CN109714116A - 应答器上行链路信号特性测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应答器上行链路信号特性测量方法及系统，属于应答器测量技术领域，所述方法包括：上位机发送报文读取指令至频率信号生成装置；所述频率信号生成装置根据所述报文读取指令生成频率信号，并发送所述频率信号至应答器；所述应答器根据所述频率信号生成对应的上行链路信号，并发送所述上行链路信号至信号采集装置；所述信号采集装置采集所述上行链路信号得到采集数据，并发送所述采集数据至所述上位机；所述上位机对所述采集数据进行数据分析得到上行链路信号特性参数。本发明提供的应答器上行链路信号特性测量方法及系统能够对上行链路信号的特性进行准确测量。

Description

应答器上行链路信号特性测量方法及系统

技术领域

本发明属于应答器测量技术领域，更具体地说，是涉及一种应答器上行链路信号特性测量方法及系统。

背景技术

作为CTCS(Chinese Train Control System，中国列车运行控制系统)系统的主要地面设备之一，应答器通过车地信息传输技术，在线路关键位置，将行车安全相关的关键线路数据提供给控制装置，其直接关系到行车安全，因此对应答器的测量要求也越来越高。

现有技术中进行现场日常维护，一般采用应答器读取工具进行读取功能测量，判断功能是否正常，但没有专门对应答器上行链路信号的质量进行检测，不能直接判断应答器发送的上行链路信号是否满足BTM(Balise Transmission Module，应答器传输模块)的要求。随着应答器在客专线路、城际铁路的大范围应用，出现了对应答器发送上行链路信号质量进行准确测量的需求，因此如何对应答器的上行链路信号进行准确测量成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应答器上行链路信号特性测量方法及系统，以解决现有技术中存在的无法对应答器上行链路信号进行准确测量的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种应答器上行链路信号特性测量方法，包括：

上位机发送报文读取指令至频率信号生成装置；

所述频率信号生成装置根据所述报文读取指令生成频率信号，并发送所述频率信号至应答器；

所述应答器根据所述频率信号生成对应的上行链路信号，并发送所述上行链路信号至信号采集装置；

所述信号采集装置采集所述上行链路信号得到采集数据，并发送所述采集数据至所述上位机；

所述上位机对所述采集数据进行数据分析得到上行链路信号特性参数。

可选地，所述频率信号生成装置发送所述频率信号至应答器包括：

所述频率信号生成装置发送所述频率信号至功率放大装置；

所述功率放大装置对所述频率信号进行功率放大得到放大频率信号，并发送所述放大频率信号至应答器。

可选地，所述信号采集装置采集所述上行链路信号得到采集数据包括：

根据应答器测量标准的允许范围设定所述信号采集装置采集的采样率和采样时长；

根据所述采样率和采样时长对所述上行链路信号进行采集得到采集数据。

可选地，所述根据所述采样率和采样时长对所述上行链路信号进行采集得到采集数据包括：

使用解调装置对所述上行链路信号进行解调得到解调信号；

使用解码装置对所述解调信号进行解码得到解码信号；

根据所述采样率和采样时长对所述解码信号进行采集得到采集数据。

可选地，所述上位机对所述采集数据进行数据分析得到上行链路信号参数包括：

计算所述采集数据中FSK信号的频率时间序列；

根据所述频率时间序列计算比特时间序列；

根据所述比特时间序列计算得到所述上行链路信号参数。

可选地，所述根据所述频率时间序列计算比特时间序列包括：

查找所述FSK信号的转换周期；

根据所述转换周期计算比特转换时刻；

根据所述比特转换时刻分割连续比特得到比特时间序列。

本发明还提供了一种上行链路信号特性测量系统，所述系统包括上位机、频率信号生成装置、应答器和信号采集装置；所述上位机与所述频率信号生成装置连接，所述频率信号生成装置与所述应答器连接，所述应答器与所述信号采集装置连接，所述信号采集装置与所述上位机连接；

