CN212910059U - 一种应用感应通信传输的数传电台设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种应用感应通信传输的数传电台设备，包括分别设置在货物列车机车端和列尾端的数传模块；所述数传模块与铁路接触网无线连接；利用铁路接触网作为波导线传输信号实现机车端与列尾端双向通信；所述数传模块包括功放单元、FFSK调制解调单元、嵌入式控制单元、电源单元，所述电源单元用于给所述功放单元、所述FFSK调制解调单元和所述嵌入式控制单元供电；所述嵌入式控制单元与所述FFSK调制解调单元电连接；所述FFSK调制解调单元与所述功放单元电连接；利用铁路现有接触网作为信号传输载体，利用感应通信原理，解决了山区电气化铁路的列尾通信问题；克服了450M无线通信在山区线路易弱场，通信距离短的弊端。具有投入低，通信稳定可靠的优点。

Description

一种应用感应通信传输的数传电台设备

技术领域

本实用新型属于铁路通信技术领域，具体涉及一种应用感应通信传输的数传电台设备。

背景技术

货物列车在运行过程中需要列车司机实时掌握列车尾部风压变化。现有列尾装置主要依靠450MHz无线电台进行列尾通信，在平原地带450MHz频段因为无山体阻隔，无隧道吸收，可通率较高。但在山区电气化铁路由于450MHz无线电波受山体及隧道的影响,产生许多"盲区",无法进行可靠的通信。要实现可靠的通信只有采用漏泄电缆加中继器的方法。由于增加了区间线路设备,投资昂贵,维护增加，系统可靠性差,直接影响货车的安全及运输效率。

目前，我国铁路运输系统已经广泛地运用货物列车尾部安全防护装置(以下简称列尾装置)。列尾装置作为重要的行车安全设备，在铁路运输生产中发挥了巨大的作用。以450MHz为通信平台的列尾装置在运用中，由于铁路沿线地形复杂，在山区、隧道、路堑、高大建筑物等地段容易受障碍物的遮挡；或因货物列车计长的增加，形成无线通信弱场，给货物列车行车造成安全隐患。因此解决列尾装置无线弱场通信尤为重要。在现有的条件下，解决列尾装置无线弱场通信问题，主要是采用沿途铺设漏缆和区间中继器的方式，存在投资昂贵，维护费用高，工作任务重，系统可靠性差的缺点。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，一种应用感应通信传输的数传电台设备，利用通信原理将列尾通信中的FFSK信号(低频信号)调制到较高频率的400K频段上，利用铁路接触网作为波导线传输信号，接收方接收解调，实现铁路货物列车的机车端和列车尾部的可靠通信。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种应用感应通信传输的数传电台设备，其包括分别设置在货物列车机车端和列尾端的数传模块；所述数传模块与铁路接触网无线连接；利用铁路接触网作为波导线传输信号实现机车端与列尾端双向通信；

所述数传模块包括功放单元、FFSK调制解调单元、嵌入式控制单元、电源单元，所述电源单元用于给所述功放单元、所述FFSK调制解调单元和所述嵌入式控制单元供电；所述嵌入式控制单元与所述FFSK调制解调单元电连接；所述FFSK调制解调单元与所述功放单元电连接；所述功放单元上还连接有RF接口，所述嵌入式控制单元上还连接有用户接口。

进一步的，所述功放单元用于在接收和发送过程中完成400K载波信号的放大；所述FFSK调制解调单元用于完成FFSK信号的调制解调；所述嵌入式控制单元完成用户接口部分的数据发送与接收，并进行FFSK调试解调单元的控制。

进一步的，所述嵌入式控制单元包括CPLD单元和嵌入式CPU单元；其中

所述CPLD单元主要负责接收嵌入式CPU发送的FFSK调制数据，双方使用SPI接口传输，CPLD接收到FFSK数据后进行数据缓存，并通过串并移位转换，将数据转换为bit序列输出，用于调频400K载波；

