CN104670266B - 大容量应答器传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大容量应答器传输系统，涉及铁路行车安全领域，包括车载接收设备和应答器，其中车载接收设备和应答器均包括：采用FSK制式调制的现有通信信道和一个采用PSK制式调制的新增加的通信信道。本发明能够大幅提高列车运行期间车地之间的通信数据量，保证了列车控制系统能够安全、可靠、精确地控车，进一步保障了行车安全。

Description

大容量应答器传输系统

本专利申请是专利申请号为CN201210526715.1的名称为“频分多路容量倍增型车载接收设备与应答器系统”(申请日2012年12月10日)的分案申请。

技术领域

本发明涉及铁路行车安全，适用于列车自动控制领域，特别涉及一种应答器传输系统。

背景技术

目前我国高速铁路，控制列车的基本方法是：采用“欧洲”应答器技术。该技术的简要原理是：地面的各种线路数据均由地面应答器存储，如线路长度、坡度、弯道、公里标、换相点等等，当列车驶入地面应答器的作用区域时，列车向地面辐射27MHz的能量，地面应答器得到能量后，立即将地面存储的线路数据以载频4.23M的FSK调频方式向机车传送。列车接收到地面的信息后，经过放大、解调、译码最后再由列车控制系统实现自动控车。

因此，要想实现列车控制系统自动控车就离不开地面应答器与车载接收设备的通信，而随着列车行车速度的提高，目前的地面应答器与车载接收设备之间的通信数据量的太小，已不能满足需要，从而可能影响到列车控制系统能否安全、可靠、精确的控车，进一步影响行车安全。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种大容量应答器传输系统，可增大地面应答器与车载接收设备之间的通信数据量。

一种大容量应答器传输系统，包括频分多路容量倍增型地面应答器以及频分多路容量倍增型车载接收设备；其中，

所述车载接收设备包括：驱动模块，用于产生向地面应答器提供能量的单一频率的激励信号；现有车载接收设备中的原通信信道，用于接收地面应答器发送的频移键控FSK调制信号，对所述信号进行处理后发送给列车控制系统；以及至少一个新增加的通信信道，用于接收地面应答器发送的相位键控PSK调制信号，对所述信号进行处理后发送给列车控制系统；

所述地面应答器包括：现有地面应答器中的原通信信道，接收所述车载接收设备发出的所述单一频率的激励信号从而被激活，并发出频移键控FSK调制信号；以及至少一个新增加的通信信道，接收所述车载接收设备发出的所述单一频率的激励信号从而被激活，并发出相位键控PSK调制信号。