上位机发送报文读取指令至频率信号生成装置；

所述频率信号生成装置根据所述报文读取指令生成频率信号，并发送所述频率信号至应答器；

所述应答器根据所述频率信号生成对应的上行链路信号，并发送所述上行链路信号至信号采集装置；

所述信号采集装置采集所述上行链路信号得到采集数据，并发送所述采集数据至所述上位机；

所述上位机对所述采集数据进行数据分析得到上行链路信号特性参数。

可选地，上行链路信号特性测量系统还包括功率放大装置，所述功率放大装置与所述频率信号生成装置连接，所述应答器和所述功率放大装置连接；

所述频率信号生成装置发送所述频率信号至功率放大装置；

所述功率放大装置对所述频率信号进行功率放大得到放大频率信号，并发送所述放大频率信号至应答器。

可选地，所述信号采集装置采集所述上行链路信号得到采集数据包括：

根据应答器测量标准的允许范围设定所述信号采集装置采集的采样率和采样时长；

根据所述采样率和采样时长对所述上行链路信号进行采集得到采集数据。

可选地，上行链路信号特性测量系统还包括解调装置和解码装置，所述解调装置与所述应答器连接，所述解码装置与所述解调装置连接，所述信号采集装置与所述解码装置连接；

所述解调装置对所述上行链路信号进行解调得到解调信号；

所述解码装置对所述解调信号进行解码得到解码信号；

所述信号采集装置根据所述采样率和采样时长对所述解码信号进行采集得到采集数据。

本发明提供的上行链路信号特性测量方法及系统的有益效果在于：与现有技术相比，本发明对上行链路信号进行采集并采用特定方法对所采集的数据进行分析处理，能够得到反映上行链路信号特性的参数，从而实现对应答器上行链路信号特性的准确测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的应答器上行链路信号特性测量方法的流程图；

图2为本发明另一实施例提供的应答器上行链路信号特性测量方法的流程图；

图3为本发明再一实施例提供的应答器上行链路信号特性测量方法的流程图；

图4为本发明又一实施例提供的应答器上行链路信号特性测量方法的流程图；

图5为本发明又一实施例提供的应答器上行链路信号特性测量方法的流程图；

图6为本发明又一实施例提供的应答器上行链路信号特性测量方法的流程图；

图7为本发明实施例提供的应答器上行链路信号特性测量系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的应答器上行链路信号特性测量方法的流程图。该方法包括：

S101：上位机发送报文读取指令至频率信号生成装置。

在本实施例中，上位机内包含有指令生成单元和发送单元，当需要进行上行链路信号特性测量时，指令生成单元生成报文读取指令，发送单元将报文读取指令发送至频率信号生成装置。

S102：频率信号生成装置根据报文读取指令生成频率信号，并发送频率信号至应答器。

在本实施例中，频率信号生成装置响应上位机的报文读取指令，产生27.095MHz的激活信号，即频率信号，并将该频率信号发送至应答器。

S103：应答器根据频率信号生成对应的上行链路信号，并发送上行链路信号至信号采集装置。

在本实施例中，应答器接收到频率信号后启动工作，并发送4.234MHz的上行链路信号至信号采集装置。

S104：信号采集装置采集上行链路信号得到采集数据，并发送采集数据至上位机。

在本实施例中，信号采集装置通过天线单元接收应答器的上行链路信号，对上行链路信号进行采集后得到采集数据并将采集数据上传至上位机。

S105：上位机对采集数据进行数据分析得到上行链路信号特性参数。

在本实施例中，上位机对采集数据进行分析计算得到上行链路信号特性参数。其中，上行链路信号特性参数包括中心频率、频偏、平均码元速率、最大时间间隔误差和幅度抖动等电气参数。

从上述描述可知，本发明实施例对上行链路信号进行采集并采用特定方法对所采集的数据进行分析处理，能够得到反映上行链路信号特性的参数，从而实现对应答器上行链路信号特性的准确测量。

可选地，请参考图2，图2为本发明另一实施例提供的应答器上行链路信号特性测量方法的流程图，在上述实施例的基础上，步骤S102中频率信号生成装置发送频率信号至应答器包括：

S1021：频率信号生成装置发送频率信号至功率放大装置。

S1022：功率放大装置对频率信号进行功率放大得到放大频率信号，并发送放大频率信号至应答器。

在本实施例中，频率信号生成装置会首先将频率信号发送至功率放大装置进行放大，功率放大装置对频率信号进行放大后通过天线发射单元将放大后的频率信号发送至应答器。

可选地，请参考图3，图3为本发明再一实施例提供的应答器上行链路信号特性测量方法的流程图，在上述实施例的基础上，步骤S104中信号采集装置采集上行链路信号得到采集数据包括：

S1041：根据应答器测量标准的允许范围设定信号采集装置采集的采样率和采样时长。

S1042：根据采样率和采样时长对上行链路信号进行采集得到采集数据。

在本实施例中，为保证采集数据的计算结果误差再应答器测量标准的允许范围内，应使信号的采样率大于500MSa/s，采样时长为22ms，采样点数K的值为K＝500000×22＝11000000，得到采样点集A(T)＝{A₀，A₁，A₂…A_K}，其中，t为采样时刻，A为采样幅度值。

