基于分集接收和同频中继的无线调车系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及无线电通信技术领域，具体涉及基于分集接收和同频中继的无线调车系统及其使用方法。

背景技术

铁路平面调车作为铁路运营中的首要环节，就是在平面牵出线上进行的调车作业。平面调车任务的完成是保证列车在对应的轨道行驶及人员、货物准确输送的第一步。铁路平面无线调车系统就是基于无线电台加装控制软、硬件，实时传送车辆编组调车信息，实现灯显信令、语音提示的通信与信号一体化的车辆编组调度的信息与控制系统。

例如，申请号为201911171256.8的中国发明专利申请，公开了一种铁路平面无线调车定位方法，包括：根据前一刻机车的位置估测当前机车的位置，结合机车位置的测量数据，根据调车的区段来判断机车的精确位置。基于该方法，本发明还公开了一种铁路平面无线调车系统，包括区长台控制器、机车台控制器、手持电台、云服务器。

又例如，申请号为201120074145.8的中国实用新型专利，公开了一种无线调车机车监控系统车载主机，它包括发送、接收两部分功能，发送部分包括与微处理器电连接的看门狗电路、CAN通信电路和数传电台。接收部分包括母板、总线接口板、主板、数传电台、485通信电路、电源电路。

现有的铁路平面无线调车系统通过采用手持电台或对讲机形式，通过无线通信实现了区长台、机车台、调车组成员之间的即时语音沟通和基本控制指令(如移动、停止、开始调车、完成调车等)的相互传达，但仍存在着以下缺点：

1、射频功率不一致，覆盖范围大小不一。按铁路TB/T2834-2016铁路无线调车灯显设备技术标准里规定，机控器和手持台的最高射频功率为4W，区长台的最高功率为10W，在设备使用时，一般都是满功率运行，所以就造成区长台和手持台机控器的发射功率相差很大，上下行功率不平衡。区长台基本能覆盖到整个调车组活动范围，区长台发射时，同频组手持台和机控器一般都可以正常接收；而机控器、手持台发射功率小，尤其是手持台，比区长台通信距离小很多，手持台通话及发送信令时，往往相隔距离较远的手持台之间或与机控器之间就无法接收到。

2、一些车站为扩大机控器、手持台的呼叫范围和通讯能力，又单独架设同频中继台，用于增大通讯距离，扩展覆盖范围。但也有中继台选址难、施工及供电不便、工程量大及中继台价格高等问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺点，本发明提出了基于分集接收和同频中继的无线调车系统。

本发明所述基于分集接收和同频中继的无线调车系统，包括区长台、若干个手持台，其中，区长台外部设置有3个天线，分别为主天线、第一副天线、第二副天线，3根天线之间的间距为1.5λ以上，主天线与天线开关、一路总放大器、一路变频器、一路滤波器、一路中频模块依次通过导线连接，第一副天线与二路总放大器、二路变频器、二路滤波器、二路中频模块依次通过导线连接，第二副天线与三路总放大器、三路变频器、三路滤波器、三路中频模块依次通过导线连接；一路分放大器分别与天线开关、一次变频器通过导线连接，二路变频器与二路分放大器通过导线连接，三路变频器与三路分放大器通过导线连接，锁相环分别与一路分放大器、二路分放大器、三路分放大器通过导线连接；扬声器、扬声放大器、AD/DA转换器依次通过导线连接，麦克风、麦克放大器、AD/DA转换器依次通过导线连接，DSP模块分别与一路中频模块、二路中频模块、三路中频模块、MCU模块、锁相环、AD/DA转换器通过导线连接；区长台与若干个手持台通过无线方式连接。

