JP5489215B2 - Filter device, signal processing device - Google Patents

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Description

本発明は、フィルタ装置、信号処理装置及び鉄道車両用車上装置に関する。   The present invention relates to a filter device, a signal processing device, and an on-vehicle device for a railway vehicle.

ATCシステムでは、レールに流れるATC信号を車上装置で受信し、列車制御に供する一方、変電所から架線及びレールを経由して、車両に動力用電力を供給する。したがって、レールにはATC信号電流と共に帰線電流が流れる。この帰線電流には、50Hz又は60Hzの基本波と共にその高調波が含まれる。   In the ATC system, an ATC signal flowing on a rail is received by an on-board device and used for train control, while power is supplied to a vehicle from a substation via an overhead line and a rail. Therefore, a return current flows through the rail together with the ATC signal current. This return current includes the harmonics along with the fundamental wave of 50 Hz or 60 Hz.

通常、ATC信号の搬送周波数は、動力用電力の電源周波数から離隔した値に選定されている。例えば、動力用電力の基本波の周波数が50Hz又は60Hzであるのに対し、ATC信号の搬送周波数は、一例であるが、3150Hzに選定されている。したがって、基本波に関する限り、バンド・パス・フィルタなどを用いて、ATC信号を帰線電流から分離して抽出することができる。ところが、帰線電流は基本波のほかにその高調波を含んでいる。このため、この高調波の成分がATC信号に対するノイズとなり、ATC信号によるデータ伝送において、ビット・エラー・レートの劣化や伝送レートの高速化の障害となる。   Usually, the carrier frequency of the ATC signal is selected to be a value separated from the power frequency of the power for power. For example, while the fundamental frequency of the power for power is 50 Hz or 60 Hz, the carrier frequency of the ATC signal is selected as 3150 Hz as an example. Therefore, as far as the fundamental wave is concerned, the ATC signal can be separated and extracted from the retrace current using a band pass filter or the like. However, the retrace current includes its harmonics in addition to the fundamental wave. For this reason, this harmonic component becomes noise with respect to the ATC signal, which becomes a hindrance to the deterioration of the bit error rate and the increase of the transmission rate in data transmission by the ATC signal.

高調波ノイズによる障害を解決する手段として、特許文献1には、1本のレールに近接配置されたATC信号検出器の出力を、くし形フィルタを通過させることにより、電車電流の高調波成分を除去し、その信号を帯域フィルタを通過させることで、帯域毎のATC信号を抽出する技術が開示されている。   As a means for solving a problem caused by harmonic noise, Patent Document 1 discloses that the output of an ATC signal detector arranged close to one rail is passed through a comb filter to thereby reduce the harmonic component of the train current. A technique for extracting an ATC signal for each band by removing the signal and passing the signal through a band filter is disclosed.

しかし、動力用電源の基本波の周波数が変化した場合、高調波には、基本波の周波数変動分の次数倍の周波数変動を生じるから、除去しようとした高調波成分が、フィルタの通過帯域に近接した周波数にシフトし、フィルタリング効果が期待できなくなってしまうという事態に陥ることがある。   However, when the frequency of the fundamental wave of the power supply for power changes, the harmonics cause frequency fluctuations that are orders of magnitude higher than the fundamental wave frequency fluctuations. The frequency may shift to a close frequency and the filtering effect may not be expected.

このような問題に対して、適応フィルタを用いることが考えられるが、一般的な適応フィルタでは、出力信号を最小化するように、フィルタ係数を更新するため、もっとも電力の大きな搬送周波数成分を除去してしまう。   To deal with such problems, it is conceivable to use an adaptive filter, but in general adaptive filters, the filter coefficient is updated so as to minimize the output signal, so the carrier frequency component with the largest power is removed. Resulting in.

上述した問題は、第1信号波と、第2信号波とを含む入力信号から、第2信号波の成分を除去して第1信号波を抽出する信号処理システムにおいて、第2信号波の基本周波数が変動した場合に、均しく発生するものであり、ATCシステムだけに存在するものではない。   The above-described problem is that the basic of the second signal wave in the signal processing system that extracts the first signal wave by removing the component of the second signal wave from the input signal including the first signal wave and the second signal wave. It occurs evenly when the frequency fluctuates, and does not exist only in the ATC system.

特開2003−72549号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-72549

本発明の課題は、第1信号波と、第2信号波とを含む信号から、第2信号波の成分を除去して第1信号波を抽出するに当たり、第2信号波の基本周波数が変動した場合にも、目的の第1信号波を確実に抽出し、データ伝送において、ビット・エラー・レートの劣化や伝送レートの高速化の障害を招くことのないフィルタ装置、それを用いた信号処理装置及び鉄道車両用車上装置を提供することである。   An object of the present invention is to change a fundamental frequency of a second signal wave when extracting a first signal wave by removing a component of the second signal wave from a signal including the first signal wave and the second signal wave. Even in such a case, a filter device that reliably extracts the target first signal wave and does not cause deterioration in bit error rate or increase in transmission rate in data transmission, and signal processing using the same An apparatus and an on-vehicle apparatus for a rail vehicle are provided.