所述嵌入式CPU单元主要功能为：

通过RS232接口与用户端通信，负责接收用户端数据，并将400K模块接收的数据通过RS232接口传输到用户端；

接收FFSK解调器解调的FFSK数据，通过SPI接口与FFSK调制解调器通信；

进一步的，所述FFSK调制解调单元主要将模拟信号转换为数字信号，并通过SPI接口，将数据同步传输到嵌入式CPU单元。

进一步的，所述电源单元包括电源转换单元，所述电源转换单元主要用于将输入的VCC电压转换为+5V和+3.3V，转换后的电源主要用于各单元模块的供电。

进一步的，所述功放单元包括射频输出电路和射频输入电路；所述射频输出电路用于将低频信号调制到高频信号后，馈送到天线辐射出；所述射频输入电路从天线接收进来的高频信号进行处理后输出解调信号。

进一步的，所述射频输出电路包括变压器A、变压器B与功放电路，其中

所述变压器B的输入端与所述CPLD单元的输出端电连接；

所述变压器B的输出端与所述功放电路的输入端电连接；

所述功放电路的输出端与所述变压器A的输入端电连接；

所述变压器A的输出端与天线连接。

进一步的，所述射频输入电路包括变压器C、转换电路和调频接收机；其中，所述变压器C的输入端与天线连接；

所述变压器C的输出端与所述转换电路的输入端电连接；

所述转换电路的输出端与所述调频接收机的输入端电连接；

所述调频接收机的输出端与FFSK调制解调单元输入端电连接。

本实用新型采用以上技术方案，采用分别在货物列车机车端和列尾端的设置数传模块；所述数传模块与铁路接触网无线连接；利用铁路接触网作为波导线传输信号实现机车端与列尾端双向通信；具有如下优点：

1、本实用新型利用铁路现有接触网作为信号传输载体，利用感应通信原理，解决了山区电气化铁路的列尾通信问题。也可用于其它有感应通信载体，有数字通信需求的行业，克服了450M无线通信在山区线路易弱场，通信距离短的弊端。具有投入低，通信稳定可靠的优点。

2、利用通信原理将列尾通信中的FFSK信号(低频信号)调制到较高频率的400K频段上，由感应电台天线感应到金属接触网上，以金属接触网为波导线，将信号传输到通信方。本技术方案利用电气化铁路接触网，在不增加额外设备的前提下，解决货物列车在山区行车过程中的通信问题，提高行车安全性，提高工作效率。

3、在电气化铁路的山区段，山体多，隧道长，弯道多的状态下，使用400K列尾数传模块可以实现机车端和列尾端的可靠通信。

4、投资和维护成本低，无需增加中间设备，利于推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的一些实施例，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是本实用新型400K感应通信基本原理结构示意图；

图2是本实用新型数传模块内部组成单元结构示意图；

图3是本实用新型数传模块原理示意图。

图中：1、机车端；2、列尾端；3、数传模块；4、波导线；5、功放单元；6、FFSK调制解调单元；7、嵌入式控制单元；71、CPLD单元；72、嵌入式CPU单元；8、电源单元；9、RF接口；10、用户接口；11、RS232转换电路单元；12、功放电路；13、转换电路；14、调频接收机；15、电源转换单元。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

请参阅图1和图2所示，本实施例提供一种应用感应通信传输的数传电台设备，其包括分别设置在货物列车机车端1和列尾端2的数传模块3；所述数传模块3与铁路接触网无线连接；利用铁路接触网作为波导线4传输信号实现机车端1与列尾端2双向通信；

如图2所示，本实施例提供的所述数传模块3包括功放单元5、FFSK调制解调单元6、嵌入式控制单元7、电源单元8，所述电源单元8用于给所述功放单元5、所述FFSK调制解调单元6和所述嵌入式控制单元7供电；所述嵌入式控制单元7与所述FFSK调制解调单元6电连接；所述FFSK调制解调单元6与所述功放单元5电连接；所述功放单元5上还连接有RF接口9，所述嵌入式控制单元7上还连接有用户接口10。

需要补充说明的是，所述功放单元5用于在接收和发送过程中完成400K载波信号的放大；所述FFSK调制解调单元6用于完成FFSK信号的调制解调；所述嵌入式控制单元7完成用户接口10部分的数据发送与接收，并进行FFSK调试解调单元的控制,对接收的数据进行(26，16)纠错编码与解码。电源单元8完成模块内各模块的供电。

如图1所示，所述数传模块3与铁路接触网无线连接；利用铁路接触网作为波导线4传输信号实现机车端1与列尾端2双向通信；

电磁场理论描述，不仅电荷能产生电场，电流也能产生磁场，而且变化的电场也能产生磁场，变化的磁场又能产生电场，这样就产生电磁波。频率从几十赫到3000千兆赫左右范围内的电磁波，通常称为无线电波。不同频率范围的电磁波，它的产生方式，传播方式，性能和用途都有很大不同。