可选地，请参考图4，图4为本发明又一实施例提供的应答器上行链路信号特性测量方法的流程图，在上述实施例的基础上，步骤S1042中根据采样率和采样时长对上行链路信号进行采集得到采集数据包括：

S0421：使用解调装置对上行链路信号进行解调得到解调信号。

S0422：使用解码装置对解调信号进行解码得到解码信号。

S0423：根据采样率和采样时长对解码信号进行采集得到采集数据。

在本实施例中，需要对天线接收到的上行链路信号进行解调和解码，再通过信号采集装置采集经过解调解码的上行链路信号。其中，信号采集装置可以为FSK信号采集单元，当需要进行信号采集时，上位机向FSK信号采集单元发送采集指令，FSK信号采集单元相应采集指令对上行链路信号进行采集并将采集到的信号上传至上位机。

可选地，请参考图5，图5为本发明又一实施例提供的应答器上行链路信号特性测量方法的流程图，在上述实施例的基础上，步骤105中上位机对采集数据进行数据分析得到上行链路信号参数包括：

S1051：计算采集数据中FSK信号的频率时间序列。

S1052：根据频率时间序列计算比特时间序列。

S1053：根据比特时间序列计算得到上行链路信号参数。

在本实施例中，计算频率时间序列时，上升过零点即当前采样点幅度为0，前一采样点幅度为负值，后一采样点幅度为正值。一个采样波形的周期为两个相邻上升过零点时刻的差值。由于采集数据为FSK信号经AD转换后的离散数据点集，采用插值法估算幅度约为0的点。

遍历采样点集A(t)，设第i个采样点采样时刻为t_i，上升过零点时刻为t₀，0≤i＜K：

若A_i＜0且A_i+1＝0,则t₀＝t_i+1；

若A_i＝0且A_i+1＞0,则t₀＝t_i；

若A_i＝0且A_i+1＝0,则忽略此点数据；

若A_i＜0且A_i+1＞0,则采用线性插值法可得，

由此计算出FSK信号周期时间序列：

T(t)＝{T₀，T₁，T₂···T_N)，

序列长度为N，由实际计算得到，报文内容不同，计算结果也不同。

依据时间频率关系公式：

可得到K信号的频率时间序列f(t)＝{f₀，f₁，f₂…f_N}。

然后根据频率时间序列计算出比特时间序列为:

B(t)＝{B₀，B₁，B₂…B_N}，

其中,序列长度为N，由实际计算得到，报文内容不同，计算结果也不同。

最后根据上述频率时间序列和比特时间序列对上行链路信号参数进行计算：

遍历比特时间序列B(t)，从第一个比特开始，取一个16比特长的窗，根据每个比特的起止时间，在频率时间序列f(t)中查找计算每个比特的平均频率，使用冒泡排序法在该窗中找到所有“0”比特的平均频率最大值f_Lmax与最小值f_Lmin，也找到所有“1”比特的平均频率最大值f_Hmax与最小值f_Hmin，计算当前窗

其中,中心频率计算方法为:

中心频率1＝(f_Lmax+f_Hmax)/2且应小于4.434MHz

中心频率2＝(f_Lmin+f_Hmin)/2且应大于4.034MHz

频偏计算方法为:

偏移频率1＝(f_Hmax－f_Lmin)/2且应小于296.35KHz

偏移频率2＝(f_Hmin－f_Lmax)/2且应大于268.13KHz

之后向右移一比特，计算下一个16比特组，共计算550个窗。

平均码元速率计算方法为：遍历比特时间序列B(t)，从第一个比特开始，每1500个比特一组，求当前比特组的平均速率：

移窗并循环计算每组的平均速率，共进行7000次，最后计算得到总的平均码元速率，即7000次平均速率的均值。

最大时间间隔误差MTIE的计算方法为：

MTIE1是在理想时钟速率(V＝564.48Kbit/s)下得到的，遍历比特时间序列B(t)，第i个比特的时间间隔误差是：

MTIE2是在平均码元速率下得到的，遍历比特时间序列B(t)，第i个比特的时间间隔误差是：

幅度抖动的计算方法为：

遍历采样点集A(t)，从第0个采样点开始，取400-800us的窗W_m，W_m起始点为点集A(t)中的第W_m[s]个点，截止点为第W_m[e]个点，在W_m中心选取超过1.77us的窗W_i，W_i起始点为点集A(t)中的第W_i[s]个点，截止点为第W_i[e]个点，则

