移频键控信号测量系统设计

2011-08-25 12:41:33来源: 互联网

在铁路运输系统中,利用轨道电路移频键控信号(FSK)判断运输状态,传输控制信号,不同的调制信号下的载波信号代表不同的控制指令,所以实时、精确地检测轨道电路移频信号对保证铁路安全、快捷运输十分重要。采用频谱分析法确定FSK信号参数时,FFT变换需要对信号进行整周期采样,而FSK信号既具有数字通信的优点,又具有非线性调制的特点,因此对所有信号进行整周期采样具有一定的难度[1]。采用高频量化脉冲测量信号周期方法可以避免这一问题,只要量化时钟和处理速度满足要求,就可以获得满意效果。
 本文在FPGA中利用高频时钟对FSK信号进行采样,用ARM处理器对获取的数据进行分析,并对畸变数据进行补偿,从而得到轨道电路FSK信号高频载波及低频调制信号测量参数。
1 系统设计
 FSK信号是一种利用低频信号调制载波信号后产生的正弦交流信号[2],该信号主要由高频载波f0和频偏信号Δf形成的上边频fh、下边频fL组成,两种载波频率在每个调制信号fm周期内呈交替变化。
若FSK信号可用周期信号S(t)表示,则FSK信号的数学表达式[3-4]为:
  
 其中,f0为FSK信号的中心频率,?驻f为信号频偏,T=1/fm为低频调制信号周期。FSK信号如图1所示,其中虚线为低频调制信号,实线为载频信号段,中部为上边频段,两端为下边频段。

 FSK信号测量的主要参数包括载频和频偏形成的上边频、下边频信号和调制频率三种物理量。在对FSK信号进行参数测量时,首先将FSK信号经过信号调理电路,利用高速开关管电路将正弦交流信号变换成方波信号;然后利用FPGA测量方波信号周期,并将测量数据通过串行接口发送给ARM处理器;ARM处理器接收到测量数据后,根据测量数据及数据统计情况计算载波和调制信号频率。在FSK信号幅值测量时,经过线性变换和限幅等处理,由高速16 bit A/D转换器进行转换。ARM处理器获取FSK信号频率和幅值参量后,将计算结果送往LCD显示。具体系统设计原理如图2所示。

 

 

2 系统实现
 移频键控信号测量时,通过测量一段时间内载波信号的脉冲宽度确定上边频和下边频,并根据载波信号切换点数据统计值确定调制信号频率。因此,根据载频信号的测量数据即可确定FSK信号参数。测量的移频信号主要为国产18信息和法国UM71移频信号两种制式,FSK信号的载频信号测量范围为495~2 611 Hz之间。
   系统包括FPGA和ARM处理器两个核心模块,FPGA完成FSK参数测量,ARM处理器完成参数计算,如图3所示。根据FSK信号测量性能要求,选择Altera公司的Cyclone II系列FPGA作为测量核心模块。系统输入为25 MHz的时钟信号,经过FPGA中锁相环后获得30 MHz的时钟,利用该时钟对FSK信号的脉冲宽度进行量化,并将测量结果存储在16 bit字长的双口RAM中,利用FPGA中设计一个串口控制器,将FSK信号的测量值发送ARM处理模块。

2.1 FPGA测量模块程序设计
 FSK信号测量的准确性与量化时钟的选择有一定关系,而量化时钟的大小决定测量值的数据宽度[5-7],量化时钟选择越大,且存储测量结果的组数越多,则计算结果越精确,但在数据通信和数据处理时会影响系统的实时性。根据测量的FSK信号特征,在下边频为fL=495 Hz时,计数结果获得最大值。设量化时钟的频率为f,则必须满足f/fL=216,即量化时钟f<32 440 320 Hz。利用锁相环PLL产生30 MHz量化时钟信号,为了保证FSK信号测量精确度及测量结果不能溢出(超出预定的数据宽度),选择计数值的存储单位的数值宽度为16 bit。为获取有效的测量低频调制频率,应至少测量3个低频调制频率周期内部的方波计数值。由轨道移频信号的特征可知,当上边频fh=2 611 Hz、低频调制信号fm=10.3 Hz时,一个半周期内的调制频率内部最大的载波信号周期数n≤254,而3×254<1 024<5×254。因此选择测量FSK信号的数据深度为1 024组。

[1] [2]

关键字:移频键控  信号测量

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0825/article_3309.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
移频键控
信号测量

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved