信号的接收，同时在提高接收性能，包括提高GSM-R接收装置的灵敏度和动态范围，降低GSM-R底噪的情况下降低GSM-R接收装置的成本，为沿铁路沿线放置多个终端提供了可能性。
附图说明
图1为接收装置整体结构框图；
图2A和2B为常用接收装置结构功能框图；
图3为UHF接收机内部结构框图；
图4A为上行信号接收通道电路原理图；
图4B为下行信号接收通道电路原理图；
图5A和图5B为接收装置整体功能框图的仿真数据；
图6A和图6B分别为上、下行声表面波滤波器的S参数；
图7A和图7B分别为上、下行低噪声放大器模块电路原理图；
图8A为低噪声放大器模块电路仿真原理图；
图8B和8C为加入匹配网络前后对比图；
图9A和图9B分别为上、下行UHF接收机模块的电路原理图；
图10为中频滤波器模块电路原理图；
图11A为中频放大器模块电路原理图；
图11B为中频放大器模块电路仿真原理图；
图11C为中频放大器模块电路仿真结果；
图12为信道扫描的软件流程图；
图13为UHF接收机的控制时序。
101、上行信号接收天线，102、上行信号声表面波滤波器模块，103、上行信号低噪声放大器模块，104、上行信号UHF接收机模块，105、上行信号中频滤波器模块，106、上行信号中频放大器模块，107、单片机，108、下行信号接收天线，109、下行信号声表面波滤波器模块，110、下行信号低噪声放大器模块，111、下行信号UHF接收机模块，112、下行信号中频滤波器模块，113、下行信号中频放大器模块，401、UHF接收机内部集成低噪声放大器，402、UHF接收机内部集成混频器，403、UHF接收机内部集成中频信号输出模块，404、用于配置UHF接收机内部寄存器的SPI总线，801、低噪声放大器的输入端阻抗匹配网络，802、低噪声放大器的输出端阻抗匹配网络，1101、中频放大器模块电路仿真结果增益曲线，1102、中频放大器模块电路仿真结果稳定性曲线。
实施例
以下将结合附图对本发明进一步说明。
图5A是利用ADS软件搭建的原理图，其结构与图1接收装置整体结构相同，图5B给出了接收装置整体功能框图的仿真数据，从仿真结果中可以看出输出噪声系数NF_Refln_dB为9.4dB，输出信噪比能够达到10.65dB，满足设计要求，同时动态范围可以达到69dB。
图4A是接收装置的上行信号接收通道，声表面波滤波器模块102中的声表面波滤波器采用的型号为SF1183G，1脚为GSM-R上行信号的输入端，3脚为经过滤波的GSM-R上行信号的输出端；低噪放大器模块103中的低噪声放大器采用的型号为MGA53589，1脚为声表面波滤波器输出信号的输入端，3脚为低噪声放大器的输出端口；UHF接收机模块104中的UHF接收机采用的型号为CC1000，1脚为UHF接收机的输入端，28脚为中频信号的输出端；中频滤波器模块105中的中频滤波器采用的型号为SPECF10M7。
图4B是接收装置的下行信号接收通道，声表面波滤波器模块109中的声表面波滤波器采用的型号为SF1183G，1脚为GSM-R下行信号的输入端，3脚为经过滤波的GSM-R下行信号的输出端；低噪放大器模块110中的低噪声放大器采用的型号为MGA53589，1脚为声表面波滤波器输出信号的输入端，3脚为低噪声放大器的输出端口；UHF接收机模块111中的UHF接收机采用的型号为CC1000，1脚为UHF接收机的输入端，28脚为中频信号的输出端；中频滤波器模块112中的中频滤波器采用的型号为SPECF10M7。