优选的，所述新增加的通信信道包括：

放大滤波模块，用于对收到的信号进行放大滤波处理，滤除频率为4.23MHz的FSK信号以及其他干扰信号；

解调模块，用于对放大滤波处理后的信号进行解调处理；

译码输出模块，用于采用双路安全解码方式对解调得到的数据进行译码处理，得到用户报文发送给列车控制系统。

优选的，所述解调模块具体采用PSK解调器进行解调处理。

优选的，所述译码输出模块具体包括：

第一译码单元，用于独立地对收到的数据进行译码处理；

第二译码单元，用于与所述第一译码单元同步地且独立地对收到的数据进行译码处理；

比较单元，用于比较第一译码单元和第二译码单元得到的两个译码结果是否一致，只有在比较结果一致时才将译码结果输出。

优选的，所述地面应答器还包括：频率合成模块，用于对收到的27.095MHz能量信号进行处理，输出所述原通信信道与新增加的通信信道所需要的载频。

优选的，所述地面应答器的新增加的通信信道包括：

数据存储模块，用于存储需要传输给车载接收设备的数据；

调制模块，用于对将要传输给车载接收设备的数据与所述新增加的通信信道的载频进行调制处理；

信号传输模块，用于通过发送线圈将调制处理后的信号传输给所述车载接收设备。

优选的，所述调制模块具体采用相位键控PSK进行调制处理。

优选的，所述信号传输模块的传输速率为1.12Mbit/s或564.48kbit/s。

优选的，所述地面应答器还包括：

电能提取模块，用于从收到的27.095MHz能量信号中提取所述原通信信道与新增加的通信信道正常工作所需的电量；

启动控制模块，用于分步启动所述原通信信道与新增加的通信信道。

优选的，所述车载接收设备发出的激励信号的频率是27.095MHz，所述原通信信道的载频是4.23MHz；所述新增加的通信信道的载频是9.032MHz。

本发明的有益效果在于：本发明通过在频分多路容量倍增型车载接收设备中增加新的通信信道，能够同时接收不同调制制式且不同频率的信号，使其接收的数据量倍增，本发明的大容量应答器传输系统能够进一步提高与地面应答器之间的通信数据量，保证了列车控制系统能够安全、可靠、精确地控车，进一步保障了行车安全，同时大大简化了现有的应答器系统，使工程造价低、施工简单。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的大容量应答器传输系统的频分多路容量倍增型车载接收设备的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的大容量应答器传输系统的频分多路容量倍增型车载接收设备的详细原理框图；

图3为本发明实施例二提供的大容量应答器传输系统的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的大容量应答器传输系统的频分多路容量倍增型地面应答器的详细示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明确，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明主要用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例一

本发明实施例提供了一种频分多路容量倍增型车载接收设备，能够同时接收不同调制制式与不同载频的信号，如图1所示，包括：现有车载接收设备中的原通信信道以及至少一个新增加的通信信道，其中，原通信信道用于接收地面应答器发送的频率为4.23MHz的FSK信号，对该信号进行处理并发送给列车控制系统，所述新增加的通信信道用于接收地面应答器发送的与4.23MHz信号的调制制式且频率均不相同的信号，对上述信号进行处理，将处理得到的数据发送给列车控制系统。

本发明的车载接收设备新增加了至少一个通信信道，能够同时接收不同调制制式与不同载频的信号，使车载接收设备接收的数据量倍增，从而进一步提高地面应答器与车载接收设备之间的通信数据量，从而保证了列车控制系统能够安全、可靠、精确地控车，进一步保障了行车安全。

进一步的，本发明实施例车载接收设备中新增加的通信信道具体包括：

放大滤波模块，用于对收到的信号进行放大滤波处理；

在本发明实施例中，车载接收设备同时接收到多种不同调制制式且不同频率的信号以及各种干扰信号，因此该放大滤波模块主要用来过滤频率为4.23MHz的FSK信号以及其他干扰信号；

解调模块，用于对放大滤波处理后的信号进行解调；具体的，本发明实施例中的解调模块主要由载波提取电路和乘法器电路组成；

译码输出模块，用于采用双路安全解码方式对解调得到的数据进行译码处理，得到用户报文发送给列车控制系统；

具体的，如果与本发明车载接收设备配套使用的地面应答器为频分多路型，地面应答器除了向车载接收设备发送频率为4.23MHz的FSK信号外，还向车载接收设备发送PSK信号，因此本发明新增加的通信信道中的放大滤波模块保存了PSK信号，因此该信道中的解调模块具体采用PSK解调器进行解调处理，其中信号经带通滤波器处理，再利用乘法器，输入一路和该信号同频同相的参考信号与该信号相乘，然后再经低通滤波器进行处理，最后以定时脉冲为依据经抽样判决器处理，完成解调过程；

并且由于地面应答器发送的PSK信号的载频可能为13.54MHz、9.032MHz或6.77MHz，所以新增加的通信信道中收到的信号为PSK信号，且该信号的频率均高于4.23MHz，所以该信号所携带的数据量增加，在同一时间内该频分多路容量倍增型车载接收设备输出给列车控制系统的数据量倍增，提高了车载接收设备处理信号的速率，满足列车控制系统的需要，提高了行车安全；

进一步的，译码输出模块采用的双路安全解码方式具体为：在译码输出模块中内采用两套完全不同的解码方式独立、并行的对信号进行译码；该译码输出模块具体包括：第一译码单元、第二译码单元与比较单元，其中第一译码单元用于独立地对收到的数据进行译码处理，第二译码单元用于与所述第一译码单元同步地且独立地对收到的数据进行译码处理，比较单元用于比较第一译码单元和第二译码单元得到的两个译码结果是否一致，只有这两个译码结果一致时译码输出模块才将译码结果输出，从而保证了输出给列车控制系统的数据的安全性，进一步提高列车的行车安全。