W_i窗平均幅度值

W_m窗平均幅度值

幅度抖动为：

每次移窗1.77us，计算20ms÷1.77us≈11300次。

本实施例通过采用特定方法对所采集到的数据进行计算，能够精确地得到上行链路信号特性参数，从而提高上行链路信号特性测量的准确性。

请参考图6，图6为本发明又一实施例提供的应答器上行链路信号特性测量方法的流程图，在上述实施例的基础上，步骤1052中根据频率时间序列计算比特时间序列包括：

S0521：查找FSK信号的转换周期。

S0522：根据转换周期计算比特转换时刻。

S0523：根据比特转换时刻分割连续比特得到比特时间序列。

在本实施例中,转换时刻即FSK信号频率转换的时刻，比特转换时刻所在的周期为转换周期。

首先查找转换周期：

遍历频率时间序列f(t)，设标准应答器FSK信号的中心频率为：

f_Z＝4.234MHz

“1”码频率为：

f_H＝4.516MHz

“0”码频率为：

f_L＝3.951MHz

转换周期记为T_C

第j个周期的频率为f_i，0≤j＜N；

若f_j＜f_z且f_j+1＞f_z即报文由“0”向“1”变换，

当f_j-f_L＞f_H-f_j+1时T_C＝T_j；

当f_j-f_L＜f_H-f_j+1时T_C＝T_j+1。

若f_j＞f_z且f_j+1＜f_z即报文由“1”向“0”变换，

当f_H-f_j＞f_j+1-f_L时T_C＝T_j；

当f_H-f_j＜f_j+1-f_L时T_C＝T_j+1。

顺序判断，直到找到所有转换周期。

再计算比特转换时刻：

遍历周期时间序列T(t)，当前应答器FSK信号具有连续相位的特征，则在转换周期中比特转换时刻前的相位变化速率与前一周期的相位变化速率相同，比特转换时刻后的相位变化速率与后一周期的相位变化速率相同。设第k个周期的总时间为T_k，起始时刻为T_k[t_s]，结束时刻为T_k[t_e]，比特转换时刻为t_c。

若第k个周期为转换周期，则有

设t_c＝T_k[t_s]+t_m其中，t_m为转换时刻在转换周期中的时刻点，

可以得到：

依次计算得到比特组的序列：

C(t)＝{C₀，C₁，C₂…C_N}

其中，每个比特组中比特值都相同，序列长度为N，由实际计算得到，报文内容不同，计算结果不同。

最后分割连续比特：

由以上计算，只能区分报文中“1”码与“0”码，每两个相邻的转换时刻之间比特个数不确定，因此需要对连续比特进行分割。

遍历比特组的序列C(t)，设第m个比特组为C_m，C_m中的周期个数为M，比特个数为B_n。

M可由比特组起止时刻在序列T(t)中的映射得到。设“1”比特所含周期个数为N_H，“0”比特所含周期个数N_L。

由标准FSK信号比特速率V＝564.48Kbit/s计算得到一比特持续时间约为

则N_H＝B_t×f_H≈8

N_L＝B_t×f_L≈7

若C_m＝0，则有

若C_m＝1，则有

则每个比特的持续时间为

依次计算，得到比特时间序列。

本发明实施例还提供了一种上行链路信号特性测量系统，请参考图7，图7为本发明实施例提供的应答器上行链路信号特性测量系统的结构示意图，该系统包括上位机10、频率信号生成装置20、应答器30和信号采集装置40；上位机10与频率信号生成装置20连接，频率信号生成装置20与应答器30连接，应答器30与信号采集装置40连接，信号采集装置40与上位机10连接。

上位机10发送报文读取指令至频率信号生成装置20。

频率信号生成装置20根据报文读取指令生成频率信号，并发送频率信号至应答器30。

应答器30根据频率信号生成对应的上行链路信号，并发送上行链路信号至信号采集装置40。

信号采集装置40采集上行链路信号得到采集数据，并发送采集数据至上位机10。

上位机10对采集数据进行数据分析得到上行链路信号特性参数。

可选地，作为本发明实施例提供的行链路信号特性测量系统的一种具体实施方式，该系统还包括功率放大装置50，功率放大装置50与频率信号生成装置20连接，应答器30和功率放大装置50连接。

频率信号生成装置20发送频率信号至功率放大装置50。

功率放大装置50对频率信号进行功率放大得到放大频率信号，并发送放大频率信号至应答器30。

可选地，作为本发明实施例提供的行链路信号特性测量系统的一种具体实施方式，信号采集装置采集上行链路信号得到采集数据包括：

根据应答器测量标准的允许范围设定信号采集装置采集的采样率和采样时长。

根据采样率和采样时长对上行链路信号进行采集得到采集数据。

可选地，作为本发明实施例提供的行链路信号特性测量系统的一种具体实施方式，该系统还包括解调装置60和解码装置70，解调装置60与应答器30连接，解码装置70与解调装置60连接，信号采集装置40与解码装置70连接。

