CN111740803B - 一种轨道交通电磁通讯系统的防干扰装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道交通电磁通讯系统的防干扰装置，包含基带芯片、处理器、无线通讯芯片、MCU3、小型分布式天线框架以及多个传感器，本装置可应用于轨道交通电磁通讯系统中，错开所述小型分布式天线框架的射频信号发射的时间与所述传感器采集信号的时间，实现消除信号干扰的效果，增强通讯系统本身的电磁耐受力，使其不受到外界和其他电子装置的影响，从而增强轨道交通中的电磁兼容性。

Description

一种轨道交通电磁通讯系统的防干扰装置

技术领域

本发明涉及轨道交通电磁与电气兼容领域，为一种轨道交通电磁通讯系统的防干扰装置。

背景技术

轨道交通中的电磁兼容主要是针对信号系统、轨道电路以及车辆和车辆内的各子系统，要避免这些电子电气装置相互干扰相互影响，无外乎两种途径：一是减少这些电子电气系统对外产生的干扰，避免其影响其它子系统的正常运行以及人员(乘客和乘务人员)的人身安全，这称之为控制干扰源。二是增强这些电子电气系统本身的电磁耐受力，使其不受到外界和其它电子装置的影响，这称之为保护敏感部件。

轨道系统中的敏感部件主要有轨道信号系统、通讯系统以及列车自动控制系统(ATC)等等。这些信号、通讯装置一方面比较容易受到自然界雷电的干扰，另一方面一旦车辆上其它电子装置产生的电磁干扰频率与信号、通讯装置的工作频率相邻近，也将易使信号、通讯装置无法正常工作。另外，车下的速度传感器、制动传感器等模拟量装置也容易受到耦合传导干扰致使数据出错，从而导致运行故障。

发明内容

有鉴于此，本发明设计了一种轨道交通电磁通讯系统的防干扰装置，包含以下内容：

防干扰装置包含基带芯片、处理器、无线通讯芯片、MCU3、小型分布式天线框架以及多个传感器；

传感器位于防干扰装置整体外围，将接收轨道交通中用于通讯产生的信号传输到防干扰装置内部的基带芯片中；

基带芯片位于防干扰装置内部，与传感器相连，用于从传感器接收通讯信号，并将信号转换为用于信号处理的模拟信号；

通讯信号为一对电压差分信号，在电压差分信号的电压高于第一预定阀值时，产生第一对电流差分信号，在电压差分信号的电压低于第一预定阀值时，产生第二对电流差分信号，第一预定阀值为基带芯片的最大工作频率对应的最高接收信号强度，第一电流差分信号或第二电流差分信号即为用于信号处理的模拟信号；

无线通讯芯片位于防干扰装置内部，与基带芯片相连，包括信号转换单元与检波单元；

信号转换单元用于从基带芯片接收模拟信号，并将模拟信号的信号强度与第二预定阀值比较，若模拟信号的强度高于或等于第二预定阀值，则信号转换单元将模拟信号转换为数字信号并输出数字信号，若模拟信号的强度低于第二预定阀值，则信号转换单元将模拟信号转换为低电平信号并输出低电平信号，第二预定阀值计算公式如下：

其中，P₁为第一预定阀值大小，P₂为第二预定阀值，v₁为基带芯片的最大工作频率，v₂为无线通讯芯片的最大工作频率；

检波单元用于对信号转换单元输出的信号进行检波，当从信号转换单元接收到数字信号时，检波单元输出第一检波信号，当从信号转换单元接收到低电平信号时，检波单元输出第二检波信号；

处理器位于防干扰装置的内部，与无线通讯芯片相连，包括信号放大单元与信号筛选单元；

信号放大单元用于将检波单元输出的信号进行放大，计算公式为：

其中，Y₀为检波单元输出的信号强度，t为检波的单元输出的信号阶次，K为放大系数，Y为放大检波信号；

信号筛选单元用于对放大检波信号进行分析以确定是否将检波信号输出，从电子系统干扰信号传播途径来看，信号频率幅值大的地方，往往是电容性耦合信号干扰的主要根源，公共阻抗耦合的信号干扰也是由剧烈变化的信号幅值在公共阻抗上产生的压降造成的，因此需要过滤电路中大幅波动的信号幅值；

