專利名稱：專用于鐵路列車的雙向放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線路放大器，特別涉及一種專用于鐵路列車的雙向放大器。
隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定地增長，中國鐵路正逐步實現(xiàn)“運輸高速化，設(shè)備現(xiàn)代化、服務(wù)航空化”，電子技術(shù)不僅在鐵路的控制領(lǐng)域起著重要的作用，在信息傳輸與處理方面也正取得長足進(jìn)步。根據(jù)鐵路列車的特點，完全可以引入以CATV(有線電視)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，首先傳輸數(shù)字電視信號，最終達(dá)到列車信息化、智能化服務(wù)，從而大大提高列車數(shù)字化、信息化水平。
目前，在我國列車上還沒有完整的CATV系統(tǒng)，雖然各有線電視臺經(jīng)營的CATV系統(tǒng)技術(shù)水平很高，而且實現(xiàn)了光纖到樓棟，但其放大器是用在有線電視臺網(wǎng)絡(luò)上的，由于列車存在編組倒換、強(qiáng)震動、高溫度等特點，因此還不能用在鐵路列車上。
列車服務(wù)的數(shù)字化、信息化是指在列車上采用SBA(Software definedBroadband Access)解決方案，該方案采用軟件定義寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用CATV的寬帶優(yōu)勢將數(shù)字音頻、數(shù)據(jù)圖像、通信、計算機(jī)信息匯入同一接入網(wǎng)絡(luò)，通過用戶端的SBA網(wǎng)關(guān)向乘客提供數(shù)字電視、VOD(Video-on-demand視頻)點播、電話、因特網(wǎng)數(shù)據(jù)接入服務(wù)。對軟臥車廂和指定服務(wù)點，例如餐車、列車員車廂，提供數(shù)字化的寬帶交互個性化服務(wù)，通過軟件和軟件升級來滿足已有用戶的現(xiàn)時需求和未來擴(kuò)展業(yè)務(wù)的需求，為鐵路系統(tǒng)增值服務(wù)提供完整的解決方案。
SBA系統(tǒng)是一個家庭網(wǎng)關(guān)技術(shù)，其功能類似于機(jī)頂盒，以德州儀器公司的C6系列DSP(Digital Signal Processing，數(shù)字信號處理)芯片為核心平臺，采用軟件數(shù)字電視接收、Cable modem(電纜調(diào)制解調(diào)器)上網(wǎng)、IP(Internet Protocol)電話等功能的家庭接入方式。該系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)接口單元(完成信息接收、變頻和信號的解調(diào))、數(shù)據(jù)處理單元(對各種信號調(diào)用不同的處理程序)、操作單元(人機(jī)交互界面，用戶通過操作實現(xiàn)對SBA的控制)、外圍數(shù)據(jù)接口單元(主要包括各種音頻、視頻及數(shù)據(jù)接口)、外圍設(shè)備擴(kuò)展模塊單元組成。
列車CATV系統(tǒng)分上、下行通道，其主要設(shè)備由前端設(shè)備、干線設(shè)備、車廂終端設(shè)備三大部分組成。

圖1是系統(tǒng)頻率劃分示意圖，從圖中可以看出系統(tǒng)上行通道由各節(jié)車廂向信息中心(例如八號車廂)傳輸，傳輸?shù)目値挒?0-450MHz，其中350-450MHz主要傳送各節(jié)車廂的因特網(wǎng)接入的回傳數(shù)據(jù)，50-300主要用于各節(jié)車廂監(jiān)視圖像的傳輸，系統(tǒng)下行通道由信息中心向兩邊的車廂傳輸，傳輸?shù)目値挒?00-860MHz，其中，620-860MHz主要用于數(shù)據(jù)的傳輸，500-600MHz主要用于圖像的傳輸，下行圖像是對每節(jié)車廂提供節(jié)目源，可播放文藝節(jié)目和廣告節(jié)目；前端系統(tǒng)設(shè)備由信號源、QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交調(diào)幅)調(diào)制器、混合器、解調(diào)器、多畫面視頻處理器、大屏幕顯示器等組成，系統(tǒng)的信號源可由衛(wèi)星接收機(jī)系統(tǒng)及系統(tǒng)視頻服務(wù)器所存儲的節(jié)目源提供文藝節(jié)目和廣告節(jié)目，由列車攝像機(jī)，系統(tǒng)網(wǎng)管設(shè)備提供列車到站通知、列車新聞的現(xiàn)場信息，通過干線同軸電纜將信號傳送到每一節(jié)車廂，同時，由攝像機(jī)將每節(jié)車廂的安全情況等信息通過同軸電纜回傳到列車信息中心；干線電纜設(shè)于車廂底部或頂部的空間中，采用1000MC2或QR-540進(jìn)口電纜，支線及終端電纜采用進(jìn)口四屏蔽電纜，兩節(jié)車廂之間的跨越電纜采用進(jìn)口口12四層屏蔽的軟電纜，以防運行振動而斷裂，電纜兩側(cè)均裝一主一備，當(dāng)主路接同時，備份接頭必須如圖2所示，在兩節(jié)車廂之間的連線上接入75歐姆的負(fù)載，以免線路不匹配，兩路信號均引至列車總控制室。