解调装置60对上行链路信号进行解调得到解调信号。

解码装置70对解调信号进行解码得到解码信号。

信号采集装置40根据采样率和采样时长对解码信号进行采集得到采集数据。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应答器上行链路信号特性测量方法，其特征在于，包括：

上位机发送报文读取指令至频率信号生成装置；

所述频率信号生成装置根据所述报文读取指令生成频率信号，并发送所述频率信号至应答器；

所述应答器根据所述频率信号生成对应的上行链路信号，并发送所述上行链路信号至信号采集装置；

所述信号采集装置采集所述上行链路信号得到采集数据，并发送所述采集数据至所述上位机；

所述上位机对所述采集数据进行数据分析得到上行链路信号特性参数。

2.如权利要求1所述的应答器上行链路信号特性测量方法，其特征在于，所述频率信号生成装置发送所述频率信号至应答器包括：

所述频率信号生成装置发送所述频率信号至功率放大装置；

所述功率放大装置对所述频率信号进行功率放大得到放大频率信号，并发送所述放大频率信号至应答器。

3.如权利要求1所述的应答器上行链路信号特性测量方法，其特征在于，所述信号采集装置采集所述上行链路信号得到采集数据包括：

根据应答器测量标准的允许范围设定所述信号采集装置采集的采样率和采样时长；

根据所述采样率和采样时长对所述上行链路信号进行采集得到采集数据。

4.如权利要求3所述的应答器上行链路信号特性测量方法，其特征在于，所述根据所述采样率和采样时长对所述上行链路信号进行采集得到采集数据包括：

使用解调装置对所述上行链路信号进行解调得到解调信号；

使用解码装置对所述解调信号进行解码得到解码信号；

根据所述采样率和采样时长对所述解码信号进行采集得到采集数据。

5.如权利要求1所述的应答器上行链路信号特性测量方法，其特征在于，所述上位机对所述采集数据进行数据分析得到上行链路信号参数包括：

计算所述采集数据中频移键控FSK信号的频率时间序列；

根据所述频率时间序列计算比特时间序列；

根据所述比特时间序列计算得到所述上行链路信号参数。

6.如权利要求5所述的应答器上行链路信号特性测量方法，其特征在于，所述根据所述频率时间序列计算比特时间序列包括：

查找所述FSK信号的转换周期；

根据所述转换周期计算比特转换时刻；

根据所述比特转换时刻分割连续比特得到比特时间序列。

7.一种应答器上行链路信号特性测量系统，其特征在于，包括上位机、频率信号生成装置、应答器和信号采集装置；所述上位机与所述频率信号生成装置连接，所述频率信号生成装置与所述应答器连接，所述应答器与所述信号采集装置连接，所述信号采集装置与所述上位机连接；

上位机发送报文读取指令至频率信号生成装置；

所述频率信号生成装置根据所述报文读取指令生成频率信号，并发送所述频率信号至应答器；

所述应答器根据所述频率信号生成对应的上行链路信号，并发送所述上行链路信号至信号采集装置；

所述信号采集装置采集所述上行链路信号得到采集数据，并发送所述采集数据至所述上位机；

所述上位机对所述采集数据进行数据分析得到上行链路信号特性参数。

8.如权利要求7所述的应答器上行链路信号特性测量系统，其特征在于，还包括功率放大装置，所述功率放大装置与所述频率信号生成装置连接，所述应答器和所述功率放大装置连接；

所述频率信号生成装置发送所述频率信号至功率放大装置；

所述功率放大装置对所述频率信号进行功率放大得到放大频率信号，并发送所述放大频率信号至应答器。

9.如权利要求7所述的应答器上行链路信号特性测量系统，其特征在于，所述信号采集装置采集所述上行链路信号得到采集数据包括：

根据应答器测量标准的允许范围设定所述信号采集装置采集的采样率和采样时长；

根据所述采样率和采样时长对所述上行链路信号进行采集得到采集数据。

10.如权利要求9所述的应答器上行链路信号特性测量系统，其特征在于，还包括解调装置和解码装置，所述解调装置与所述应答器连接，所述解码装置与所述解调装置连接，所述信号采集装置与所述解码装置连接；

所述解调装置对所述上行链路信号进行解调得到解调信号；

所述解码装置对所述解调信号进行解码得到解码信号；

所述信号采集装置根据所述采样率和采样时长对所述解码信号进行采集得到采集数据。