图4A中声表面波滤波器模块的匹配网络包括电容C3和电感L3，声表面滤波器接收上行信号接收天线（101）发来的信号经匹配网络发送至上行信号低噪声放大器模块（103），电容C3串联在声表面波滤波器输出端与低噪声放大器输入端的信号通路中，电感L3并联在声表面波滤波器输出端与低噪声放大器输入端的信号通路中，其作用是完成声表面波滤波器输出阻抗与低噪声放大器输入阻抗的匹配，减小信号的反射，下行通道结构和作用相同。图1接收装置整体结构框图中声表面波滤波器模块102和109，增加了系统的选择性。另外，由于本发明中采用的UHF接收机采用的是超外差式结构，其输出的中频信号的中心频率为10.7MHz，因此采用的两种混频模式下，输入信号的频率的表达式如下：high-side模式下，中频信号的频率=本地振荡器输出信号的频率-UHF接收机中混频器的输入信号的频率（即UHF接收机中低噪声放大器输出信号的频率），即上行通道信号输入频率=本地振荡器输出信号的频率-10.7MHz；low-side模式下，中频信号的频率= UHF接收机中混频器的输入信号的频率（即UHF接收机中低噪声放大器输出信号的频率）-本地振荡器输出信号的频率，即下行通道信号输入频率=本地振荡器输出信号的频率+10.7MHz。
对于上行信号频段885MHz-889MHz的信号而言，本发明采用high-side模式，其镜像频率为906.4MHz-910.4MHz，本发明采用的声表面波滤波器其通带内频率为869MHz-894MHz，能够达到抑制镜像信号进入系统的目的。对于下行信号频段930MHz-934MHz的信号而言，本发明采用low-side模式，其镜像频率为908.6MHz-912.6MHz，本发明采用的声表面波滤波器的通带内频率为925MHz-960MHz，同样能够达到抑制镜像信号进入系统的目的。图6A和图6B分别给出了声表面波滤波器模块102和109中声表面波滤波器的S参数，可以看出声表面波滤波器具有非常好的信号选择性。
低噪声放大器电路
图7A为低噪声放大器模块103的电路原理图，图7中电容C3和电感L3组成声表面波滤波器模块102的输出端的阻抗匹配网络，与低噪声放大器模块103的输入端的相连，完成阻抗的匹配；电容C15和电感L5构成低噪声放大器输出端阻抗匹配网络，与UHF接收机模块104的输入端相连；电阻R2和电感L4构成低噪声放大器的偏置电路，保证低噪声放大器工作在稳定的静态工作点，同时电感L4还起到抑制高频信号进入电源的目的；电容C5和电容C6作为旁路电容，起到稳定电源电压的作用。
图7B为低噪声放大器模块110的电路原理图，图7B中电容C1和电感L1组成声表面波滤波器模块109的输出端的阻抗匹配网络，与低噪声放大器模块110的输入端的相连，完成阻抗的匹配；电容C7和电感L6构成低噪声放大器输出端阻抗匹配网络，与UHF接收机模块111的输入端相连；电阻R1和电感L2构成低噪声放大器的偏置电路，保证低噪声放大器工作在稳定的静态工作点，同时电感L2还起到抑制高频信号进入电源的目的；电容C2和电容C4作为旁路电容，起到稳定电源电压的作用。
图8A给出了低噪声放大器模块上行信号接收通道的电路仿真原理图（下行信号接收通道与上行频段原理相同，这里不再赘述），其中虚线部分801和802表示阻抗匹配网络，801为低噪声放大器的输入端阻抗匹配网络，802为低噪声放大器的输出端阻抗匹配网络，阻抗匹配网络的目的是保证链路上阻抗的连续性，减小由于阻抗不连续产生的反射对信号的衰减。图8B和图8C给出了上行频段接收通道在加入阻抗匹配网络前后，低噪声放大器输出信号的S22参数的史密斯圆图的对比图，图8B为加入阻抗匹配网络前，图8C为加入阻抗匹配网络后，可以很明显看出，在上行频段内，加入匹配网络后等效阻抗更接近圆心，表明阻抗连续性更好，反射更小，S22参数得到了很明显的改善。
