列车车载监控系统

列车车载监控系统（共3篇）

列车车载监控系统 篇1

在嵌入式车载监控终端的应用中,设备运行稳定可靠、监控视频压缩率和分辨率及多种功能可根据需要定制等性能指标,已成该领域关键的应用需求。但已有的解决方案存在如下不足:(1)按照视频服务器来设计[1],只能点播回放而不能做进一步的数据分析;(2)设备主要目的是用于定位移动设备的位置,而对视频和信息数据的处理不够详细[2];(3)作为通用型的设计[3],并不适应特定的环境。本文针对列车使用的特定环境及以上方案的不足,设计了适应列车特点的可定制、可分析监控数据的列车专用型监控系统。

本系统使用的主控芯片为Hi3512,是深圳华为海思半导体有限公司推出的第二代嵌入式高性能通信多媒体处理芯片,其硬件支持H.264和MJPEG等多种协议[4],可广泛应用于实时视频通信、数字图像监控、网络摄像机等领域。

1 列车车载监控的总体结构

车载监控主要用于汽车,列车使用相对较少,主要原因在于列车上的电源系统差异较大,同时列车对车载产品的安全等级要求较高,需要经过相关部门的严格检验才能使用。

本文设计的嵌入式列车车载监控系统由嵌入式列车车载录像机和PC端录像回放分析系统两部分组成。由于列车存在移动距离远、行驶地点偏僻等特点,使得实时监控并不适用于列车。同时考虑到列车的运行时间较长,因此选择较低成本较大容量的硬盘作为监控录像存储介质。列车运行到站后,将硬盘取下到PC端做回放分析。

PC端回放分析软件不仅要回放音视频监控画面,更重要的是要取出混合于视频中的机车号、机车速度、机车位置、车重、计长等信息数据和各种报警信息。这些信息数据和报警信息是通过串口从机车安全信息综合监控装置(TAX箱)采集进监控系统,然后与音视频文件一起混合打包,最后在PC端分离,做进一步分析。通常的机车TAX箱上能够监控到机车运行状况的各种信息,并且可以实时显示出来,但是并不能保存下来。而通过本系统,就可以在回放视频监控画面的同时,回放机车运行的一切操作信息,对分析监控机车的运行状况,有非常重要的作用。

本文设计的列车车载监控系统,可以同时录制4路视频,其中有2路视频用于监控机车主要部件的运行状况,传输至驾驶舱进行实时显示,并同时写入录像文件中;另2路视频监控并记录驾驶员的操作,以预防操作失误。这样一个文件就能全面监控列车的运行信息、机器状况、驾驶员操作、现场环境状况等各种信息,为列车的运行提供了安全保障,可以满足分析潜在隐患、查找分析事故原因等多种功能要求。

2 嵌入式车载系统的硬件设计

主控芯片采用华为海思的Hi3512,该芯片是基于H.264 BP算法的视频压缩芯片,采用ARM9+DSP+硬件加速引擎多核的高度集成的SoC架构,具备强大的视频处理能力。片内具有独立的16 KB的指令cache和16 KB的数据cache,内置MMU。内嵌的DSP内核具有3个ALU,8级流水线设计,支持MPEG-4 AVC/H.264等协议。

整机硬件框图如图1所示,系统采集到的模拟视频信号和模拟音频信号,经过A/D转换后送入Hi3512芯片中的DSP进行压缩;同时又将采集到的数字信号进行合成,经D/A转换后送入驾驶舱实时显示。车次号、机车号、机车速度、机车位置、车重、计长等信息数据和各种警报信息等TAX箱数据,通过RS485传入主控芯片,与压缩好的音视频数据一起混合打包和存储。

本系统的转换器采用Techwell公司的TW2835,该芯片可以同时支持4路模拟音频输入,4路模拟视频输入,1路模拟音频输出,2路模拟视频输出。Flash用于存储机内嵌入式Linux操作系统和应用程序等相关文件。DDR2作为程序运行内存使用。SATA接口与硬盘连接,用于存储录像文件。RS232接口用于调试机内软件。网络接口用于下载机内软件。USB接口可以升级机内软件,也可以用于存储或导出录像文件。

列车上的电源为110 V直流电源。由于列车上的用电设备多,电路复杂,因此,列车上的用电设备对可靠性、稳定性等要求很高,需要经过相关部门专业检测才能使用。本系统电源部分电路可以适应输入电压在60 V～130 V之间的变化,峰值可过滤300 V,稳定输出为12 V且已经通过相关部门的检测。图2是车载监控系统电源部分的电路。

