基于TMS320C6722的高速铁路信号发送与接收模拟系统

3．1正交化高速高可靠轨道信号

FSK信号是用数字调制信号的正负来控制载波的频率，即频移键控信号。目前国内使用的UM71轨道信号，虽然有占用频带窄、不容易受到干扰、解调相对容易、反应时间快等优点，但是其调制频率的设置仍不满足正交条件，16．9 Hz以下调制频率的调制系数偏大，对上下边频的漂移敏感，也存在倍频信号的隐患，UM71频谱集中在中心载频附近，当调制频率较低时，调制系数偏大，尤其是10．3 Hz时，其能量分布除了在中心载频处有最大值外，它的次高谱线、次次高谱线处的能量也较大，不利于解调的可靠性。针对这些缺点，对其进行正交化改造。

根据最佳接收系统的条件，如果移频键控信号FSK的两个频率IL和｀满足相互正交，则该信号系统的接收检测可以达到最佳，进而保证系统的可靠接收，提高系统的稳定性。通过推导可证明FSK信号的正交条件为两频率之差是其调制频率的整数倍。由FSK信号的频谱可知，其谱结构是以载频为中心、以调制频率为间隔的离散谱。因此调制频率越小，谱线越集中，信号频带越窄。正交化轨道信号采用调制系数0．5，不仅可以得到较窄的带宽，还有很好的功率谱结构，方便可靠解调。改造方案大体如下：

（1）采用原ZPW2000A信道，载频设置上行2 000 Hz、2 600 Hz，下行1 700 Hz、2 300 Hz。这样可以利用原轨道电路。

（2）调制频率设置满足正交性，且正交系数为1，调制系数0.5。

（3）不同的调制频率对应不同的频偏，形成自适应频偏体系。

（4）特征谱一次边频分量的相对幅度为l／3。

（5）避开了50 Hz的谐波干扰。频带控制在正负40 Hz以内。

（6）调制频率的选择避免倍频的可能。

（7）解调速度提高到0．4 s～0．6 s。

所以将调制频率设计为从1* Hz～31．6 Hz，间隔为0．8 Hz递增，避开了倍频的可能，从而可以增加到20个调制信号。

3．2新型数字编码信号

TVM430数字编码信号有27个信息位，信息量远高于国内原有轨道信号。但是其最大缺陷在于信号解调周期长，信号可靠确定时间长，大大超过国产移频信号和UM71信号。此外该轨道信号系统运行成本昂贵，性价比低，且应用中信息位存在冗余，理论上若信息位降低，解调周期必定会减少。针对以上问题，对TVM430信号进行国产化技术改造，在保证信息量的同时降低信息位，使之成为一种具有较高信息传送能力、解调周期短、适合中国国情的数字轨道信号系统。

经过对铁路现场的调研和分析，提出了改进方案。改进的TVM430数字编码信号被命名为新型数字编码信号。新型数字编码信号在满足我国铁路的实际情况的前提下，相比于原信号减少了低于4．08 Hz的低频信息，从而提高了信号的抗干扰能力和解调速度。新型数字编码信号去掉了路网码，信息位共20 bit，其中坡度码3bit、闭塞分区长度码4 bit、速度码5 bit、循环冗余校验码6 bit、奇偶监督码1 bit、占用码1 bit。1 bit奇偶监督码专门用于速度码的检测。为了提高解调速度，在不同的信息码之间添加0码，即不同信息码连接处的频率间隔为1．28 Hz。载频沿用TVM430信号的1 700 Hz、2 000 Hz、2 300 Hz、2 600 Hz四个载频。

4.系统主要软件设计

本系统软件设计主要包括：系统的整体控制、正交化FSK信号的发送和解调、数字编码信号的发送和解调。铁路轨道信号发送和解调过程主流程图如图3、图4所示。


图3 DSP主程序流程图


图4 ARM主流程图