上述した課題を解決するため、本発明に係るフィルタ装置は、第1信号波と、基本波の周波数が前記第1信号波とは異なる第2信号波の成分とを含む信号から、前記第2信号波の成分を除去して前記第1信号波を抽出するものであって、基準波推定部と、バンド・パス・フィルタ部と、高調波計算部と、高調波除去部とを含んでいる。前記基準波推定部は、前記入力信号から、前記第2信号波に含まれる特定周波数の基準波を推定する。前記バンド・パス・フィルタ部は、前記第1信号波を抽出する通過帯域を有する。前記高調波計算部は、前記基準波推定部で推定された基準波からその高調波を計算する。前記高調波除去部は、前記高調波計算部で計算された高調波のうち、前記バンド・パス・フィルタ部によって除去されなかった高調波を除去する。   In order to solve the above-described problem, the filter device according to the present invention includes a first signal wave and a second signal wave component having a fundamental frequency different from that of the first signal wave. The first signal wave is extracted by removing the signal wave component, and includes a reference wave estimation unit, a band pass filter unit, a harmonic calculation unit, and a harmonic removal unit . The reference wave estimation unit estimates a reference wave having a specific frequency included in the second signal wave from the input signal. The band pass filter unit has a pass band for extracting the first signal wave. The harmonic calculation unit calculates the harmonic from the reference wave estimated by the reference wave estimation unit. The harmonic removal unit removes harmonics that have not been removed by the band pass filter unit from the harmonics calculated by the harmonic calculation unit.

上述したように、本発明に係るフィルタ装置は、バンド・パス・フィルタ部を含んでおり、最もパワーの大きな第2信号波の基本波を、バンド・パス・フィルタ部により、第1信号波から除去することができる。   As described above, the filter device according to the present invention includes the band-pass filter unit, and the fundamental wave of the second signal wave having the highest power is converted from the first signal wave by the band-pass filter unit. Can be removed.

本発明に係るフィルタ装置は、基準波推定部を含んでいる。基準波推定部は、入力信号波から第2信号波に含まれる特定周波数の基準波を推定する。基準波推定部を備えることにより、第2信号波の基本波の周波数が変動した場合でも、例えば周波数スペクトル解析などによって、基本波又は高調波の周波数を推定することができる。基準波は、基本波であってもよいし、高調波であってもよい。高調波計算部は、このようにして、基準波推定部で推定された基準波からその基本波及び高調波を計算する。   The filter device according to the present invention includes a reference wave estimation unit. The reference wave estimation unit estimates a reference wave having a specific frequency included in the second signal wave from the input signal wave. By providing the reference wave estimation unit, even when the frequency of the fundamental wave of the second signal wave fluctuates, the frequency of the fundamental wave or the harmonic can be estimated by, for example, frequency spectrum analysis. The reference wave may be a fundamental wave or a harmonic. In this way, the harmonic calculation unit calculates the fundamental wave and the harmonics from the reference wave estimated by the reference wave estimation unit.

本発明に係るフィルタ装置は、更に、高調波除去部を含んでいる。高調波除去部は、高調波計算部で計算された高調波のうち、バンド・パス・フィルタ部によって除去されなかった高調波を除去する。これによって、第2信号波の基本波の周波数が変動した場合であっても、高調波のうち、第1信号波に影響を与える高調波を除去することができる。高調波除去部では、第1信号波の通過周波数帯域に隣接する高調波のみならず、それより高次の、又は、低次の高調波を除去してもよい。   The filter device according to the present invention further includes a harmonic removal unit. The harmonic removal unit removes harmonics that have not been removed by the band pass filter unit from the harmonics calculated by the harmonic calculation unit. As a result, even when the frequency of the fundamental wave of the second signal wave varies, harmonics that affect the first signal wave can be removed from the harmonics. The harmonic removal unit may remove not only harmonics adjacent to the pass frequency band of the first signal wave but also higher-order or lower-order harmonics.

したがって、本発明によれば、第2信号波の基本周波数が変動した場合にも、その高調波による影響を回避して、目的の第1信号波を確実に抽出し、データ伝送において、ビット・エラー・レートの劣化や伝送レートの高速化の障害を招くことのないフィルタ装置を実現することができる。   Therefore, according to the present invention, even when the fundamental frequency of the second signal wave fluctuates, the influence of the harmonics is avoided, the target first signal wave is reliably extracted, and in the data transmission, It is possible to realize a filter device that does not cause a failure of an error rate or an increase in transmission rate.