3 嵌入式车载系统的软件设计

该嵌入式列车车载监控系统采用嵌入式Linux系统[5],海思公司针对Hi3512芯片,提供了一个Linux的软件开发包(SDK)。SDK中包括基于U-boot1.1.4开发的Bootloader和基于标准Linux内核2.6.14移植的Linux内核文件,以及基于busybox 1.1.2版本制作的根文件系统,也包含了一些常用的Linux命令。用户程序开发库则依赖于glibc 2.3.4版本。同时还提供了音视频开发工程的函数库,利用这些函数库,用户可以比较容易地直接使用硬件资源,以快速开发充分利用芯片性能的用户应用程序。

本系统的应用程序用来完成控制视频的采集、压缩、存储等功能。应用软件采用模块化设计,分为VI(VideoInput)、AI (AudioInput)、VIU (VideoInsertUserdate)等几个模块,当需要时可加载运行。

主控芯片硬件支持H.264编码和解码,并且具有基于H.264视频压缩的一系列优点[6],本系统选择H.264视频编解码处理视频。音频部分采用8 kHz采样率、16 bit精度的ADPCM(Adaptive Differential Pulse Modulation)编码。

视频、音频、信息数据分别按照各自规则压缩编码、添加时间戳,最后混合打包成一个文件。此文件可以在监控机上回放,也可以在PC端做进一步分析。

图3为音视频采集复合软件模块流程图,图4为用户数据插入软件模块流程图。

4 PC端分析回放系统设计

录制的音视频文件有一个文件头,其中保存一些固定信息,如车次、司机号、录像文件通道、制式、码率以及清晰度等,其后是交错排列的音频帧和视频帧。其中信息数据帧添加在视频帧中,根据H.264标准,I帧包含的信息量大,为关键帧。以每秒25帧的录制速度为例,每秒只有一帧I帧,其余为P帧,P帧包含的是与前一帧的差值。同时,TAX箱中的数据并不是更新得很快,所以在每秒1帧的I帧中插入TAX数据,P帧为全部视频数据,这样就能够满足存储所有的TAX箱数据,也大大减小了冗余数据的存储。必要时也可添加TAX箱数据到P帧,其中音、视频帧交错排列,音频帧就可以不需要时间戳等与视频帧同步的信息,解码完一帧视频数据后立即解码音频帧,就可以做到音视频同步。

视频帧结构如图5所示。音频帧结构如图6所示。

其中音视频帧数据都是8 B对齐,即包括帧头在内,占用磁盘空间大小为8的整数倍个字节,当一帧数据不是8的整数倍时,末尾加0填充,这样解码时就可以快速搜索到帧头,在用户拉动进度条跳播时,可以快速定位。

根据视频文件结构,PC端视频文件处理的主程序结构如下:while (1)

其中,视频帧中的TAX箱数据和视频数据是放在一起的,当判断出是视频帧后,程序立即进入TAX箱数据提取,提取的TAX箱数据送到TAX箱数据的处理线程,将车次、司机号、速度、公里标等信息输出到屏幕上相应位置。提取出TAX箱数据后的视频帧数据,送入H.264视频解码器,视频解码后输出的是YUV视频数据,再借助微软公司的DirectX SDK9.0中的Directshow,将视频YUV数据绘制到用户屏幕。

判断出是音频帧后,将音频帧中的音频数据,送入音频解码器。注意音频帧数据中还包含有音频帧头,其帧头中包含的信息是帧长度和循环次数信息,解码后输出的是脉码调制PCM(Pulse Code Modulation)录音原始音频采样数据。PCM音频数据也通过微软公司的DirectX SDK9.0中的Directsound进行回放。需要注意的是,音频压缩帧是160 B/帧,解码后是480 B/帧。逐帧音频回放时会有停顿的情况,若将多帧融合,再做回放,又会产生明显的音视频不同步现象,所以最终是将两帧音频合在一起一次回放。

PC端软件是基于Microsoft Visual Studio 2005 MFC文档/视图结构开发的,其中,视频解码和音频解码均使用了海思公司提供的解码库,音视频回放使用了DirectX SDK9.0。

本文给出了一种基于Hi3512芯片的嵌入式列车车载监控系统的设计与实现方案,Hi3512采用ASIC芯片硬件实现视频的编解码,与采用ARM芯片加DSP软件编解码方案相比,开发难度和成本都比较低。使用与Hi3512芯片相配合的操作系统和应用软件开发包,进一步降低了系统的开发周期和成本。同时,本文还介绍了一种视频信号中混合机车TAX箱信号的方法以及视频信号混合机车运行信号的设计和回放分析提取的具体流程。近一年的调试和实际运行测试表明,本设计产品能够完成最初的设计要求,可以规模化使用,有广泛的应用前景。

参考文献

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[6]毕厚杰.新一代视频压缩标准—H.264/AVC[M].北京:人民邮电出版社,2005.

