RSG 参考信号发生器的研究

陈燕 福州职业技术学院，福建 福州 350000

1 查询应答器的现状

应答器作为我国列控系统中的重要设备，担负着车地信息交互和辅助定位的重要功能。但在一些现场测试中却出现了列车通过地面应答器但没收到应答器报文的现象。在实际铁路运营过程中，应答器丢点现场可能导致列车无法获取实时轨道信息而发生危险。搭建应答器测试平台验证应答器工作性能是十分必要的。

RSG（Reference Signal Generator）参考信号发生器在应答器测试平台中负责产生和发送报文，是整个测试平台的源头，其性能好坏对整个应答器测试的准确性产生重大影响。所以RSG参考信号发生器的研究对于应答器测试平台的发展有重要意义。

2 应答器系统工作原理

应答器是一种地面向列车发送报文的传输设备。既可以传输固定信息，也可连接轨旁单元传送可变信息。其传输的信息包括线路基本参数、线路速度信息、临时限速信息、道岔信息、特殊定位信息以及其他信息。应答器系统工作原理如图2-1所示，主要由BTM传输模块、天线单元等车载设备，以及应答器传输系统、LEU等地面设备构成。

图 2 1：应答器系统原理

3 RSG关键信号建模与系统实现

RSG参考信号发生器的关键信号主要有3种：上行链路信号、射频能量信号以及C接口信号。

3.1 上行链路FSK信号

上行链路FSK信号即应答器通过A接口向车载天线发送的信号。应答器测试规范085规范给出了上行链路辐射模式层静态特性曲线，如图3-1所示，第一条曲线表示的是上行链路辐射强度沿X轴方向（列车运行方向）上的变化曲线，在X=0处，车载天线可接收到的辐射能量最大。

图 3 1：上行链路辐射模式静态特性曲线

图3-1中“BTM接收门限”描述了BTM在不同X坐标上对于上行链路信号的接收门限值。应答器测试规范中定义的最强应答器与最弱应答器的辐射模式曲线如图3-1所示。两条曲线与“BTM接收门限”的交点分别为。在区间和区间内，BTM能够正常启动对最强与最弱应答器的解调工作。

FSK信号的基本表达式为：

此公式计算得到的是列车与应答器相对静止情况下的理论上行链路信号，而实际上列车与应答器的信息交互多数都处于高速运动中，此时车载天线接收到的信号幅度、相位、频率等参数相较与静止情况都存在较大差异。

根据电磁感应原理，在环境与应答器型号参数固定的情况下，空间磁场内任何一点的磁场强度是固定的，而当列车通过应答器时，车载天线接收到的上行链路信号幅度应该与磁场强度的变化一致，所以当列车以任意速度V运行时，BTM接收到的上行链路信号幅度包络曲线形状不变，只是在时间轴以速度 为比例因子进行了压缩。

在实验室通过模拟列车实际通过应答器的速度、应答器规格以及应答器与列车的垂直距离等参数即可计算得到上行链路信号的理论波形。但实验室模拟的幅度包络仅仅是理论值，与实际情况存在一定差异，所以最好的办法就是现场采集真实数据。但是由于上行链路信号是高频信号，如果采集到的采样点不够多，还原出的信号就会出现严重失真，无法满足应答器测试需求，虽然这种信号无法直接进行应答器测试，但是却可以输出真实幅度包络。将计算出的标准FSK信号使用模拟速度进行频率压缩，再加载真实幅度包络即可得到上行链路FSK信号。

3.2 射频能量信号

射频能量信号是指车载天线通过A接口发送的、用于激活地面无源应答器的能量信号。当列车接近应答器时，应答器线圈感应到27MHz的磁场，产生感应电流，当电流强度逐步增强到应答器工作的额定电流时，应答器开始工作，车载天线驶离应答器时，磁场强度逐渐减小，当感应电流降低到应答器工作电压以下时，应答器停止工作。不同于其他应答器信号，射频能量信号的作用仅仅是激活地面无源应答器，不携带任何数据信息，因此在模拟生成射频能量信号时，只需模拟出信号幅度的大致变化即可。

当应答器线圈产生的感应电流达到某一固定值时应答器就会被激活，应答器工作期间，电流强度保持在固定值以上即可，所以生成射频能量信号时，应答器激活期间的信号幅度可保持恒定，并且应持续足够长的时间，以保证测试的进行，而当列车接近、远离应答器的过程中，根据电磁感应原理，射频能量信号的幅度应呈现一个相反且对称升降过程，因此，列车通过应答器的过程中，射频能量信号的幅度呈梯形，并且由于轨道上两个应答器之间的距离远大于应答器的有效作用范围，因此要求射频能量信号占空比小于1%。

3.3 “C”接口信号

“C”接口由LEU向应答器传输的DBPL编码的“C1”信号和向地面应答器提供电源的“C6”正弦信号组成。主要用于LEU向应答器供电并进行信息交互。

应答器测试规范规定了接口“C1”信号的平均传输速率为564.480kbit/s，也就是说“C1”信号一比特数据的传输时间为1/564480s，而接口“C6”信号的频率为8.82kHz，可以看出接口“C6”信号的周期正好是“C1”信号一比特数据传输时间的64倍，在生成“C”接口信号时，确保接口“C6”信号的1s内的采样点数为接口“C1”信号一个比特位点数的64倍，逐点叠加即可生成理论“C”接口信号。

在模拟产生真实“C”接口信号时还需考虑时间抖动和谐波的影响，应答器测试规范要求时间抖动应小于60ns，通过随机函数随机生成不同的时间抖动值，模拟不同情况下的应答器接收性能，同时还要求所有高频谐波的幅值和小于0.22vpp，在生成这些谐波信号时，采样点数设置为与接口“C6”信号一致，这样无需额外运算即可完成信号叠加。

3.4 系统设计

应答器作为列控系统的关键设备，其性能关系到铁路运营安全，因此对测试精度要求非常高，同时平台的测试项目也必须完备。为了满足应答器测试精度的要求，并且达到动态配置参数的目的，严格挑选精度满足要求的硬件设备搭建起图4-1所示的系统硬件结构图。

图 4 1：系统硬件结构图

由PC机以高采样率的方式生成精度很高的测试信号，然后经GPIB总线写入AWG5002B任意波形发生器，再将不同信号通过不同的发送设备分别输出，用于上行链路、应答器激活、LTE传输等测试项目。

4 结论与展望

在铁路事业快速发展的今天，列车的运行速度不断提升，而应答器作为高速地对车通信的关键设备，如何提高其性能指标变得越来越重要。本文通过分析RSG关键信号特征，提出了信号模拟方案。

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