本発明に係るフィルタ装置は、第1信号波及び第2信号波が混在する信号伝送系において、第1信号波を第2信号波から分離して抽出する信号処理装置を構成するのに用いることができる。この信号処理装置は、第1信号源2と、第2信号源と、信号伝送路と、受信部とを含む。前記第1信号源2は、第1信号波を前記信号伝送路に供給する。前記第2信号源は、第2信号波を、前記信号伝送路に供給する。   The filter device according to the present invention is used to configure a signal processing device that separates and extracts a first signal wave from a second signal wave in a signal transmission system in which the first signal wave and the second signal wave are mixed. Can do. The signal processing apparatus includes a first signal source 2, a second signal source, a signal transmission path, and a receiving unit. The first signal source 2 supplies a first signal wave to the signal transmission path. The second signal source supplies a second signal wave to the signal transmission path.

前記受信部は、フィルタ部と、信号処理部とを含む。前記フィルタ部は、本発明に係るフィルタ装置を含む。このフィルタ装置は前記信号伝送路から前記入力信号が供給される。前記信号処理部は、前記フィルタ装置から供給された信号を処理する。   The receiving unit includes a filter unit and a signal processing unit. The filter unit includes a filter device according to the present invention. The filter device is supplied with the input signal from the signal transmission path. The signal processing unit processes a signal supplied from the filter device.

上述した信号処理装置は、受信部に上述した本発明に係るフィルタ装置を備えるので、フィルタ装置による作用効果を奏する。   Since the above-described signal processing device includes the above-described filter device according to the present invention in the receiving unit, the effect of the filter device is achieved.

本発明に係るフィルタ装置を用いた信号処理装置の代表的な適用例は、鉄道車両用車上装置である。本発明に係るフィルタ装置は、信号処理部と組み合わされ、鉄道車両用車上装置を構成する。信号処理部は、前記フィルタ装置から出力された信号を解読する。   A typical application example of the signal processing device using the filter device according to the present invention is an on-board device for a railway vehicle. The filter device according to the present invention is combined with a signal processing unit to constitute an on-vehicle device for a railway vehicle. The signal processing unit decodes the signal output from the filter device.

鉄道車両用車上装置は、具体的には、ATCシステムを構成する車上装置である。本発明の適用において、ATC信号が第1信号波に対応し、帰線電流が第2信号波に対応する。したがって、帰線電流を供給する動力用電力源の周波数変動にも拘わらず、帰線電流の基本波、及び、ATC信号に対してノイズとなる帰線電流の高調波を除去し、ATC信号によるデータ伝送において、ビット・エラー・レートの劣化や伝送レートの高速化の障害を回避し得るATC車上装置を実現することができる。   The on-vehicle device for a rail vehicle is specifically an on-vehicle device that constitutes an ATC system. In the application of the present invention, the ATC signal corresponds to the first signal wave, and the retrace current corresponds to the second signal wave. Therefore, the fundamental wave of the return current and the harmonics of the return current that become noise with respect to the ATC signal are removed regardless of the frequency fluctuation of the power source for power that supplies the return current. In data transmission, it is possible to realize an ATC on-board device capable of avoiding a failure in bit error rate and an increase in transmission rate.

上述したように、本発明によれば、第2信号波の成分を除去して第1信号波を抽出するに当たり、第2信号波の基本周波数が変動した場合にも、その高調波による障害を回避して、目的の第1信号波を確実に抽出し、データ伝送において、ビット・エラー・レートの劣化や伝送レートの高速化の障害を取り除いたないフィルタ装置、信号処理装置及び鉄道車両用車上装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, when extracting the first signal wave by removing the component of the second signal wave, even if the fundamental frequency of the second signal wave fluctuates, the disturbance due to the harmonics is prevented. A filter device, a signal processing device, and a railway vehicle vehicle that avoids the problem and reliably extracts the first signal wave of interest and eliminates the obstacles to bit error rate degradation and transmission rate acceleration in data transmission. An upper device can be provided.

本発明に係るフィルタ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the filter apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るフィルタ装置の別の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows another embodiment of the filter apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るフィルタ装置を用いた信号処理装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the signal processing apparatus using the filter apparatus based on this invention. 本発明に係るフィルタ装置を用いた電気鉄道車両用車上装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the on-board apparatus for electric railway vehicles using the filter apparatus which concerns on this invention.