进一步地，区长台的无线电频率设置为400MHz至450MHz之间，最大波长为0.75m，主天线、第一副天线、第二副天线三者中的最小间距为1.125m。

本发明另提供所述基于分集接收和同频中继的无线调车系统的使用方法，具体步骤如下：

步骤1：调整主天线、第一副天线、第二副天线之间距离，使得主天线、第一副天线、第二副天线之间的间距为1.5λ以上；

步骤2：分配区长台通信时隙，第1时隙用于接收，第2时隙用于发射；

步骤3：使天线开关状态与第1时隙的发射、第2时隙的接收时隙相匹配；

步骤4：接收状态下，第一路信号由主天线接收，经一路总放大器放大，之后与锁相环产生的第一本振信号经一路分放大器放大后在一次变频器中混频，完成一次变频，产生第一中频信号；然后第一中频信号经过一路滤波器滤波后，加载到一路中频模块中，在一路中频模块中进行二次变频、滤波、AD转换，生成的数字信号发送至DSP模块；

步骤5：在步骤4的基础上，不同传播路径接收到的第二路信号由第一副天线接收，经二路总放大器放大，之后与锁相环产生的第一本振信号经二路分放大器放大后在二路变频器中混频，完成一次变频，产生第一中频信号；然后经过二路滤波器滤波后，加载到二路中频模块中，在二路中频模块中进行二次变频、滤波、AD转换，生成的数字信号送至DSP模块；

步骤6：在步骤5的基础上，不同传播路径接收到的第三路信号由第二副天线接收，经三路总放大器放大，之后与锁相环产生的第一本振信号经三路分放大器放大后在三路变频器中混频，完成一次变频，产生第一中频信号，然后经过三路滤波器滤波后，加载到三路中频模块中，在三路中频模块中进行二次变频、滤波、AD转换，生成的数字信号送DSP模块；

步骤7：在区长台处于接收状态下，DSP模块首先对第一路信号、第二路信号、第三路信号进行数字移相，得到相位一致的第一路信号、第二路信号、第三路信号接收信号，根据计算得到的信号强度，对每路信号进行加权预算，最后对加权后信号进行叠加，得到最优接收合成信号；

步骤8：DSP模块对合成的最优信号进行解调，输出音频码流发送至AD/DA转换器，转换为模拟音频信号，用音频功放放大，发送至扬声器放音；

步骤9：DSP模块对合成的最优信号进行解码，输出数据码流送MCU处理；

步骤10：在发射时，麦克风把采集到的音频信号经过放大器放大后，发送至AD/DA转换器转换为数字信号，传送至DSP模块，由DSP模块生成调制信号，然后加载到锁相环上，经一路分放大器放大输出，在天线开关置为发射状态时，由主天线发射；

步骤11：区长台对每个第1时隙通过分集接收并确定总的接收信号，第2时隙则向机控器和手持台转发，两个时隙交替进行，每个时隙时间短暂，使用者分辨不出其中的语音断续，区长台具有中继台功能，不用再单独施工架设同频中继台。

进一步地，在步骤7中，对相位一致的第一路信号、第二路信号、第三路信号接收信号，进行计算每一路信号的信号强度，根据每一路信号的信号强度，给予若干的加权系数，然后把加权后的第一路信号、第二路信号、第三路信号进行叠加，得到合成的最优信号。

进一步地，在步骤11中，区长台还具有同频中继转发功能，第1时隙接收，第2时隙转发，第2时隙发射时，主天线开关处于发射状态。

本发明所述基于分集接收和同频中继的无线调车系统的有益效果如下：

1、与现有技术相比，本发明的区长台增加了2根副天线用于接收，2根副天线只参与区长台的分集接收，区长台发射使用主天线。

2、本发明经实际测算，分集接收使区长台接收增益增加了4dB，相当于手持台和机控器发射增益增加了4dB，原为4W的电台，相当于获得了10W左右的发射效果，与区长台基本一致，上行距离显著增加。

3、本发明中的区长台增加了同频中继功能，上行语音和信令只要区长台能收到，就转发出去，只要是原区长台能够覆盖的地方，现在手持台和机控器同样能够覆盖，满足了铁路站场调车通信的需要。