UHF接收机模块中的UHF接收机1脚作为信号的输入端，28脚作为中频信号的输出端。图9A是上行信号接收通道的电路原理，图9B是下行信号接收通道的电路原理图。本发明涉及的部分只用到UHF接收机的接收部分功能模块，由于第二级低噪声放大器、混频器和本地振荡器采用的是集成在该接收装置中的模块，因此大大提高了整个系统的集成度，同时利用SPI总线可以控制该接收装置完成扫频的功能，25脚是UHF接收机的时钟线，26脚是UHF接收机的数据线，27脚是UHF接收机的控制线。并联在UHF接收机的模拟输入引脚10和模拟输入引脚11调谐电感用于调整UHF接收机本地振荡器输出信号的谐振频率。
本发明的特有之处在于扩展了UHF接收机的功能，单独的采用UHF接收机并不能接收GSM-R信号，因为后级的解调电路没有MSK解码方式，但是可以采用UHF接收机的部分功能模块，利用其提供的中频输出端口，将中频信号经过滤波放大，输出到后级的GSM-R信号的解调电路，完成信号的接收。
中频滤波器模块及中频放大器模块
图10为中频滤波器模块电路原理图，上行信号接收通道的滤波器电路与下行信号接收通道的滤波器电路采用与图10相同的电路结构。中频滤波器模块中的中频滤波器采用中心频率为10.7MHz的陶瓷滤波器，带宽为230KHz，插入损耗为3.5dB，由于其输入和输出阻抗为330欧，因此需要加入输入和输出阻抗匹配网络。电容C37和电阻R17为上行信号接收通道的中频滤波器输入端阻抗匹配网络，电感L17和电容C59是上行信号接收通道的中频滤波器输出端的阻抗匹配网络；图4B中，电容C38和电阻R16为下行信号接收通道的中频滤波器输入端阻抗匹配网络，电感L16和电容C58是下行信号接收通道的中频滤波器输出端的阻抗匹配网络。
图11A为中频放大器模块电路原理图，中频放大器模块采用级联的结构，每一级的中频放大器电路结构均相同，且每一级中频放大器电路的输入端均串联隔直电容，输出端采用高频扼流电感为放大器提供电压偏置。
图11B给出了中频放大器模块电路仿真原理图，图11C给出了中频放大器模块电路仿真结果，其中1101显示的是增益曲线，1102显示的是稳定性曲线，可以看出10.7MHz时的放大倍数能够达到52dB，且其稳定性大于1。
本实施例中的控制单元采用TI公司的开发板。
信道的扫描
信道的扫描是通过单片机控制UHF接收机完成的，图12给出了信道扫描的软件流程图。
其中单片机是通过SPI总线向UHF接收机模块发送配置指令，SPI时钟频率应当小于10MHz，图13给出了其控制时序，其中PCLK是SPI总线的时钟信号时序，PDATA是SPI总线的数据信号时序，PALE是SPI总线使能信号的时序。扫频功能的实现主要是通过改变本地振荡器的输出频率完成的，由于中频信号的输出端级联了10.7MHz的滤波器，本发明所述的接收装置的输出频率则为10.7MHz这一固定频率，因此改变本地振荡器输出频率可以控制完成不同信道GSM-R信号的接收。
以上为本发明的实施例，文中提到的实施例并不对权利要求书构成限制。本发明主要针对GSM-R信号铁路监测系统的终端而设计，其主要功能是程控接收不同信道的GSM-R信号，并产生10.7MHz的中频输出信号，为后级解调提供合适的信号输出。本发明的应用针对性很强，且整体结构简单，不但能够适应复杂环境下的应用，同时能够节约整个系统制造成本。
Claims (1)
1.一种用于接收GSM-R信号的接收装置，其特征在于，该GSM-R接收装置由两个通道和控制单元组成，两个通道分别是上行信号接收通道和下行信号接收通道；