经过信号转换、检波以及放大之后的模拟信号均为正弦波，正弦波的幅值序列计算公式为：

其中，A_i,j表示第i个检波信号的第j个放大后的幅值，f_i,j表示第i个检波信号的第j个放大后的信号频率，N_i,j表示对应f_i,j的数据窗长度；

对正弦波进行第一轮筛选，若正弦波的幅值A_i,j小于n_i,j，则认为正弦波幅值为零，将正弦波过滤，若正弦波幅值A_i,j大于或者等于n_i，则将进行第二轮筛选，n_i表示信号筛选单元最小工作频率对应的信号幅值，通过这一步可以筛选去除为零的信号；

对正弦波进行第二轮筛选，比较处于相邻频段的幅值序列A_i,j和A_i,j+1，如果他们对应的频率f_i,j和f_i,j+1接近，则认为A_i,j和A_i,j+1是同一模态信号，取两者中的大值为最终结果，否则认为是两个不同的模态信号，对经过筛选后的模态信号进行分析，若A_i,j大于或等于B_i，将此信号过滤，若A_i,j小于B_i，将此信号输出到小型分布式天线框架，由此得到全部所需的模态信号，B_i表示小型分布式天线框架允许接收信号的最大幅值；

小型分布式天线框架位于防干扰装置外侧，与处理器相连，当模态信号由处理器传输至小型分布式天线框架时，小型分布式天线框架处于射频信号发射状态，其端口会产生相应电平强度，电平强度计算公式为：

其中I为小型分布式天线框架产生的电平强度，m为模态信号传输的时刻，n为模态信号的阶次，为m时刻n次模态信号值，A为处理器与小型分布式天线框架相连导线的横截面积；

MCU3位于防干扰装置的内部，与小型分布式天线框架和传感器均相连，小型分布式天线框架会上报计算所得的电平的强度I给MCU3，若电平强度I低于I_m，MCU3会发出控制命令关闭传感器；反之，若电平强度I高于I_m，传感器处于工作状态，MCU3会通过拉低处理器传输的信号强度来关闭小型分布式天线框架的射频发射的工作状态，I_m表示传感器传输最大幅值的模态信号时的最高电平强度。

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，以下结合实施例，对本发明进行详细的说明。具体方法如下：

本实施例的防干扰无线通讯系统包括包含基带芯片、处理器、无线通讯芯片、小型分布式天线框架以及多个传感器。其中所述基带芯片为射频功率放大芯片。其中，所述基带芯片输出使能所述通讯芯片的使能信号，本实施例所述使能信号为高电平。

本实施例的防干扰无线通讯系统包括RPF88162B芯片1、MTK6252D芯片2、MCU3、SGM4175芯片4和传感器5。其中所述RPF88162B芯片1为射频功率放大芯片。所述MTK6252D芯片2为基带芯片。所述SGM4175芯片4为模拟开关。

其中，所述MTK6252D芯片2通过PAEN_BB端输出使能所述RPF88162B芯片1的使能信号，本实施例所述使能信号为高电平。

本实施例中所述MCU3用于控制SGM4175芯片4从而使得所述PAEN_BB端的使能信号是否传输至所述RPF88162B芯片1的使能端PA_ENABLE。

本实施例中所述基带芯片用于控制模拟开关从而使得所述通讯芯片的使能信号是否传输至所述小型分布式天线框架的使能端。

具体的说，所述传感器的终端与所述处理器的控制端连接，所述处理器与所述通讯芯片输出所述使能信号终端电连接，所述通讯芯片的与所述基带芯片的使能端电连接，所述基带芯片与的所述小型分布天线框架连接。