4、本发明通过在区长台增加两根接收天线，无需另外供电，施工量比单独架设中继台大大减少，成本降低，覆盖效果改善明显。

附图说明

图1为本发明所述基于分集接收和同频中继的无线调车系统的连接关系示意图。

图2为本发明所述基于分集接收和同频中继的无线调车系统的外部天线示意图。

图3为本发明所述基于分集接收和同频中继的无线调车系统的无线连接关系示意图。

图中标记所示：1-主天线；2-第一副天线，3-第二副天线；4-一路总放大器，5-二路总放大器，6-三路总放大器；7-一路变频器，8-二路变频器，9-三路变频器；10-一路滤波器，11-二路滤波器，12-三路滤波器；13-一路分放大器，14-二路分放大器，15-三路分放大器；16-一路中频模块，17-二路中频模块，18-三路中频模块；19-MCU模块，20-天线开关，21-DSP模块，22-锁相环，23-AD/DA转换器，24-麦克放大器，25-扬声放大器，26-麦克风，27-扬声器，28-区长台，29-手持台。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步说明。

如图1至图3所示，本发明所述通信系统的具体实施方式如下：

基于分集接收和同频中继的无线调车系统，包括区长台28、若干个手持台29，其中，区长台28外部设置主天线1、第一副天线2、第二副天线3，主天线1、第一副天线2、第二副天线3之间的间距为1.5λ以上，主天线1与天线开关20、一路总放大器4、一路变频器7、一路滤波器10、一路中频模块16依次通过导线连接，第一副天线2与二路总放大器5、二路变频器8、二路滤波器11、二路中频模块17依次通过导线连接，第二副天线3与三路总放大器6、三路变频器9、三路滤波器12、三路中频模块18依次通过导线连接；一路分放大器13分别与天线开关20、一路变频器7通过导线连接，二路变频器8与二路分放大器14通过导线连接，三路变频器9与三路分放大器15通过导线连接，锁相环22分别与一路分放大器13、二路分放大器14、三路分放大器15通过导线连接；扬声器27、扬声放大器25、AD/DA转换器23依次通过导线连接，麦克风26、麦克放大器24、AD/DA转换器23依次通过导线连接，DSP模块21分别与一路中频模块16、二路中频模块17、三路中频模块18、MCU模块19、锁相环22、AD/DA转换器23通过导线连接；区长台28与若干个手持台(含1台机控器)29通过无线方式连接。

进一步地，区长台28的无线电频率设置为400MHz至450MHz之间，最大波长为0.75m，主天线1、第一副天线2、第二副天线3三者中的最小间距为1.125m。

本发明另提供基于分集接收和同频中继的无线调车系统的使用方法，所述使用方法的具体步骤如下：

步骤1：调整主天线1、第一副天线2、第二副天线3之间距离，使得主天线1、第一副天线2、第二副天线3之间的间距为1.5λ以上；

步骤2：分配区长台28通信时隙，第1时隙用于接收，第2时隙用于发射；

步骤3：使天线开关20状态与第1时隙的发射、第2时隙的接收时隙相匹配；

步骤4：接收状态下，第一路信号由主天线1接收，经一路总放大器4放大，之后与锁相环22产生的第一本振信号经一路分放大器13放大后在一次变频器7中混频，完成一次变频，产生第一中频信号；然后第一中频信号经过一路滤波器10滤波后，加载到一路中频模块16中，在一路中频模块16中进行二次变频、滤波、AD转换，生成的数字信号发送至DSP模块21；

步骤5：在步骤4的基础上，不同传播路径接收到的第二路信号由第一副天线2接收，经二路总放大器5放大，之后与锁相环22产生的第一本振信号经二路分放大器14放大后在二路变频器8中混频，完成一次变频，产生第一中频信号；然后经过二路滤波器11滤波后，加载到二路中频模块17中，在二路中频模块17中进行二次变频、滤波、AD转换，生成的数字信号送至DSP模块21；