高速列车车载智能化系统总体设计 篇2

2011年6月, 举世瞩目的京沪高铁开通, 新一代高速列车成功投入运营已安全运行两年多, 以其优良的表现赢得了世人的赞许和认同, 同时创造了世界铁路运营试验最高速486.1km/h, 在速度、安全、舒适、节能等技术指标均达到了世界领先水平, 已成为为引领世界高速列车发展的方向。目前, 包括时速200-250公里、时速300-350公里及新一代高速列车在内的“和谐号”CRH各型动车组已累计上线运营700余列, 如何在复杂多变的运行环境下保证大规模高速列车持久安全运行, 是目前研究的重要方向。

高速列车本身是由4万多个零部件构成的复杂装备, 目前列车网络控制系统主要进行列车运行的控制、列车设备状态的监视、故障诊断及数据存储, 关键性能参数监测量少, 数据分析能力偏弱, 尤其是不能提供历史故障数据, 不具备自学习的功能。大部分车辆故障只能在动车组回库后, 通过测试、试验、检查线路的方式进行故障处理, 因此, 建立车载智能化系统可以对走行、牵引、制动等直接影响行车安全的关键系统与部件进行动态监控、智能诊断与在途预警, 实现事故主动预防与故障快速处置, 并可以通过车地无线通信系统实现车地数据传输。

2 车载智能化系统构成

车载智能化系统是在既有高速列车网络信息控制系统基础上, 集成目前流行的物联网、互联网以及车载智能传感网的多网融合系统, 对列车运行状态、各关键部件进行实时、完备、准确的检测。车载智能化系统总体包括车载智能感知网络、车载数据处理中心、车载无线通信系统等系统, 总体方案如图1所示, 系统构成如图2所示。

2.1 车载智能感知网络

车载智能感知网络由车载感知网络节点、车载智能数据采集终端、新增传感器、新增电子标签、以及全景摄像机等组成, 车载智能感知网络总体方案如图3所示。

2.1.1 车载感知网络节点及传输

车载感知网络如图4所示, 每个车厢设置车载感知网络节点, 并两两相联构建了一个车载感知环网。车载感知网络节点具有感知列车动态信息和信息传输的功能。它接收来自重要设备动态监控信息数据, 对数据进行一定处理后, 将数据送至车载数据处理中心进行数据归类和融合, 并将数据通过车底无线模块送至地面数据中心 (进行专家诊断) ;车地无线模块接收地面数据中心的预警信息与旅客服务信息, 在车载数据中心完成信息归类和融合后, 最终通过车载感知网络将数据送至车载人机交互终端, 实现预警提示及旅客信息交互。车载感知网络, 实现了列车监测信息、控制信息、多媒体信息及用户交互信息的融合。

2.1.2 传感器加装

高速列车是一个复杂的系统, 其高压系统、牵引系统、制动系统、列车控制系统之间耦合程度高, 一个故障往往有多种因素造成。因国外对华技术的封锁, 从现有列车网络控制系统获取和新增监控信息都存在很大的困难。出于安全评估与科学研究需要, 通过对现有高速列车重要部件新增传感器进行监控, 并及时给出预警和报警信息, 可提高故障定位的准确性, 提升乘务人员对故障快速处置的效率, 实现由定期维修向状态维修的转变, 降低运营维护成本。

2.1.3 电子标签的加装

电子标签用来存储列车和主要零部件的履历信息 (制造信息、维修记录、故障记录等) 。智能列车选择对车辆运行安全和在列车运营过程中需要经常维护维修的零部件加装电子标签, 以保证动车组履历信息的规范性、准确性、一致性, 实现动车组从生产制造、物资供应、在线运用、检修维护等环节进行全方位的跟踪管理, 确保高速列车的维修质量和运行品质。电子标签安装于车体、转向架、牵引系统、制动系统、网络控制系统、空调通风等系统的关键部件或定期检修相关部件, 当信息发生变化时, 采用人工读取和无线传输方式将数据传输到数据中心。