まず、図1を参照すると、周波数fsの第1信号波S1と、基本周波数f1(f1≠fs)の第2信号波S2とを含む信号S3が、入力端子Tinに供給される。第1信号波S1は、アナログ信号、デジタル信号の何れでもよいが、ここでは、周波数fsの搬送波に対して周波数偏移変調(FSK; Frequency Shift Keying)を加えたデジタル信号として扱う。周波数偏移変調は、例えば、データが0のとき搬送波を低周波数、1のとき高周波数に変化させる方式である。周波数偏移変調方式のうちでも、MSK(Minimum Shift Keying)変調方式を用いるものとして説明する。MSK変調方式は、変調指数が0.5の位相連続FSK変調方式であり、同期検波や、遅延検波が使え、復調しやすい。第2信号波S2も、アナログ信号、デジタル信号のいずれでもよい。第2信号波S2は、周波数f1の基本波、及び、その高調波(f2〜f7)を含んでいる。   First, referring to FIG. 1, a signal S3 including a first signal wave S1 having a frequency fs and a second signal wave S2 having a fundamental frequency f1 (f1 ≠ fs) is supplied to an input terminal Tin. The first signal wave S1 may be either an analog signal or a digital signal. Here, the first signal wave S1 is handled as a digital signal obtained by adding frequency shift keying (FSK) to a carrier wave having a frequency fs. Frequency shift modulation is a method of changing the carrier wave to a low frequency when the data is 0 and to a high frequency when the data is 1, for example. In the description of the frequency shift key modulation method, the MSK (Minimum Shift Keying) modulation method is used. The MSK modulation method is a phase continuous FSK modulation method with a modulation index of 0.5, and can use synchronous detection or delay detection, and is easy to demodulate. The second signal wave S2 may be either an analog signal or a digital signal. The second signal wave S2 includes a fundamental wave of frequency f1 and its harmonics (f2 to f7).

入力端子Tinには、上述した第1信号波S1及び第2信号波S2を含む信号S3が供給される。図1の参照符号(a)で示されたグラフは、信号S3の周波数スペクトル解析を示すもので、横軸に周波数Fをとり、縦軸にパワーPをとってある。   A signal S3 including the first signal wave S1 and the second signal wave S2 described above is supplied to the input terminal Tin. The graph indicated by reference symbol (a) in FIG. 1 shows the frequency spectrum analysis of the signal S3, with the frequency F on the horizontal axis and the power P on the vertical axis.

本発明に係るフィルタ装置は、入力端子Tinに供給された信号S3から、第2信号波S2に含まれる周波数成分(f1〜f7)を除去して第1信号波S1を抽出するもので、基準波推定部11と、バンド・パス・フィルタ部12と、高調波計算部13と、高調波除去部14とを含んでいる。   The filter device according to the present invention extracts the first signal wave S1 by removing the frequency components (f1 to f7) included in the second signal wave S2 from the signal S3 supplied to the input terminal Tin. A wave estimation unit 11, a band pass filter unit 12, a harmonic calculation unit 13, and a harmonic removal unit 14 are included.

高調波除去部14の後段には復調部15が備えられており、復調部15から出力端子Toutに復調された出力信号S0が供給される。復調部15は、復調すべき第1信号波S1が、MSK変調波である場合、MSK復調を実行することになる。   A demodulator 15 is provided at the subsequent stage of the harmonic wave remover 14, and the demodulated output signal S0 is supplied from the demodulator 15 to the output terminal Tout. When the first signal wave S1 to be demodulated is an MSK modulated wave, the demodulator 15 performs MSK demodulation.

基準波推定部11は、入力信号S3から、第2信号波S2において高調波を計算する基準となる特定周波数の基準波を推定する。基準波は、第2信号波S2の基本波(f1)であってもよいし、特定次数の高調波であってもよい。この明細書では、一貫的な説明と、理解の混乱を避けるため、基準波を基本波(f1)とした場合を例にとって説明する。   The reference wave estimation unit 11 estimates a reference wave having a specific frequency that is a reference for calculating a harmonic in the second signal wave S2 from the input signal S3. The reference wave may be the fundamental wave (f1) of the second signal wave S2, or may be a harmonic of a specific order. In this specification, in order to avoid a consistent explanation and confusion in understanding, a case where the reference wave is the fundamental wave (f1) will be described as an example.

基準波となる基本波(f1)の推定は、例えば、適応ノッチフィルタを用いて実行することができる。第2信号波S2の周波数成分(f1〜f7)の内、周波数成分f1は基本波、周波数成分f2〜f7は2次高調波〜7次高調波である。もっとも、本発明において、2次高調波〜7次高調波に限定されるものではなく、7次高調波よりも低い次数の高調波を対象としてもよいし、より高い次数の高調波を対象としてもよい。   The estimation of the fundamental wave (f1) serving as the reference wave can be executed using, for example, an adaptive notch filter. Of the frequency components (f1 to f7) of the second signal wave S2, the frequency component f1 is a fundamental wave, and the frequency components f2 to f7 are a second harmonic to a seventh harmonic. However, in the present invention, the harmonics are not limited to the second harmonic to the seventh harmonic, and may be targeted for lower harmonics than the seventh harmonic, and may be targeted for higher harmonics. Also good.