感应电台天线周围存在着感应场和辐射场，对于几何尺寸小于波长的天线，其辐射能量较低，而储存的不向外辐射的无功能量在总能量中的占比较高，当导线接近于天线时，根据电磁感应原理。导线吸收了辐射场的辐射能量和感应场的储存能量，这些能量在波导线4上将产生较高的感应电动势，并沿波导线4传输。

400K列尾端2的数传模块3，通过控制天线谐振，将能量传输到铁路接触网上，接触网充当了波导线4，将信号能量传输到远方(机车端1)。机车端1也处于接触网下，很容易实现机车端1和列尾端2的双向通信。

如图3所示，作为一种优选的实施方案，本实施例中，所述嵌入式控制单元7包括CPLD单元71和嵌入式CPU单元72；其中，

所述CPLD单元71主要负责接收嵌入式CPU发送的FFSK调制数据，双方使用SPI接口传输，CPLD接收到FFSK数据后进行数据缓存，并通过串并移位转换，将数据转换为bit序列输出，用于调频400K载波；另外，嵌入式控制单元7到功放单元5是发送信号。

所述嵌入式CPU单元72主要完成以下3个功能：

第一、通过RS232接口与用户端通信，负责接收用户端数据，并将400K模块接收的数据通过RS232接口传输到用户端；

第二、接收FFSK解调器解调的FFSK数据FFSK调制数据，通过SPI接口与FFSK调制解调器通信；

第三、进行FFSK的纠错编解码，列尾通信中使用BCH(26，16)码，BCH(26,16)是一种缩短循环校验码，它的数据位为16位，校验位是10位，码字的长度为26位。BCH(26,16)码取(31,21)循环码中的前5位信息位为0的码字作为码字，构成(21-5)维的线性子空间，它最多能够纠正t＝2位错误。它采用的生成多项式为G(X)＝X^10+X^8+X^7+X^5+X^4+X^3+1。

作为一种优选的实施方案，所述FFSK调制解调单元6主要将模拟信号转换为数字信号，其中数字“0”使用1800HZ，数字“1”使用1200HZ，转换的模拟信号都在话音频段内，可用于调制400K载波，调制解调单元在解调模拟信号时，可将1200HZ解调为数字“1”，1800HZ解调为数字“0”，并通过SPI接口，将数据同步传输到嵌入式CPU单元72。

作为一种优选的实施方案，所述电源单元8包括电源转换单元15，所述电源转换单元15主要用于将输入的VCC电压转换为+5V和+3.3V，转换后的电源主要用于各单元模块的供电，保证各功能单元模块能工正常稳定工作。

作为一种优选的实施方案，RS232转换电路13单元11：RS232采用负逻辑电平-15至-3：逻辑1；+15至+3：逻辑0；电压值通常在7V左右。单片机的串口输出电路采用的逻辑电平是TTL电平。这种电平信号由TTL器件产生的,RS232转换电路13是将单片机产生的TTL电平转换为RS232标准电平。

如图3所示，所述功放单元5包括射频输出电路和射频输入电路；所述射频输出电路用于将低频信号调制到高频信号后，馈送到天线辐射出；所述射频输入电路从天线接收进来的高频信号进行处理后输出解调信号。

所述射频输出电路包括变压器A、变压器B与功放电路12，其中，所述变压器B的输入端与所述CPLD单元71的输出端电连接；所述变压器B的输出端与所述功放电路12的输入端电连接；所述功放电路12的输出端与所述变压器A的输入端电连接；所述变压器A的输出端与天线连接。

从图3中可知，变压器A、变压器B与功放电路12，组成射频输出电路。CPLD所产生的射频调制信号功率很小，需要前级放大，推动激励变压器B工作，功放电路12中两个场效应管放大器合作完成功率放大任务。变压器的两个次级线圈，可提供两个相位相差180度的推动信号电压，桥式推挽放大后通过输出变压器A输出，获得足够的射频功率，馈送到天线辐射出去。