步骤6：在步骤5的基础上，不同传播路径接收到的第三路信号由第二副天线3接收，经三路总放大器6放大，之后与锁相环22产生的第一本振信号经三路分放大器15放大后在三路变频器9中混频，完成一次变频，产生第一中频信号，然后经过三路滤波器12滤波后，加载到三路中频模块18中，在三路中频模块18中进行二次变频、滤波、AD转换，生成的数字信号送DSP模块21；

步骤7：在区长台28处于接收状态下，DSP模块首先对第一路信号、第二路信号、第三路信号进行数字移相，得到相位一致的第一路信号、第二路信号、第三路信号接收信号，根据计算得到的信号强度，对每路信号进行加权预算，最后对加权后信号进行叠加，得到最优接收合成信号；

步骤8：DSP模块21对合成的最优信号进行解调，输出音频码流发送至AD/DA转换器23，转换为模拟音频信号，通过音频功放25放大，发送至扬声器27放音；

步骤9：DSP模块21对合成的最优信号进行解码，输出数据码流送MCU19处理；

步骤10：在发射时，麦克风26把采集到的音频信号经过放大器24放大后，发送至AD/DA转换器23转换为数字信号，传送至DSP模块21，由DSP模块21生成调制信号，然后加载到锁相环22上，经一路分放大器13放大输出，在天线开关20置为发射状态时，由主天线1发射；

步骤11：区长台28对每个第1时隙通过分集接收并确定总的接收信号，第2时隙则向机控器和手持台29转发，两个时隙交替进行，每个时隙时间短暂，使用者分辨不出其中的语音断续，区长台28具有中继台功能，不用再单独施工架设同频中继台。

进一步地，在步骤7中，对相位一致的第一路信号、第二路信号、第三路信号接收信号，进行计算每一路信号的信号强度，根据每一路信号的信号强度，给予若干的加权系数，然后把加权后的第一路信号、第二路信号、第三路信号进行叠加，得到合成的最优信号。

进一步地，在步骤11中，区长台28还具有同频中继转发功能，第1时隙接收，第2时隙转发，第2时隙发射时，主天线开关20处于发射状态。

需要说明的是，本发明的工作原理如下：

区长台分集接收，分集接收是指接收端对收到的多个衰落特性互相独立(携带同一信息)的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏，分集有两重含义：其一为分散传输，使接收端能获得多个统计独立、携带同一信息的衰落信号，其二为集中处理，即接收机把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并(包括选择与组合)以降低衰落的影响。

分集技术的实质可以认为是涉及到空间、时间、频率、相位和编码多种资源相互组合的一种多天线技术，根据所涉及资源的不同，可分为空间分集、时间分集、频率分集、极化分集几大类。

在移动通信中，空间略有变动就可能出现较大的场强变化，当使用两个接收信道时，它们受到的衰落影响是不相关的，且二者在同一时刻经受深衰落谷底点影响的可能性也很小，因此这一设想引出了利用两副(或两副以上)接收天线的方案，独立地接收同一信号，再合并输出，衰落的程度能被大大地减小，这就是空间分集，空间分集是利用场强随空间的随机变化实现的，空间距离越大，多径传播的差异就越大，所接收场强的相关性就越小。

本发明采用空间分集接收抗衰落的技术，来增加电台的覆盖范围，上行时发射端手持台通过一根天线发射，接收端区长台除了原先一根收发天线外，另外再架设两根接收天线、一个带有三路接收端、一路发射端的高频模块，接收天线的间隔应足够大，以保证输出信号的衰落性是相互独立的，理想情况下，区长台的天线之间的相隔距离要保证1.5个波长以上，以保证接收天线输出信号的衰落特性是相互独立的，也就是说，当某一副接收天线的输出信号很低时，其他接收天线的输出则不一定在这同一时刻也出现幅度低的现象。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的保护范围。