上行信号接收通道接收的信号频率范围为885MHz-889MHz，上行信号接收通道由6个模块构成，分别是上行信号接收天线（101）、上行信号声表面波滤波器模块（102）、上行信号低噪声放大器模块（103）、上行信号UHF接收机模块（104）、上行信号中频滤波器模块（105）和上行信号中频放大器模块（106）；上行信号接收天线（101）采用接收频段在800-900MHz的单鞭天线，接收885MHz-889MHz上行频段的信号；上行信号声表面滤波器模块（102）由声表面滤波器和匹配网络组成，声表面滤波器采用中心频率为881.5MHz，带宽为25MHz的带通滤波器，匹配网络由电容C3和电感L3组成，声表面滤波器接收上行信号接收天线（101）发来的信号经匹配网络发送至上行信号低噪声放大器模块（103），电容C3串联在声表面波滤波器输出端与低噪声放大器输入端的信号通路中，电感L3并联在声表面波滤波器输出端与低噪声放大器输入端的信号通路中；上行信号低噪声放大器模块（103）由低噪声放大器和输出端匹配网络构成，低噪声放大器采用噪声系数为1.51dB，增益范围17.9dB-15dB的低噪声放大器，该低噪声放大器输出三阶交调截取点为37dBm，工作频率范围为50MHz-3GHz，输出端匹配网络由电容C15和电感L5组成，低噪声放大器接收上行信号声表面滤波器模块（102）发送的信号，经输出端匹配网络发送至上行信号UHF接收机模块（104），电容C15串联在低噪声放大器输出端和UHF接收机输入端的信号通路中，电感L5并联在低噪声放大器输出端和UHF接收机输入端的信号通路中；上行信号UHF接收机模块（104）包括的UHF接收机及其外围的匹配电路，UHF接收机集成了低噪声放大器和混频器，通过UHF接收机的3脚信号输入端，将经上行信号低噪声放大器模块（103）的输出信号输入到集成在UHF接收机中的低噪声放大器，完成信号的第二次放大，将UHF接收机中的低噪声放大器输出的信号经UHF接收机的混频器完成信号的下变频，从UHF接收机的28脚中频信号输出端输出中频信号，UHF接收机由SPI总线配置为high-side模式，high-side模式作为混频器的工作模式，该模式下混频器输出的中频信号的频率=本地振荡器输出信号的频率-UHF接收机中混频器的输入信号的频率，其中UHF接收机中混频器的输入信号的频率即UHF接收机中低噪声放大器输出信号的频率，UHF接收机模块（104）中外围匹配电路包括调谐电感，元件L13作为调谐电感，并联在UHF接收机的模拟输入引脚10和模拟输入引脚11，采用6.5nH-6.8nH的电感；上行信号中频滤波器模块（105）包括中频滤波器及匹配网络，中频滤波器采用中心频率为10.7MHz的陶瓷滤波器，中频滤波器的带宽为230KHz，匹配网络包括中频滤波器的输入端阻抗匹配网络以及输出端阻抗匹配网络，输入端阻抗匹配网络包括电容C37和电阻R17，电容C37串联在UHF接收机中频输出端与中频滤波器之间的信号通路上，电阻R17并联在UHF接收机中频输出端与中频滤波器之间的信号通路上，输出端阻抗匹配网络包含电感L17和电容C59，电感L17串联在中频滤波器与中频放大器之间的信号通路上，电容C59并联联在中频滤波器与中频放大器之间的信号通路上，完成中频滤波器的输出端阻抗匹配，上行信号UHF接收机模块（104）输出的下变频信号经过中频滤波器的输入端阻抗匹配网络后进入中频滤波器滤波，再经输出端阻抗匹配网络发送至上行信号中频放大器模块（106）；上行信号中频放大器模块（106）由增益为16.5dB，工作频段为DC-1000MHz，噪声系数为3dB的中频放大器级联构成，中频放大器模块采用3级级联的方式；