进一步的，本发明实施例中的频分多路容量倍增型车载接收设备还包括驱动模块与电源模块，其中驱动模块用于产生向地面应答器提供能量的激励信号，并接收应答器返回的信号，其中产生的激励信号频率为27.095MHz，电源模块用于

具体的，如图2所示，为本发明实施例提供的频分多路容量倍增型车载接收设备的原理框图，原通信信道与新增加的通信信道独立地接收与处理数据，并行地向列车控制系统传送数据；以新增加的通信信道为例进行说明，该通信信道接收到载频信号后，通过放大滤波模块将上述载频信号提纯放大，再输送到解调模块进行处理，解调模块主要由载波提取电路和乘法器电路组成，输入信号与载频相乘完成解调任务，再通过积分滤波电路还原数据信号，最后通过译码输出模块译出用户报文，将上述用户报文发送给列车控制系统。

本发明通过在频分多路容量倍增型车载接收设备中增加新的通信信道，能够同时接收不同调制制式且不同频率的信号，使其接收的数据量倍增，本发明的大容量应答器传输系统能够进一步提高与地面应答器之间的通信数据量，保证了列车控制系统能够安全、可靠、精确地控车，进一步保障了行车安全，同时大大简化了现有的应答器系统，使工程造价低、施工简单。

实施例二

本发明提供了一种大容量应答器传输系统，如图3所示，包括地面应答器以及实施例一中所描述的车载接收设备；其中上述地面应答器包含现有地面应答器中的原通信信道，以及至少一个新增加的通信信道，所述新增加的通信信道用于向车载接收设备传输控车所需的数据，提高地面应答器的数据容量，使地面应答器与车载接收设备间的通信数据量倍增；

本发明通过地面应答器与车载接收设备中均新增加至少一个通信信道，实现了地面应答器数据容量的倍增，从而进一步使地面应答器与车载接收设备之间的通信数据量倍增，从而保证了列车控制系统能够安全、可靠、精确地控车，进一步保障了行车安全；

在本发明中，大容量应答器传输系统中的车载接收设备与地面应答器配合使用，如当地面应答器中只新增加了一个通信信道A时，则车载接收设备中也只需新增加一个通信信道A＇；当列车驶入上述地面应答器的作用区域时，上述车载接收设备通过车载天线向下辐射27.095MHz能量信号来激活该地面应答器，该地面应答器被激活后，其内部的各个通信信道独立向车载接收设备传输控车所需的数据，车载接收设备中的各个通信信道对上述数据进行处理，再发送给列车控制系统；即地面应答器中信道A的数据通过车载天线传输给车载接收设备中的信道A＇，由信道A＇对收到的数据进行解调、译码处理，最后输出给列车控制系统。

进一步的，如图4所示，本发明实施例中的地面应答器还包括频率合成模块，用于对收到的27.095MHz能量信号进行处理，输出上述原通信信道与新增加的通信信道所需要的载频；其中由于原通信信道即为现有应答器中的通信信道，因此原通信信道需要的载频为4.23MHz；而由于具体是因为本发明所保护的地面应答器的能量是由车载接收设备辐射的27.095MHz的能量信号提供的，因此27.095MHz即是能量又是标准时钟，所以通过计算可以知道新增加的通信信道可用的频点为13.54MHz、9.032MHz、6.77MHz；具体的，如果当该地面应答器中只有一个新增加的通信信道时，优选的该通信信道需要的载频为9.032MHz，这是因为13.5MHz距离27.095MHz较近，容易受到较强的27.095MHz干扰，而6.77MHz距离4.23MHz较近，则两信道之间的间隔较小，对车载接收设备会提出滤波器“矩形系数”的严格要求，会增加接收设备的难度和成本，因此可知9.032MHz是最优的频点。