第2信号波S2の基本周波数f1が、予め分かっていたとしても、その周波数f1が変動することは、特別の周波数安定化手段が付加されない限り、避けられない。周波数f1が周波数Δf1だけ変動した場合、高調波には、基本波の周波数変動分Δf1を次数倍した周波数変動を生じるから、高調波(f2〜f7)が、第1信号波S1の通過帯域BPに接近し、又はその内部に入ることがある。このような場合、第1信号波S1に対する第2信号波S2の周波数変動の影響が極めて大きくなる。本発明は、そのような問題を解決しようとするものである。   Even if the fundamental frequency f1 of the second signal wave S2 is known in advance, it is unavoidable that the frequency f1 fluctuates unless a special frequency stabilizing means is added. When the frequency f1 fluctuates by the frequency Δf1, the harmonics cause a frequency fluctuation that is an order multiple of the frequency fluctuation Δf1 of the fundamental wave. May approach or enter the interior. In such a case, the influence of the frequency fluctuation of the second signal wave S2 on the first signal wave S1 becomes extremely large. The present invention seeks to solve such problems.

バンド・パス・フィルタ部12は、第1信号波S1を抽出する通過帯域BPを有する。図1の参照符号(b)で示すグラフは、バンド・パス・フィルタ部12を通過した信号を模式的に示すものであり、第2信号波S2は、その基本周波数f1が通過帯域BPの外にある。図1の例では、高調波f2、f7も、通過帯域BPの外にあるので、基本波(f1)とともに、高調波f2、f7もバンド・パス・フィルタ部12によって除去(遮断)される。バンド・パス・フィルタ部12を通過する周波数成分は、高調波f3〜f6、及び、周波数fsの第1信号S1である。バンド・パス・フィルタ部12は、アナログ処理、ディジタル処理の何れでもよい。   The band pass filter unit 12 has a pass band BP from which the first signal wave S1 is extracted. The graph indicated by reference symbol (b) in FIG. 1 schematically shows a signal that has passed through the band pass filter unit 12, and the second signal wave S2 has a fundamental frequency f1 outside the passband BP. It is in. In the example of FIG. 1, since the harmonics f2 and f7 are also outside the passband BP, the harmonics f2 and f7 are also removed (cut off) by the band pass filter unit 12 together with the fundamental wave (f1). The frequency components passing through the band pass filter unit 12 are the first signals S1 having the harmonics f3 to f6 and the frequency fs. The band pass filter unit 12 may be either analog processing or digital processing.

高調波計算部13は、基準波推定部11で推定された第2信号波S2の基本波(f1)から、その高調波(f2〜f7)を計算する。基本周波数f1が変動した場合、高調波(f2〜f7)の周波数も変動するが、全体の周波数変動特性には相関関係が存在する。したがって、推定された基本波(f1)から高調波(f2〜f7)の周波数を計算することができる。図1の参照符号(e)で示すグラフは、高調波計算部13で基本波(f1)から計算された高調波(f2〜f7)を、周波数スペクトルとして示したものである。   The harmonic calculation unit 13 calculates the harmonics (f2 to f7) from the fundamental wave (f1) of the second signal wave S2 estimated by the reference wave estimation unit 11. When the fundamental frequency f1 varies, the frequency of the harmonics (f2 to f7) also varies, but there is a correlation in the overall frequency variation characteristics. Therefore, the frequency of the harmonics (f2 to f7) can be calculated from the estimated fundamental wave (f1). The graph indicated by reference sign (e) in FIG. 1 shows the harmonics (f2 to f7) calculated from the fundamental wave (f1) by the harmonic calculation unit 13 as a frequency spectrum.

高調波除去部14は、高調波計算部13で計算された高調波(f2〜f7)のうち、バンド・パス・フィルタ部12によって除去されなかった高調波f3〜f6を除去する。このような高調波除去部14は、可変型ディジタル・ノッチ・フィルタによって実現することができる。図1において、参照符号(c)を付したグラフは、ディジタル・ノッチ・フィルタを用いた高調波除去を示すもので、ノッチフィルタ特性NFにより、3次高調波f3〜6次高調波f6が除去されている。   The harmonic removal unit 14 removes the harmonics f3 to f6 that have not been removed by the band pass filter unit 12 from the harmonics (f2 to f7) calculated by the harmonic calculation unit 13. Such a harmonic removal unit 14 can be realized by a variable digital notch filter. In FIG. 1, the graph with the reference sign (c) shows the harmonic removal using the digital notch filter, and the third harmonic f3 to the sixth harmonic f6 are removed by the notch filter characteristic NF. Has been.