下行信号接收通道接收的信号频率范围为930MHz-934MHz，下行信号接收通道由6个模块构成，分别是下行信号接收天线（108）、下行信号声表面波滤波器模块（109）、下行信号低噪声放大器模块（110）、下行信号UHF接收机模块（111）、下行信号中频滤波器模块（112）和下行信号中频放大器模块（113）；下行信号接收天线（108）采用接收频段在900-1000MHz的单鞭天线，接收930MHz-934MHz下行频段的信号；下行信号声表面滤波器模块（109）由声表面滤波器和匹配网络组成，声表面滤波器采用中心频率为942.5.5MHz，带宽为35MHz的带通滤波器，匹配网络由电容C1和电感L1组成，声表面滤波器接收下行信号接收天线（108）发来的信号经匹配网络发送至下行信号低噪声放大器模块（110），电容C1串联在声表面波滤波器输出端与低噪声放大器输入端的信号通路中，电感L1并联在声表面波滤波器输出端与低噪声放大器输入端的信号通路中；下行信号低噪声放大器模块（110）由低噪声放大器和输出端匹配网络构成，低噪声放大器采用噪声系数为1.51dB，增益范围17.9dB-15dB的低噪声放大器，该低噪声放大器输出三阶交调截取点为37dBm，工作频率范围为50MHz-3GHz，输出端匹配网络由电容C7和电感L6组成，低噪声放大器接收上行信号声表面滤波器模块（110）发送的信号，经输出端匹配网络发送至上行信号UHF接收机模块（111），电容C7串联在低噪声放大器输出端和UHF接收机输入端的信号通路中，电感L6并联在低噪声放大器输出端和UHF接收机输入端的信号通路中；下行信号 UHF接收机模块（111）采用的是UHF接收机及其外围的匹配电路，UHF接收机集成了低噪声放大器和混频器，通过UHF接收机的3脚信号输入端，将经上行信号低噪声放大器模块（110）的输出信号输入到集成在UHF接收机中的低噪声放大器，完成信号的第二次放大，将UHF接收机中的低噪声放大器输出的信号经UHF接收机的混频器完成信号的下变频，从UHF接收机的28脚中频信号输出端输出中频信号，UHF接收机由SPI总线配置为low-side模式，low-side模式作为混频器的工作模式，该模式下混频器输出的中频信号的频率= UHF接收机中混频器的输入信号的频率-本地振荡器输出信号的频率，其中UHF接收机中混频器的输入信号的频率即UHF接收机中低噪声放大器输出信号的频率，UHF接收机模块（111）中外围匹配电路包括调谐电感，元件L11作为调谐电感，并联在UHF接收机的模拟输入引脚10和模拟输入引脚11，采用4.7nH-5.1nH的电感；下行信号中频滤波器模块（112）包括中频滤波器及匹配网络，中频滤波器采用中心频率为10.7MHz的陶瓷滤波器，中频滤波器的带宽为230KHz，匹配网络包括中频滤波器的输入端阻抗匹配网络以及输出端阻抗匹配网络，输入端阻抗匹配网络包括电容C38和电阻R16，电容C38串联在UHF接收机中频输出端与中频滤波器之间的信号通路上，电阻R16并联在UHF接收机中频输出端与中频滤波器之间的信号通路上，输出端阻抗匹配网络包含电感L16和电容C58，电感L16串联在中频滤波器与中频放大器之间的信号通路上，电容C58并联联在中频滤波器与中频放大器之间的信号通路上，完成中频滤波器的输出端阻抗匹配，下行信号UHF接收机模块（112）输出的下变频信号经过中频滤波器的输入端阻抗匹配网络后进入中频滤波器滤波，再经输出端阻抗匹配网络发送至上行信号中频放大器模块（113）；下行信号中频放大器模块（113）由增益为16.5dB，工作频段为DC-1000MHz，噪声系数为3dB的中频放大器级联构成，中频放大器模块采用3级级联的方式；
控制单元通过控制UHF接收机进行信道选择。
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