电子标签信息分为三个部分:标签ID号、标签初始化信息、检修信息。标签ID号:64位全球唯一编码, 由数字或英文字母组成标签初始化信息:本信息包括产品标识码代码和生产日期代码, 在零部件的全生命周期内不可更改检修信息:动车组零部件维修后, 将检修信息写入电子标签。

2.1.4 全景摄像机

为进一步掌握高速列车运行信息, 以便在列车遇到故障时能够及时排除故障, 协助指导列车司机快速、正确的排除故障, 保证列车的安全运行, 在司机室加装全景摄像机。

2.2 车载数据处理中心

车载数据处理中心, 包括主机和显示器, 如图5所示。车载数据处理中心主机是智能列车数据集中处理、在途预警、统一传输的电子设备;车载数据处理中心显示器实现的功能主要有基本信息显示、运行数据显示、在途预警和报警、历史故障查询、应急故障处理指南、人工故障录入和零部件履历信息等。

车载数据处理中心具有五大功能模块:

(1) 数据接入:列控网、传感网、标签信息的数据接入与融合;

(2) 数据存储:实现列车动、静态数据的分类存储;

(3) 数据处理:产生预警和报警信息, 为故障处置提供专家支持;

(4) 数据显示:为司乘人员提供应用界面;

(5) 数据发送:监控数据的车-地传输。

车载数据处理中心具有以下主要功能:

(1) 基本信息显示;

(2) 运行数据显示;

(3) 在途预警和报警;

(4) 历史故障查询;

(5) 应急故障处理指南;

(6) 人工故障录入;

(7) 零部件履历信息。

2.3 车载无线通信设备

车载无线通信设备主要实现车地信息的无线传输, 主要包括车载基站、WIFI和天线。通过GPRS实现列车状态数据和故障诊断数据的无线传输;通过宽带实现旅客服务信息的传输;通过WLAN实现动车组运行数据和故障数据的无线下载。

2.4 车在旅客服务设备

车载旅客服务设备主要包括旅客服务终端和旅客信息服务器, 主要实现旅客导向服务、公共信息服务和出行决策支持;实现旅客移动通信和互联网服务。

3 系统设计原则

(1) 为保证高速列车的安全可靠运行, 新增设备对高速列车只起监控作用, 与原有的列车网络控制系统通过车辆总线接口。新增设备故障不会影响高速列车的正常运行;

(2) 充分利用车上空间, 车内安装的新增设备或部件不能影响列车的内装整体效果;

(3) 新增设备 (电子标签、传感器、智能化设备) 满足车辆的技术要求 (可靠、稳定、环境适应性、耐电磁干扰等) ;

(4) 根据高速列车运营安全评估的需要, 合理确定安装电子标签、传感器的数量, 优化其安装位置。

4 车载智能化系统验证

目前, 按照“方案设计、技术设计、施工设计、试验验证”开展了传感器、电子标签、车载数据处理中心及显示器等设计, 确定了系统部件的工程实施方案, 并进行了加速度传感器、摄像头、WIFI、车载数据处理中心主机及显示器关键部件的装车试安装, 同时部分零部件已进行装车试验验证, 系统进行了车载感知网络节点、各类传感器、车载数据中心等系统的“1比1”地面仿真模拟试验。

5 结论

高速列车车载智能化系统完成车载智能化系统集成方案设计, 完成智能化样车车载智能化设备、传感器等工程化施工方案, 开展了车载智能化系统的“1比1”地面仿真模拟试验, 满足试验要求。

参考文献

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高速列车车载直放站方案研究 篇3

近年来,中国的高速铁路建设突飞猛进,按照国家规划,十二五期间还将继续保持高速增长。由于列车速度的提升及车体结构的改变等因素,传统的通信覆盖网络已经不能适应高速列车通信环境,导致高铁上的移动通信质量恶化,这对各移动通信运营商提出了新的、更高的建网要求。高速铁路网络覆盖质量可以通过改善现有的网络或新建铁路沿线运营商的专用网络来提升,目前国内各运营商的应对方式主要有以下几种:通过网络优化改善原有网络配置;通过改造扇区来优化覆盖范围;增加直放站覆盖信号盲区;BBU(室内基带处理单元)+RRU(远端射频单元)新建狭长专网覆盖等方案。现有的方案都只是通过改善地面信号来达到目的,而新型的车载直放站方案[1]则能够通过改善车内的信号,直接改善或克服高速铁路特有的诸如穿透损耗、快速切换及多普勒频移等不利因素。