上述したように、高調波除去部14は、高調波計算部13で計算された高調波(f2〜f7)のうち、バンド・パス・フィルタ部12によって除去されなかった高調波(f3〜f6)を除去するから、第2信号波S2の基本周波数f1が変動した場合であっても、高調波(f2〜f7)のうち、第1信号波S1に最も影響を与える通過周波数帯域に隣接する高調波f3、f6を除去することができる。もっとも、通過帯域BPに隣接する高調波f3、f6のみならず、それより高次の高調波f5、f7、又は、低次の高調波f2を除去してもよい。   As described above, the harmonic removal unit 14 includes the harmonics (f3 to f6) that are not removed by the band-pass filter unit 12 among the harmonics (f2 to f7) calculated by the harmonic calculation unit 13. Therefore, even if the fundamental frequency f1 of the second signal wave S2 fluctuates, of the harmonics (f2 to f7), the harmonic adjacent to the pass frequency band that most affects the first signal wave S1. Waves f3 and f6 can be removed. However, not only the harmonics f3 and f6 adjacent to the passband BP but also higher harmonics f5 and f7 or lower harmonics f2 may be removed.

したがって、本発明によれば、第2信号波S2の基本周波数f1が変動した場合にも、その高調波(f2〜f7)による影響を回避して、目的の第1信号波S1を確実に抽出し、データ伝送において、ビット・エラー・レートの劣化や伝送レートの高速化の障害を招くことのないフィルタ装置を実現することができる。   Therefore, according to the present invention, even when the fundamental frequency f1 of the second signal wave S2 varies, the influence of the harmonics (f2 to f7) is avoided and the target first signal wave S1 is reliably extracted. In the data transmission, it is possible to realize a filter device that does not cause a failure in bit error rate or an increase in transmission rate.

図1の参照符号(d)は、高調波除去部14によって抽出された後の信号を示すもので、搬送波周波数fsを含む信号となっている。信号が復調部15に供給され、復調された信号S0が出力端子Toutから出力される。   Reference numeral (d) in FIG. 1 indicates a signal after being extracted by the harmonic removal unit 14, and is a signal including the carrier frequency fs. The signal is supplied to the demodulator 15 and the demodulated signal S0 is output from the output terminal Tout.

次に、図2を参照して、本発明に係るフィルタ装置の他の実施形態を説明する。図2において、図1に現れた構成部分と等価的な構成部分については同一の参照符号を付してあり、それらの構成部分については説明を省略することがある。この実施形態は、第1信号波S1のパワーレベルに対して、第2信号波S2のパワーレベルが高くない場合、即ち同等又は低い場合に対応するものである。まず、第1信号波S1及び第2信号波S2を含む入力信号S3を、バンド・パス・フィルタ部12に供給する一方、信号帯域抑圧部16に供給する。信号帯域抑圧部16では、第1信号波S1の帯域に対して抑圧をかけ、第1信号波S1のパワーレベルを減衰させる。   Next, another embodiment of the filter device according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the same reference numerals are given to the components equivalent to those shown in FIG. 1, and the description of these components may be omitted. This embodiment corresponds to a case where the power level of the second signal wave S2 is not high, that is, equivalent or low with respect to the power level of the first signal wave S1. First, an input signal S3 including the first signal wave S1 and the second signal wave S2 is supplied to the band pass filter unit 12 and supplied to the signal band suppression unit 16. The signal band suppression unit 16 suppresses the band of the first signal wave S1 and attenuates the power level of the first signal wave S1.

図2の参照符号(e)で示すグラフは、抑圧後の周波数スペクトルを示す図で、周波数fsの搬送波を含む帯域で、パワーレベルPが著しく減衰している。信号帯域抑圧部16は、例えば、ローパスフィルタLPを用いて実現することができる。そして、抑圧された信号を基準波推定部11に供給し、図2の参照符号(f)で示すように、第2信号波S2の基本波(f1)を推定する。この後、高調波計算部13、高調波除去部14及び復調部15を用いて、第1信号波S1を抽出して出力信号S0を得ることは、図1の場合と同様である。また、バンド・パス・フィルタ部12によるフィルタ作用も、図1の場合と同様である。   The graph indicated by reference symbol (e) in FIG. 2 is a diagram showing the frequency spectrum after suppression, and the power level P is significantly attenuated in the band including the carrier wave of the frequency fs. The signal band suppression unit 16 can be realized by using, for example, a low-pass filter LP. Then, the suppressed signal is supplied to the reference wave estimation unit 11 to estimate the fundamental wave (f1) of the second signal wave S2 as indicated by the reference symbol (f) in FIG. Thereafter, the output signal S0 is obtained by extracting the first signal wave S1 using the harmonic calculation unit 13, the harmonic removal unit 14, and the demodulation unit 15 as in the case of FIG. Further, the filter action by the band pass filter unit 12 is the same as in the case of FIG.

図2に示した実施形態によれば、第1信号波S1のパワーレベルに対して、第2信号波S2のパワーレベルが高くない場合において、第2信号波S2の基本周波数が変動したときでも、目的の第1信号波S1を確実に抽出し、データ伝送において、ビット・エラー・レートの劣化や伝送レートの高速化の障害を招くことのないフィルタ装置を実現することができる。   According to the embodiment shown in FIG. 2, even when the fundamental frequency of the second signal wave S2 varies when the power level of the second signal wave S2 is not higher than the power level of the first signal wave S1. Thus, it is possible to reliably extract the target first signal wave S1 and to realize a filter device that does not cause a failure in bit error rate or an increase in transmission rate in data transmission.