所以当TX_C端的信号为高电平时，所述SGM4175芯片4的COM端和NO端导通，此时所述RPF88162B芯片1的使能端PA_ENABLE的电平和所述PAEN_BB端的电平相同，因此所述RPF88162B芯片1的使能动作由所述MTK6252D芯片2输出的使能信号控制，即当所述MTK6252D芯片2输出高电平至所述RPF88162B芯片1的使能端PA_ENABLE时，所述RPF88162B芯片1进入发射射频信号的工作状态。

当TX_C端的信号为低电平时，所述SGM4175芯片4的COM端和NC端导通，此时所述RPF88162B芯片1的使能端PA_ENABLE接地，即此时所述使能端PA_ENABLE为低电平，因此所述RPF88162B芯片1关闭，即进入停止工作状态。

本实施例中所述MCU3检测所述MTK6252D芯片2是否输出所述使能信号，从而改变所述TX_C端的电平，进而控制所述MTK6252D芯片2输出的使能信号是否传输至所述RPF88162B芯片1的使能端PA_ENABLE。因而能够控制所述RPF88162B芯片1的开启或关闭。

具体地说，本实施例中所述PAEN_BB端的使能信号来自于所述MTK6252D芯片3的BPI_BUS3接口，其中当PAEN_BB端为高电平时，意味着所述RPF88162B芯片1处于发射状态，反之，所述RPF88162B芯片1则处于关闭状态，因此，本实施例中所述MCU通过监测PAEN_BB端的使能信号的状态来监视所述RPF88162B芯片1是否处于发射状态。

本实施例中所述MCU3为了和PAEN_BB端不共用同一个MTK6252D芯片3的BP I_BUS3接口，所以将MTK6252D芯片3的BP I_BUS4接口，定义为TX_M端，供MCU3检测使用。

其中可以修改对应的RF(射频)驱动文件，使TX_M端对应的逻辑与PAEN_BB端相同。当所述RPF88162B芯片1处于发射状态时，PAEN_BB端(即BP I_BUS3)为高电平，此时TX_M端(即BP I_BUS4)也为高电平，反之当PAEN_BB端为低电平时，TX_M端也为低电平，从而实现对RPF88162B芯片1使能端的状态的跟踪监测。

本实施例在当所述RPF88162B芯片1处于射频信号发射状态时，其TX M端相应地会上报高电平给所述MCU3，所述MCU3会发出控制命令关闭所述传感器5；反之，当传感器5处于工作状态时，所述MCU3会通过拉低所述RPF88162B芯片1的TX_C端的电平来关闭所述RPF88162B芯片1的射频发射的工作状态。由此，错开所述RPF88162B芯片1的射频信号发射的时间与所述传感器5采集信号的时间，实现消除信号干扰的效果。

本发明的有益成果为：通过电磁防干扰装置，有效地增强了轨道交通通讯系统的电磁耐受力，减少了通讯系统的电磁干扰，增强了轨道交通的电磁兼容性，从而保证了铁路运输中信息传输的稳定。

Claims (1)

1.一种轨道交通电磁通讯系统的防干扰装置，其特征在于，包含以下内容：

所述防干扰装置包含基带芯片、处理器、无线通讯芯片、MCU3、小型分布式天线框架以及多个传感器；

所述传感器位于所述防干扰装置整体外围，将接收轨道交通中用于通讯产生的信号传输到所述防干扰装置内部的所述基带芯片中；

所述基带芯片位于所述防干扰装置内部，与所述传感器相连，用于从所述传感器接收通讯信号，并将所述信号转换为用于信号处理的模拟信号；

所述通讯信号为一对电压差分信号，在所述电压差分信号的电压高于第一预定阀值时，产生第一对电流差分信号，在所述电压差分信号的电压低于第一预定阀值时，产生第二对电流差分信号，所述第一预定阀值为所述基带芯片的最大工作频率对应的最高接收信号强度，所述第一对电流差分信号或所述第二对电流差分信号即为用于信号处理的所述模拟信号；