进一步的，本发明实施例中的新增加的通信信道具体包括：

数据存储模块，用于存储需要传输给车载接收设备的数据；

调制模块，用于对将要传输给车载接收设备的数据与所述通信信道的载频进行调制处理；

信号传输模块，用于通过发送线圈将所述经过调制处理后的信号传输给车载接收设备；

具体的，在本发明实施例中，新增加的通信信道中的调制模块采用相位键控PSK进行调制处理，而原通信信道中仍采用频移键控FSK进行调制处理，这样本发明实施例中的频分多路容量倍增型地面应答器采用双制式的方式对传输给车载接收设备的数据进行调制处理；而新增加的通信信道中之所以采用相位键控PSK进行调制处理，这是因为PSK与FSK、ASK相比，不仅具有较高的抗噪声性能，并且其占用带宽较小，能有效的利用信道的频带资源；若在相同误码率的条件下，在信噪比的要求上PSK的抗干扰能力，要优于FSK2倍，优于ASK 4倍；并且在PSK、FSK与ASK这3种调制方式中，从地面应答器这方面考虑，PSK与ASK最简单、单一频点、占用带宽较小、发射的能量集中、功耗最小。若采用调频就需要两个频点占用较大的带宽，功耗是PSK的2倍；从车载设备这方面考虑，实现的技术难度及成本PSK＝FSK，甚至比FSK略简单，ASK和FSK禁用的理由主要是抗干扰能力不行，制定标准必须考虑未来500km/h条件下的应用；

具体的，由于新增加的通信信道的载频为9.032MHz，且其采用相位键控PSK进行调制处理，因此可以大大地提高该通信信道的传输速率，理论上的最高传输速率为9.032Mbit/s，而由于在实际应用中受到滤波器水平的限制，本发明实施例中的信号传输模块使用的传输速率为1.12Mbit/s或564.48kbit/s，比现有应答器中的通信信道的传输速率要快很多，所以随着传输速率的提高，该地面应答器传输的数据量也成倍的提高，从而实现了地面应答器与车载接收设备间的通信数据量的倍增。

进一步的，本发明实施例中的频分多路容量倍增型地面应答器还包括电能提取模块与启动控制模块，其中电能提取模块用于从收到的27.095MHz能量信号中提取原通信信道与新增加的通信信道正常工作所需的电量，启动控制模块用于分步启动上述原通信信道与新增加的通信信道；

由于本发明中的地面应答器工作所需的电量是从车载设备辐射的27.095MHz能量信号是获取的，而由于新增加了通信信道后，功耗会增加，使原通信信道与新增加的通信信道因为能量竞争而导致地面应答器的延迟启动，导致不满足既有的技术条件，因此为了避免上述问题的产生，本发明中的启动控制模块需要分步启动原通信信道与新增加的通信信道，即为先启动原通信信道，待能量增加后再启动新增加的通信信道；具体由于新增加的通信信道采用低压、高速、微功耗器件，因此根据不同的电路器件所需的工作电压高低不同来进行能量分组供电，从而合理分配资源，例如：本发明的新增加的通信信道采用PSK调相制就比现有的通信信道的FSK调频制节省一倍的能量因此该地面应答器得到能量后先启动原通信信道，再启动新增加的通信信道不会对双方造成影响。

进一步的，本发明实施例中的新增加的通信信道还包括滤波模块，用于加大对所述原通信信道的信号衰减，阻止信道之间工作时的相互串扰，具体通过将新增加的通信信道的接收滤波器的“幅-频”特性曲线设计成较陡峭的“矩形系数”来实现；

本发明所要求保护的频分多路容量倍增型地面应答器的工作原理具体为：当机车驶入该地面应答器的作用区域时，车载接收天线发出的27.095MHz能量信号，地面应答器的接收线圈接收上述27.095MHz的能量信号，通过电能提取模块获得地面应答器正常工作所述的电量，同时地面应答器中的频率合成模块依据上述27.095MHz的能量信号产生原通信信道与新增加的通信信道所需的载频，并且启动控制模块分步启动两个通信信道独立的工作，即先启动的通信信道，再启动新增加的通信信道；以新增加的通信信道为例进行说明：读出新增加的通信信道的数据存储模块中存储的数据，通过调制模块将读出的数据与该通信信道的载频进行相位调制(PSK)处理，最后通过信号传输模块和地面应答器的发送线圈向车载接收设备辐射调制处理后的信号。