図3は、本発明に係るフィルタ装置を用いた信号処理装置の構成を示す図である。図3を参照すると、この信号処理装置は、第1信号源2と、受信部3と、第2信号源4と、信号伝送路5とを含む。第1信号源2は、第1信号波S1を信号伝送路5に供給する。第2信号源4は、第1信号波S1とは基本周波数f1が異なる第2信号波S2を、信号伝送路5に供給する。   FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a signal processing device using the filter device according to the present invention. Referring to FIG. 3, the signal processing apparatus includes a first signal source 2, a receiving unit 3, a second signal source 4, and a signal transmission path 5. The first signal source 2 supplies the first signal wave S 1 to the signal transmission path 5. The second signal source 4 supplies a second signal wave S2 having a fundamental frequency f1 different from that of the first signal wave S1 to the signal transmission line 5.

受信部3は、フィルタ部31と、信号処理部32とを含む。フィルタ部31は、本発明に係るフィルタ装置を含む。このフィルタ部31には、信号伝送路5から第1信号波S1及び第2信号波S2を含む入力信号S3が供給される。信号処理部32は、フィルタ部31から供給された信号を処理する。   The receiving unit 3 includes a filter unit 31 and a signal processing unit 32. The filter unit 31 includes a filter device according to the present invention. An input signal S3 including the first signal wave S1 and the second signal wave S2 is supplied to the filter unit 31 from the signal transmission path 5. The signal processing unit 32 processes the signal supplied from the filter unit 31.

上述した信号処理装置は、受信部3のフィルタ部31に、上述した本発明に係るフィルタ装置を備えるので、フィルタ装置による作用効果を奏する。   Since the signal processing device described above includes the filter device according to the present invention described above in the filter unit 31 of the receiving unit 3, the effect of the filter device is achieved.

本発明に係るフィルタ装置を用いた信号処理装置の具体的な適用例は、鉄道車両用車上装置である。図4にATCシステムを構成する車上装置3の一例を示してある。図4を、図3と対比しながら説明すると、まず、ATC信号が第1信号波S1に対応する。ATC信号S1は、第1信号源となるATC送信部2から信号伝送路となるレール5に供給される。レール5に供給されたATC信号S1は、車上アンテナ33によって受信され、車上アンテナ33から車上装置3に導かれる。ATC信号は、例えば、MSK変調波であり、その搬送周波数fsは、一例であるが、3150Hzに選定される。   A specific application example of the signal processing device using the filter device according to the present invention is an on-vehicle device for a railway vehicle. FIG. 4 shows an example of the on-board device 3 constituting the ATC system. 4 will be described in comparison with FIG. 3. First, the ATC signal corresponds to the first signal wave S1. The ATC signal S1 is supplied from the ATC transmitter 2 serving as the first signal source to the rail 5 serving as the signal transmission path. The ATC signal S1 supplied to the rail 5 is received by the on-board antenna 33 and guided from the on-board antenna 33 to the on-board device 3. The ATC signal is, for example, an MSK modulated wave, and the carrier frequency fs is selected as 3150 Hz, for example.

車上装置3では、フィルタ部31を構成する本発明に係るフィルタ装置により、ATC信号を抽出する。ATC信号は信号処理部32に供給され、車両制御に供される。   In the on-board device 3, the ATC signal is extracted by the filter device according to the present invention constituting the filter unit 31. The ATC signal is supplied to the signal processing unit 32 and used for vehicle control.

鉄道車両では、変電所41、架線42、車両TRに備えられたパンタグラフ43及び車両モータ44などの動力系を含んでおり、これらが、第2信号源4となり、レール5に流れる帰線電流が第2信号波S2に対応する。帰線電流S2は、車上アンテナ33によって受信され、車上アンテナ33から車上装置3に導かれる。変電所41から架線42を経て送電される電力は、50Hz又は60Hzの交流である。   The railway vehicle includes a power system such as a substation 41, an overhead line 42, a pantograph 43 provided in the vehicle TR, and a vehicle motor 44. These serve as the second signal source 4, and a return current flowing through the rail 5 is generated. This corresponds to the second signal wave S2. The return current S2 is received by the on-board antenna 33 and guided from the on-board antenna 33 to the on-board device 3. The electric power transmitted from the substation 41 via the overhead line 42 is an alternating current of 50 Hz or 60 Hz.