所述无线通讯芯片位于所述防干扰装置内部，与所述基带芯片相连，包括信号转换单元与检波单元；

所述信号转换单元用于从所述基带芯片接收所述模拟信号，并将所述模拟信号的信号强度与第二预定阀值比较，若所述模拟信号的强度高于或等于第二预定阀值，则所述信号转换单元将所述模拟信号转换为数字信号并输出所述数字信号，若所述模拟信号的强度低于第二预定阀值，则所述信号转换单元将所述模拟信号转换为低电平信号并输出所述低电平信号，所述第二预定阀值计算公式如下：

其中，P₁为所述第一预定阀值大小，P₂为所述第二预定阀值，v₁为所述基带芯片的最大工作频率，v₂为所述无线通讯芯片的最大工作频率；

所述检波单元用于对所述信号转换单元输出的信号进行检波，当从所述信号转换单元接收到数字信号时，所述检波单元输出第一检波信号，当从所述信号转换单元接收到低电平信号时，所述检波单元输出第二检波信号；

所述处理器位于所述防干扰装置的内部，与所述无线通讯芯片相连，包括信号放大单元与信号筛选单元；

所述信号放大单元用于将所述检波单元输出的信号进行放大，计算公式为：

其中，Y₀为所述检波单元输出的信号强度，t为所述检波的单元输出的信号阶次，K为放大系数，Y为放大检波信号；

所述信号筛选单元用于对所述放大检波信号进行分析以确定是否将所述检波信号输出，从电子系统干扰信号传播途径来看，信号频率幅值大的地方，往往是电容性耦合信号干扰的根源，公共阻抗耦合的信号干扰也是由剧烈变化的信号幅值在公共阻抗上产生的压降造成的，因此需要过滤电路中大幅波动的信号幅值；

经过信号转换、检波以及放大之后的所述模拟信号均为正弦波，所述正弦波的幅值序列计算公式为：

其中，A_i,j表示第i个所述检波信号的第j个放大后的幅值，f_i,j表示第i个所述检波信号的第j个放大后的信号频率，N_i,j表示对应f_i,j的数据窗长度；

对所述正弦波进行第一轮筛选，若所述正弦波的幅值A_i,j小于n_i，则认为所述正弦波幅值为零，将所述正弦波过滤，若所述正弦波幅值A_i,j大于或者等于n_i，则将进行第二轮筛选，n_i表示所述信号筛选单元最小工作频率对应的信号幅值，通过这一步可以筛选去除为零的信号；

对所述正弦波进行第二轮筛选，比较处于相邻频段的幅值序列A_i,j和A_i,j+1，如果他们对应的频率f_i,j和f_i,j+1接近，则认为A_i,j和A_i,j+1是同一模态信号，取两者中的大值为最终结果，否则认为是两个不同的模态信号，对经过筛选后的模态信号进行分析，若A_i,j大于或等于B_i，将此信号过滤，若A_i,j小于B_i，将此信号输出到所述小型分布式天线框架，由此得到全部所需的模态信号，B_i表示所述小型分布式天线框架允许接收信号的最大幅值；

所述小型分布式天线框架位于所述防干扰装置外侧，与所述处理器相连，当所述模态信号由处理器传输至小型分布式天线框架时，所述小型分布式天线框架处于射频信号发射状态，其端口会产生相应电平强度，所述电平强度计算公式为：

其中I为所述小型分布式天线框架产生的电平强度，m为所述模态信号传输的时刻，n为所述模态信号的阶次，为所述m时刻n次模态信号值，A为所述处理器与所述小型分布式天线框架相连导线的横截面积；

所述MCU3位于所述防干扰装置的内部，与所述小型分布式天线框架和所述传感器均相连，所述小型分布式天线框架会上报计算所得的所述电平的强度I给所述MCU3，若所述电平强度I低于I_m，所述MCU3会发出控制命令关闭所述传感器；反之，若所述电平强度I高于I_m，所述传感器处于工作状态，所述MCU3会通过拉低所述处理器传输的信号强度来关闭所述小型分布式天线框架的射频发射的工作状态，I_m表示所述传感器传输最大幅值的模态信号时的最高电平强度。