本发明通过在频分多路容量倍增型车载接收设备中增加新的通信信道，使其能够接收原有应答器数据之外的其他数据，使其接收的数据量倍增，本发明的大容量应答器传输系统能够进一步提高与地面应答器之间的通信数据量，保证了列车控制系统能够安全、可靠、精确地控车，进一步保障了行车安全，同时大大简化了现有的应答器系统，使工程造价低、施工简单。

总之，对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种大容量应答器传输系统，其特征在于，包括频分多路容量倍增型地面应答器以及频分多路容量倍增型车载接收设备；其中，

所述车载接收设备包括：驱动模块，用于产生向地面应答器提供能量的单一频率的激励信号；现有车载接收设备中的原通信信道，用于接收地面应答器发送的频移键控FSK调制信号，对所述信号进行处理后发送给列车控制系统；以及至少一个新增加的通信信道，用于接收地面应答器发送的相位键控PSK调制信号，对所述信号进行处理后发送给列车控制系统；所述激励信号即是能量又是标准时钟；所述新增加的通信信道接收的相位键控PSK调制信号是所述激励信号的分频信号；

所述地面应答器包括：现有地面应答器中的原通信信道，接收所述车载接收设备发出的所述单一频率的激励信号从而被激活，并发出频移键控FSK调制信号；以及至少一个新增加的通信信道，接收所述车载接收设备发出的所述单一频率的激励信号从而被激活，并发出相位键控PSK调制信号；所述新增加的通信信道所发出的相位键控PSK调制信号是所述激励信号的分频信号；所述地面应答器还包括：频率合成模块，用于对收到的激励信号进行处理，输出所述原通信信道与新增加的通信信道所需要的载频。

2.如权利要求1所述的大容量应答器传输系统，其特征在于，所述新增加的通信信道包括：

放大滤波模块，用于对收到的信号进行放大滤波处理，滤除频率为4.23MHz的FSK信号以及其他干扰信号；

解调模块，用于对放大滤波处理后的信号进行解调处理；

译码输出模块，用于采用双路安全解码方式对解调得到的数据进行译码处理，得到用户报文发送给列车控制系统。

3.如权利要求2所述的大容量应答器传输系统，其特征在于，所述解调模块具体采用PSK解调器进行解调处理。

4.如权利要求2所述的大容量应答器传输系统，其特征在于，所述译码输出模块具体包括：

第一译码单元，用于独立地对收到的数据进行译码处理；

第二译码单元，用于与所述第一译码单元同步地且独立地对收到的数据进行译码处理；

比较单元，用于比较第一译码单元和第二译码单元得到的两个译码结果是否一致，只有在比较结果一致时才将译码结果输出。

5.如权利要求1所述的大容量应答器传输系统，其特征在于，所述频率合成模块收到的激励信号是27.095MHz能量信号。

6.如权利要求1所述的大容量应答器传输系统，其特征在于，所述地面应答器的新增加的通信信道包括：

数据存储模块，用于存储需要传输给车载接收设备的数据；

调制模块，用于对将要传输给车载接收设备的数据与所述新增加的通信信道的载频进行调制处理；

信号传输模块，用于通过发送线圈将调制处理后的信号传输给所述车载接收设备。

7.如权利要求6所述的大容量应答器传输系统，其特征在于，所述调制模块具体采用相位键控PSK进行调制处理。

8.如权利要求6所述的大容量应答器传输系统，其特征在于，所述信号传输模块的传输速率为1.12Mbit/s或564.48kbit/s。

9.如权利要求1所述的大容量应答器传输系统，其特征在于，所述地面应答器还包括：

电能提取模块，用于从收到的27.095MHz能量信号中提取所述原通信信道与新增加的通信信道正常工作所需的电量；

启动控制模块，用于分步启动所述原通信信道与新增加的通信信道。

10.如权利要求1所述的大容量应答器传输系统，其特征在于，所述车载接收设备发出的激励信号的频率是27.095MHz，所述原通信信道的载频是4.23MHz；所述新增加的通信信道的载频是9.032MHz。