鐵路無線通信中軟件無線電的應用分析

孫路軍

【摘要】 本文對軟件無線電在鐵路電臺通信中的應用和實現進行了闡述，并對鐵路通信特點進行掌握，在信號傳輸過程中采用感應方式，在手法處理中采用全雙工的方式，對原來存在的各種模擬鐵路電臺、例如調順、調幅電臺進行了兼容，這樣能對各種電臺模式間進行切換，希望具有借鑒意義。

【關鍵詞】 鐵路無線通信 軟件無線電 應用分析 數字信號處理

無線通信中存在著諸如多種通信體系、各種標準并存、缺乏頻率資源的問題，無線個人通信系統在發展過程中新系統逐漸出現，其生存周期縮短，過去的無線通信因為主要對硬件充分應用，導致其難以跟上時代，所以軟件無線電就此產生，其基本概念是在無線通信平臺中對硬件作為主要方式，多使用具有個人通信功能的軟件，保證軟件也具有無線通信新系統，軟件無線電在技術上將A/D和D/A變換器向射頻端進行靠攏，充分應用寬帶天線和多頻段天線，A/D變換將在中頻頻段中進行，應用可編程數字軟件來進行處理，這個體系在結構上非常通用，能對以上問題進行充分解決，保證無線通信系統能夠在頻段、用戶和體制上能夠具有多樣性。這種系統的實現需要非常高性能的寬帶天線、A/D變換器、數字信號處理器和通用CPU，目前的個人通信系統其硬件平臺的處理能力很高，能夠博愛恒對不同軟件進行應用保證功能和服務更加豐富。

一、軟件無線電介紹

關于其體系結構特點如圖1所示，其和過去無線電系統結果區別是A/D和D/A趨近RF端，從過去的基帶移動到中頻位置，完成采樣工作。另外在對A/D前和D/A后進行處理中采用的DSP/CPU更加高速。在微電子技術的發展過程中，數字器件性能得到了提升，數字無線電得到發展，然而軟件無線電和數字無線電概率具有不同，因為A/D和D/A趨近RF端只能保證軟件無線電形成，其真正目的是用是器件編程能力強取代數字電路能夠帶來很多優勢。軟件無線電工作模塊有處理信道、管理環境和在線/離線工具三個部分，信道頻段頻程形狀更加均勻、耗損更低，其接口也能為不同業務提供方便，比特流的數據信號能夠利用基帶處理進行調制和解調，能夠對抗衰落和抗干擾進行計算，因為基帶寬帶和調制波形的變化，所以其復雜程度不統一，比特流處理主要做前后糾錯處理，之后通過軟件解碼來對數字話音和數據進行信源編解碼處理，在環境管理模塊中對頻率、時間、空間特征等進行用來對無線電環境進行表征。軟件無線電目的是保證通信系統能不受硬件限制，如果系統結構穩定可以采用軟件實現，在系統改進和升級過程中，其成本更小，更加便捷，能保證系統之間的兼容性。

二、感應通信技術

利用27.5接觸網作為波導線，采用無線-有線-無線方式保證前后機車協調操縱同步運行對講，保證了機車、車站和調度三者間的無線調度，對隧道和山道間的無線通信問題進行了有效解決。感應通信在傳播上不僅靈活而且場強分布具有自己特點，其沿著感應線鏈狀分布，在隧道中應用較為穩定，難以受到環境的影響，雖然很多鐵路感應通信電臺采用模擬系統，其性能較好，但是對于通信性能進行提高是最主要工作。鐵路通信感應電臺系統如何達到數字化、智能化和軟件化，并對軟件設計和智能模塊技術進行應用，保證在不同技術通信環境下鐵路移動機車感應電臺系統的通信能夠達到相應標準，保證控制調整更加智能，軟件無線感應電臺傳輸頻段更加靈活，可以按照傳播環境等自動完成網絡調整和動態優化工作。

三、感應電臺系統構成

軟件無線電鐵路感應電臺主要是對對感應通信特點進行結合，軟件無線電技術傳輸頻段更加靈活，信道接入模式較多，速率多樣化，能夠按照網絡傳播環境做出自動調節，這個系統不僅有可靠的硬件平臺，還與實用的軟件體系。這種感應電臺，其性能和技術指標更高、在射頻發射前和接收后用戶接口采用數字化處理、其對語音接口進行模擬，語音編碼方式速率為5.3kbps，其數據傳輸有備用接口，采用RS232，在數字調制中采用4PSK方式，通信更加可靠，對碼流采用糾錯技術，系統能夠抵抗噪聲和干擾，其可靠性更強，其通信方式有兩種，一種是點對多點廣播式，另一種是點對點雙向式，并對原來的模擬AM、FM感應電臺兼容互通性進行了保留，其硬件結構如圖2所示，其有效帶寬為25KHZ，中心頻率是412.5KHz，其收發頻道對DSP編程進行自動選擇，可以選擇信道進行數據的發送和接收，能達到雙向通信的效果。系統主要功能是信源信道編解碼、調制、協議和信令處理，可以通過DPS編程完成，軟件系統方面主要采用五個模塊，分別是實時處理模塊、控制分析模塊、線路輸入輸出模塊、終端模塊以及功能選擇模塊等，

四、通信方式

感應通信電信系統主要采用FDD方式，兩個頻段分別作為正反鏈路，防止發射和接收同時工作過程中信號泄露問題的出現，其頻帶寬度為25kHz，其通道兩個子信道和隔離帶，如圖3所示，分貝用來發、收信息，每個信道有三個邏輯信道，分別是語言、數據和信令，其中信令處于打開狀態，機車和車站利用信令進行通信控制。

五、采用軟件無線電的數據結構

感應電臺數據結構應對三個層，分別是物理、鏈路和應用，鏈路層在數據打包和解包過程中國最為主要，可以分為邏輯鏈路控制子層和介質訪問控制子層，采用簡化高級數據鏈路控制規程對數據進行打包處理，根據電臺通信的需要，把其中存著的不用的部分進行刪減。射頻采用橋式電路、帶通濾波器保證信號的收發兩個程序能夠分開進行，防止干擾的存在，如果發送功率太大，貴對接收電路造成影響，雖然感應通信系統和其他無線通信系統比起來，其更加穩定，但是其存在著一定的波動，主要是因為在火車運行過程中接收電平降低，因為在射頻電路中添加自動增益控制，能夠保證電平的穩定性。

六、信號處理

屹接收端的信號處理中，當電臺在接收模式下，其信號會在前端接收放大，通過帶通濾波器送到高速D/A轉換器，濾波器的頻率相位和幅度等能夠通過DPS設定和調整，保證符合信道變化的要求，并在帶通濾波后的模擬信號經過帶寬A/D變換器轉換成數字信號進入DSP。除此之外，還有億發送端信號處理和役DPS信號處理能力的估計。總之應用軟件無線電概念和系統模型，感應無線電臺能多模式轉換，對職能切換，在通信領域中廣泛應用，其實現離不開DPS技術的應用，今后還會更好發展。

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