基于DSP的高速铁路信号发送与接收模拟系统

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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

4.1正交化FSK信号发送与解调

4.1．1信号的发送

上位机控制界面选择要发送信号的各项参数，包括制式、载频、调制频率、频偏等，通过USB传输信号信息发送到ARM，ARM根据信号信息设置定时器参数，发送DDS频率参数，完成FSK信号的发送。

4．1．2信号的解调

正交化FSK信号的解调过程中，采用了频域解调方法。频谱识别法能准确直观地找到特征功率谱，从而得出载频和调制频率。在正交化FSK信号中，调制频率和频偏存在倍数关系，可通过载频和调频计算出上下边频，即上下边频＝载频＋调频／2。

4．2新型数字编码信号发送与解调

4.2． 1信号的发送

新型数字编码信号码字共19 bit，该信号是由多个低频信号叠加形成的多音频调制信号，信号频谱中有很多的交叉调制项，通过DDS发送时，采用调相的方式实现。首先根据数字编码信号的特点建立相位表，然后初始化ARM的定时器，设置ARM定时器的中断频率为16 384 Hz。当每次中断发生时查表将相位表中的一个值写人AD9831的相位偏移寄存器，重复发送相位表的值即可完成信号的发送。

4．2．2信号的解调

解调方法采用脉冲解调原理。根据数字编码信号的特点，其频谱以载频为对称轴，载频两侧有两条占用码形成的对称的谱线，这三条谱线在频谱中幅值较大。根据这一特征，对采样信号求功率谱，找出其中的五条幅值较大的谱线按频率排序，然后按照相应规则判断载频是否存在。如果存在则继续解调，否则重新采样。原信号通过高通滤波器后量化处理，在幅值正过零处形成脉冲序列，低通滤波后得到调制信号。对调制信号加Hammlng窗截断后进行FFT变换，就得到了调制信号的频谱结构。新型数字编码信号的调制频率的间隔为0．64 Hz。为了能准确地识别出不同的调制频率，采用了ZFFT技术得到0．031 25 Hz的频谱观察分辨率。得到的低频信息还需进行CRC校验以检测解码的正确性。CRC校验的优先权高于奇偶校验，若CRC校验不通过，再对速度码进行奇偶校验，如果速度码正确，则对信息码循环纠错，直到通过CRC校验，解码结束。

4．3 USB通信设i十

本系统的USB通信部分实现ARM和上位机之间的通信。系统采用全速USB2．0标准进行批量数据传输。STM32F103ZET自带 USB2，0全速设备外设固件接口，即USB固件库。可以用此库进行USB宏单元简化开发。通过USB的高、低优先权中断处理函数USB_HPI（）与 USB_LPI（），响应相关的批量传输中断。

4．4上位机软件设计

由于所发送信号参数复杂，如果用硬件实现信号的发送控制，必将造成面板设计复杂，而且显示的信息量也不多，因此采用PC机作为主控制端，在PC上用Borland C＋＋Builder 6开发相关发送、接收界面。

基于TMS320C6722 DSP浮点处理器的轨道信号模拟系统，能够模拟高速铁路信号的发送和解调过程c该系统在实现轨道信号的实时发送过程中，能够随时添加单频干扰或双频干扰。本系统经过测试，性能稳定，解调结果正确，各项指标符合铁道部要求，达到了预期的要求。该系统可为国内高速铁路信号系统提供可行的解决方案，也可为教学和实验提供演示，具有很好的应用前景。