1 穿透损耗及车内信号覆盖

目前高速列车都采用全封闭式车体结构,且部分车采用金属镀膜玻璃,与普通列车相比,车体对无线射频信号造成的损耗更大,信号衰减比普通列车大10 dB以上。经实验测试,平均值为24 dB,最大损耗可达30 dB以上,即车内信号强度(电场幅度)只有车外信号的1/1 000。在实际场景中,车体在运动过程中会导致电磁波传播方向与车身产生一个变化的入射夹角,电磁波以不同的入射夹角进入车体会有不同的车厢穿透损耗[2],列车在靠近基站的过程中也存在路径损耗。图1为穿透损耗和路径损耗随传播距离变化的关系,其中车体穿透损耗曲线的数据来自文献[2],路径损耗曲线的数据来自文献[3]中的双线模型(设置发射天线高15 m,接收天线高3 m,频率为2 140 MHz,已经过拟合)。

典型的覆盖方案如BBU+RRU必须面对穿透损耗问题,其解决方式是减小小区的覆盖范围,提高天线的发射功率或基站接收机灵敏度。以WCDMA(宽带码分多址)为例,针对铁路的狭长式覆盖网络路边信源的间隔约为1.5 km,图1中此处的综合损耗约为84 dB。若安装车载直放站,则可以直接忽略车体的穿透损耗,从图中的曲线预测,同样的84 dB损耗,可以延长单个信源覆盖范围至5 km以上。事实上,由于直放站自身的增益,这个范围还可以扩大,所以综合传播环境、信道等限制因素,将覆盖范围扩大至正常信源的覆盖范围是完全可行的,因此可以大大减少沿线站点建设的数量,节省投资。

施主天线将信号引入车厢内,经直放站滤波放大处理之后,重发信号的覆盖主要通过吸顶天线和泄漏电缆两种方式来实现。建议车内采用泄露电缆覆盖,它具有信号功率在整段电缆上发散分布均匀、一根电缆可以承载多种业务、信号不泄露到邻近车厢、隐蔽安装和不影响美观等优点。

最理想的方案是每节车厢都安装一台车载直放站,各直放站独立完成本节车厢的信号覆盖,既满足了频繁编组的需要,又使各车厢信号分布均匀。

2 缓解快速切换引起的掉话问题

无论铁路沿线采用何种建站方式,当列车驶过来自不同基站的两个信源时(比如RRU或直放站),车上用户都必须进行切换。根据组网方式不同,切换方式可分为硬切换、软切换和更软切换,其中,硬切换耗时最长,一般都需要5 s[4]以上,切换区应保证有相邻两个信源的信号重叠覆盖,而切换触发往往是在重叠区的中间开始,如图2(a)所示,因此重叠覆盖区应是实际切换距离的两倍。例如:如果两个信源间隔为1.5 km,列车时速为350 km/h,则重叠覆盖区的长度为972 m,因此,重叠覆盖区也进一步缩短了基站间隔,增加了建站成本。

如果采用车载直放站方案,则可以从两方面改善切换效果:

(1) 对于已建站点,如图2(b)所示,虽然原始重叠覆盖长度不变,但是当列车驶过时,由于直放站的信号放大作用,横向延长了重叠覆盖区。

(2) 对于新建站点,由于车载直放站克服了穿透损耗并通过自身增益放大了信号,则可以极大地增大新建站点间的间隔,综合天线波束宽度和入射角的影响,可以从物理上延长重叠覆盖区。当然,这种建站方法的前提是所有列车都安装了车载直放站;如果列车没有安装直放站,则由于重叠区信号较弱,会导致手机完全接收不到信号。

综上所述,采用车载直放站方案后,可以增大原有的重叠覆盖区,不仅有利于提高切换的质量,还可以在新建站点规划建设时适当增加站点的间隔,减少站点数量,节约投资成本。

3 多普勒效应

3.1 多普勒效应的影响

假定列车运动的速率为v,列车行驶方向与接收电磁波方向的夹角为θ,信源到铁路的垂直距离为d,列车位置离信源在铁路上投影点的距离为L,如图3所示。假设只有一条主径,则多普勒频移可用如下公式表示:

undefined

式中,c为光速。当0<θ<π/2时,频偏为正;当π/2<θ<π时,频偏为负。可见,当列车驶过信源时,频偏会产生从正到负的跳变。

由于列车速度的不断变化,多普勒效应越来越明显,多普勒效应产生的多普勒频移已经逼近甚至超过了TD-SCDMA(时分同步码分多址)标准中规定的最高频移[5],这时,多普勒频移会对通信质量造成恶劣的影响。以WCDMA系统为例,多普勒频移的影响可以分别从时域和频域描述,如图4所示。