如图3所示，所述射频输入电路包括变压器C、转换电路13和调频接收机14；其中，所述变压器C的输入端与天线连接；所述变压器C的输出端与所述转换电路13的输入端电连接；所述转换电路13的输出端与所述调频接收机14的输入端电连接；所述调频接收机14的输出端与FFSK调制解调单元6输入端电连接。

需要补充说明的是，从天线接收进来的高频信号首先进入变压器C，转换电路对输入信号进行选片、高频放大、经过陶瓷滤波器滤除其他杂波，留下干净的载波信号，对载波信号进行补偿放大后送入音频解码芯片，同时向调频接收机送入本振信号，由内部的混频电路混频后输出中频信号，经过中频滤波器和鉴频器，输出解调信号到FFSK解调器。

本实用新型利用铁路现有接触网作为信号传输载体，利用感应通信原理，解决了山区电气化铁路的列尾通信问题。也可用于其它有感应通信载体，有数字通信需求的行业，克服了450M无线通信在山区线路易弱场，通信距离短的弊端。具有投入低，通信稳定可靠的优点。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内包括可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种应用感应通信传输的数传电台设备，其特征在于：包括分别设置在货物列车机车端和列尾端的数传模块；所述数传模块与铁路接触网无线连接；利用铁路接触网作为波导线传输信号实现机车端与列尾端双向通信；

所述数传模块包括功放单元、FFSK调制解调单元、嵌入式控制单元、电源单元，所述电源单元用于给所述功放单元、所述FFSK调制解调单元和所述嵌入式控制单元供电；所述嵌入式控制单元与所述FFSK调制解调单元电连接；所述FFSK调制解调单元与所述功放单元电连接；

所述功放单元上还连接有RF接口，所述嵌入式控制单元上还连接有用户接口。

2.根据权利要求1所述的应用感应通信传输的数传电台设备，其特征在于：所述功放单元用于在接收和发送过程中完成400K载波信号的放大；所述FFSK调制解调单元用于完成FFSK信号的调制解调；所述嵌入式控制单元完成用户接口部分的数据发送与接收，并进行FFSK调试解调单元的控制。

3.根据权利要求1所述的应用感应通信传输的数传电台设备，其特征在于：所述嵌入式控制单元包括CPLD单元和嵌入式CPU单元；其中

所述CPLD单元主要负责接收嵌入式CPU发送的FFSK调制数据，双方使用SPI接口传输，CPLD接收到FFSK数据后进行数据缓存，并通过串并移位转换，将数据转换为bit序列输出，用于调频400K载波；

所述嵌入式CPU单元主要功能为：

通过RS232接口与用户端通信，负责接收用户端数据，并将400K模块接收的数据通过RS232接口传输到用户端；

接收FFSK解调器解调的FFSK数据，通过SPI接口与FFSK调制解调器通信。

4.据权利要求3所述的应用感应通信传输的数传电台设备，其特征在于：所述FFSK调制解调单元主要将模拟信号转换为数字信号，并通过SPI接口，将数据同步传输到嵌入式CPU单元。

5.据权利要求3所述的应用感应通信传输的数传电台设备，其特征在于：所述电源单元包括电源转换单元，所述电源转换单元主要用于将输入的VCC电压转换为+5V和+3.3V，转换后的电源主要用于各单元模块的供电。

6.据权利要求3至5任一项所述的应用感应通信传输的数传电台设备，其特征在于：所述功放单元包括射频输出电路和射频输入电路；所述射频输出电路用于将低频信号调制到高频信号后，馈送到天线辐射出；所述射频输入电路从天线接收进来的高频信号进行处理后输出解调信号。

7.据权利要求6所述的应用感应通信传输的数传电台设备，其特征在于：所述射频输出电路包括变压器A、变压器B与功放电路，其中

所述变压器B的输入端与所述CPLD单元的输出端电连接；

所述变压器B的输出端与所述功放电路的输入端电连接；

所述功放电路的输出端与所述变压器A的输入端电连接；

所述变压器A的输出端与天线连接。

8.据权利要求6所述的应用感应通信传输的数传电台设备，其特征在于：所述射频输入电路包括变压器C、转换电路和调频接收机；其中

所述变压器C的输入端与天线连接；

所述变压器C的输出端与所述转换电路的输入端电连接；

所述转换电路的输出端与所述调频接收机的输入端电连接；

所述调频接收机的输出端与FFSK调制解调单元输入端电连接。

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