上述したように、ATC信号S1の搬送周波数は、動力用電力の電源周波数から離隔した値に選定されている。動力用電力波の基本波に関する限り、バンド・パス・フィルタなどを用いて、ATC信号S1を帰線電流S2から分離して抽出することができる。ところが、帰線電流S2は基本波のほかにその高調波を含んでいる。このため、この高調波の成分がATC信号S1に対するノイズとなり、ATC信号S1によるデータ伝送において、ビット・エラー・レートの劣化や伝送レートの高速化の障害を招く。   As described above, the carrier frequency of the ATC signal S1 is selected to be a value separated from the power frequency of the power for power. As far as the fundamental wave of the power wave is concerned, the ATC signal S1 can be separated and extracted from the retrace current S2 using a band pass filter or the like. However, the return current S2 includes its harmonics in addition to the fundamental wave. For this reason, this harmonic component becomes noise with respect to the ATC signal S1, and in the data transmission using the ATC signal S1, the bit error rate is deteriorated and the transmission rate is increased.

そこで、本発明では、車上装置3に、図1及び図2に示したフィルタ装置31を備えるものである。これにより、帰線電流を供給する変電所41における電源の周波数変動にも拘わらず、ATC信号S1を、帰線電流S2の基本波(f1)から分離して抽出するとともに、ATC信号S1に対してノイズとなる帰線電流S2の高調波を除去し、ATC信号S1によるデータ伝送において、ビット・エラー・レートの劣化や伝送レートの高速化の障害を回避し得るATC車上装置を実現することができる。   Therefore, in the present invention, the on-board device 3 includes the filter device 31 shown in FIGS. 1 and 2. As a result, the ATC signal S1 is extracted separately from the fundamental wave (f1) of the return current S2 in spite of fluctuations in the frequency of the power source at the substation 41 that supplies the return current. To realize an ATC on-board device that eliminates the harmonics of the return current S2 that causes noise and avoids the deterioration of the bit error rate and the increase in the transmission rate in data transmission using the ATC signal S1. Can do.

以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。   Although the contents of the present invention have been specifically described above with reference to the preferred embodiments, it is obvious that those skilled in the art can take various modifications based on the basic technical idea and teachings of the present invention. It is.

11 基準波推定部
12 バンド・パス・フィルタ部
13 高調波計算部
14 高調波除去部
15 復調部
16 信号帯域抑圧部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Reference wave estimation part 12 Band pass filter part 13 Harmonic calculation part 14 Harmonic removal part 15 Demodulation part 16 Signal band suppression part

Claims (4)

第1信号波と、前記第1信号波とは異なる第2信号波が混在する入力信号を、バンド・パス・フィルタ部に供給し、前記第2信号波の高調波成分を除去して前記第1信号波を抽出するフィルタ装置であって、
前記第1信号波は、前記バンド・パス・フィルタ部の通過帯域内にあり、前記第2信号波は、基本波が前記通過帯域外の低域側にあり、
前記第2信号波の周波数が変動したとき、変動後の基本波又は特定次数の高調波たる基準波から高調波を計算し、
計算された高調波のうち、前記バンド・パス・フィルタ部によって除去されなかった高調波を除去する、
フィルタ装置。
An input signal in which a first signal wave and a second signal wave different from the first signal wave are mixed is supplied to a band-pass filter unit, and harmonic components of the second signal wave are removed to remove the second signal wave. A filter device for extracting one signal wave,
The first signal wave is in a pass band of the band pass filter unit, and the second signal wave has a fundamental wave on a low frequency side outside the pass band,
When the frequency of the second signal wave fluctuates, a harmonic is calculated from a reference wave that is a fundamental wave after the fluctuation or a harmonic of a specific order ,
Of the calculated harmonics, remove harmonics that have not been removed by the band pass filter unit ;
Filter device.
請求項1に記載されたフィルタ装置であって、
前記第1信号波は、搬送波に変調を加えた信号であり、
前記第2信号波は、動力用電力波である、
フィルタ装置。
The filter device according to claim 1,
The first signal wave is a signal obtained by modulating a carrier wave,
The second signal wave is a power power wave.
Filter device.
フィルタ装置と、信号処理部とを含む信号処理装置であって、
前記フィルタ装置は、請求項1または2に記載されたものであり、
前記信号処理部は、前記フィルタ装置から供給された信号に対応した信号を出力するものであり、
前記第1信号波及び前記第2信号波は、同一伝送路によって伝送される、信号処理装置。
A signal processing device including a filter device and a signal processing unit,
The filter device is described in claim 1 or 2,
The signal processing unit outputs a signal corresponding to the signal supplied from the filter device,
The signal processing apparatus, wherein the first signal wave and the second signal wave are transmitted through the same transmission path.
請求項3に記載された信号処理装置であって、
前記第1信号波は、ATC信号であり、
前記第2信号波は、帰線電流である、
鉄道車両用信号処理装置。
The signal processing device according to claim 3,
The first signal wave is an ATC signal;
The second signal wave is a retrace current;
Railway vehicle signal processing device.
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