由于WCDMA的时隙同步机制,时隙头的码片在时域上是一致的,而时隙尾的码片会由于多普勒频移产生偏移。频偏的不良影响还体现在滤波器上:接收机中通常采用匹配滤波器,而匹配滤波器对信号的频移具有不适应性,研究表明[6],当频偏为500 Hz时,相当于时隙尾偏移了0.315个码片,会造成匹配滤波器能量损失约1.5 dB。

由于多径的影响,多普勒频移会在频域扩展为多普勒谱,即多普勒扩展,这对减小多普勒的影响增加了更大的难度。

3.2 站距缓解频偏

按照图3的模型,由式(1)可知,主径的频移大小与L和d有关:越靠近信源,L越小,频偏越小;增大信源与铁路的垂直距离d,可以减小多普勒频移。然而,增大d会降低信号强度,带来不利影响。车载直放站则能够均衡这两方面的影响。

由于车载直放站的信号放大作用,以及直接消除了车厢穿透损耗,在垂直铁轨的方向上,可以显著增大基站与铁轨的垂直距离。车载直放站以及克服的穿透损耗可以提高信号功率约40 dBm,综合考虑路径损耗、波束方向和天线架高等因素,这个垂直距离在空旷地区可以增大5 km以上,甚至可以直接利用远处已有宏基站进行覆盖,无需进行专网建设。由于显著增大了垂直距离d,相应的入射夹角θ变大,从而使多普勒频移Δf减小,提高了通信质量。

3.3 直放站AFC(自动频率控制)技术

解决多普勒频偏的思路是对基站的下行信号采用AFC,进行频偏补偿,以大幅降低手机接收信号的频偏。直放站单向AFC功能如图5所示。

带AFC功能的车载直放站能实现这种单向纠偏的功能,由于相对运动,基站下行信号的频率f1经信道传播后,车载直放站接收信号的频率变为f1+fd,车站直放站通过频率估计后进行频偏补偿,重发给手机的信号频率复原到f1。上行时,由于手机与车载直放站之间无相对运动,无频率变化,直放站接收和上行发送信号的频率都为f2,经信道传播后,基站接收到的频率变为f2+fd,从双倍频偏减小为一倍频偏,减小了基站纠偏处理的负担。

直放站频偏估计不同于基站,基站可以解出深层次的编码(如各用户的数据信道)来协助进行频偏估计,而直放站只能先解一些公共的信道编码,如WCDMA中的CPICH (导频信道),GSM的FCCH (频率校正信道),再解出特定的信道编码,然后进行频偏估计、补偿,补偿以后的信号必须再重新加上已解的信道编码,将信号复原完整后再发送给移动台, UE (用户终端)才能正确识别信号。

频偏估计算法可以使用经典的最大似然估计算法,该算法的估计结果具有简单的表达式[7]:

undefined

式中,rk为接收信号的采样值;arg{}表示求幅角运算;T为采样间隔。该算法表明,仅仅通过信号的采样值的自相关、求和和再求幅角运算,就可以估计出频偏的大小。

以GSM 945MHz频率为例,产生一个列车速度为400 km/h时的频偏。根据最大似然估计算法,在信噪比为10 dB(接收机滤波解码处理后)的条件下,单条主径的频偏估计具有很高的精度,如图6所示。

图7是某厂家带有AFC功能的车载直放站在中国移动实验室测试的结果。测试的输入信号是模拟列车以400 km/h的速度经过多个沿线基站时,接收到的带有频偏的信号源。测试结果通过纠正后的频偏、误码率、误块率和吞吐量等指标来衡量。

以本次数据业务测试的结果为例,加入具有AFC功能的车载直放站后,误块率由18.425%降至4.383%;吞吐量由176.868 kbit/s提高到221.577 kbit/s。尽管在靠近基站时频偏跳跃处理的较慢,但是整体上讲频偏纠正还是得到了很大的改善。这是将直放站AFC功能与信号滤波放大功能综合使用所获得的信号质量提升的效果。

4 结束语

本文简要介绍了车载直放站方案的特点,研究了该方案对于克服穿透损耗、缓解快速切换的优点,最后着重就多普勒频移问题提出了一种AFC方案,并从理论和测试结果上验证了带有AFC功能的车载直放站对于提升用户感知度起到了实质性作用。

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