信號由信息中心往車廂兩邊傳送，放大器作為干線串接在干線上，如圖三所示，由于每節(jié)車廂的信號傳輸損耗基本相同，放大器的輸入輸出比較穩(wěn)定，這樣信號的各項指標(biāo)更容易控制，放大器采用備份設(shè)計，提高了整個系統(tǒng)的可靠性；車廂終端設(shè)備每節(jié)車廂的攝像頭將車廂內(nèi)的信息送到各個車廂乘務(wù)員的調(diào)制器，調(diào)制后與上行信號混合再送入放大器經(jīng)反向放大后回送到主控機(jī)房以便監(jiān)視；信號從乘務(wù)室放大器取出，引至乘務(wù)員室，將放大器設(shè)于乘務(wù)員室的墻壁上，在乘務(wù)員室設(shè)立電源開關(guān)，取得電源，其信號經(jīng)過設(shè)置在頂棚內(nèi)的無源分配系統(tǒng)分配到各用戶電視機(jī)房的出口上，出口用F座引出。兩個分支器取出的信號，直接發(fā)送到設(shè)置在車廂兩端的專用電視機(jī)上，考慮到今后的擴(kuò)充能力，也可經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)放大器后，帶16個電視終端。該系統(tǒng)前端、放大器、分支分配器、切換器、電纜及跳線、連接器等都不能采用普通廣播電視系統(tǒng)所用的室內(nèi)型設(shè)備，而是專門設(shè)計并采用特殊制造工藝，以滿足列車惡劣環(huán)境的需要，且所用設(shè)備都能經(jīng)受強(qiáng)振動、多塵土、濕度變化大、強(qiáng)電磁干擾(特別是電氣化列車)的考驗。整個系統(tǒng)采用歸一化電平和歸一化元件設(shè)計，各車廂位置可以互換。
在整個CATV系統(tǒng)中，干線上的雙向放大器是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，考慮到中國鐵路系統(tǒng)實際運行的需要，每節(jié)車廂的干線傳輸系統(tǒng)，其性能必須完全一樣以適應(yīng)列車的隨意編組，由于信號是從信息中心往車廂兩邊傳送，在隨意編組時會遇到車廂方向改變的問題，例如，某次列車的第六號車廂經(jīng)過編組后到了另一次列車的第十四號車廂，這時候，原來6號車廂的輸入端變成了14號車廂的輸出端，六號車廂的輸出端變成了14號車廂的輸入端，由信息中心往兩邊傳送的信號的方向、信號的電平都發(fā)生了變化，就等于雙向放大器的輸入、輸出端相互變化，放大器的輸入電平也發(fā)生了變化，這樣，一般的有線電視放大器難以滿足需要，因此，所用雙向放大器必須能夠自動檢測輸入輸出端并自動切換，具有自動監(jiān)控功能和備份能力，以滿足列車隨意編組，方向隨意調(diào)換的目的。
本發(fā)明的目的就是在于提供一種專用于列車的雙向放大器，其采用模塊結(jié)構(gòu)，利用單片機(jī)控制，能自動檢測，自動切換方向，滿足列車隨機(jī)編組，隨意調(diào)換方向的需求，通過備份設(shè)計，提高系統(tǒng)的可靠性。
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，我們提出一種專用于鐵路系統(tǒng)的雙向放大器，該放大器主要由正向主放大器模塊、正向備份放大器模塊、反向主放大器模塊、反向備份放大器模塊、單片機(jī)控制模塊(MCU)、接口板模塊、電源模塊、電源備份模塊組成，通過單片機(jī)控制模塊能自動檢測其它各個模塊的工作狀態(tài)，并控制主用和備用模塊的切換和信號輸入輸出方向的自動切換。該接口板模塊包含RF(射頻)輸入和RF輸出的兩塊電路板，在電路板上安裝有控制繼電器K1和控制繼電器K2、分波器W1、W2以及分支器。
該放大器的MCU控制模塊采集RF信號輸入輸出端電平、正向主/備放大模塊輸出端的電平、反向主/備放大模塊輸出端的電平，然后通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，將信息送給MCU。放大器通過MCU檢測射頻信號的輸入電平并控制繼電器切換工作狀態(tài)，MCU檢測其中一個端口電平，如果該端口電平高，表示信號從該端口輸入，另一端口輸出，MCU則控制兩個繼電器接通到一種工作狀態(tài)；如果該端口電平低，表示信號從另一個端口輸入，從該端口輸出，MCU則控制兩個繼電器到另一種工作狀態(tài)，從而保證放大器能正常工作，實現(xiàn)方向的切換。且每節(jié)車廂的信號從放大器中通過分支器取出，回傳信號同樣經(jīng)過放大器送到前端。
雙向放大器的MCU控制模塊對電源的狀態(tài)進(jìn)行檢測，如果檢測不到電源的輸出，則啟動備用電源。MCU還對正向放大模塊的輸出端進(jìn)行檢測，如檢測不到輸出電平，則啟動正向備用放大模塊。同樣MCU對反向放大模塊的輸出端進(jìn)行檢測，如檢測不到輸出電平，則啟動反向備用放大模塊該雙向放大器可以根據(jù)其應(yīng)用場合的不同，確定不同的帶寬范圍和頻率分割，如還可采用5-200MHz，250-860MHz高頻率分割方式。
該雙向放大器支持雙向HFC和單向HFC網(wǎng)絡(luò)。
該雙向放大器由于采用MCU控制，能自動檢測各個模塊的工作狀態(tài)，并切換主用和備用模塊，還能根據(jù)射頻信號的輸入方向自動切換輸入輸出方向，可以滿足列車隨機(jī)編組，隨意調(diào)換方向的需求，由于采用主備模塊設(shè)計，使其維修方便，可靠性提高。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提出的雙向放大器作進(jìn)一步的說明。
圖1是系統(tǒng)頻率劃分示意圖。
圖2是兩節(jié)車廂之間連接示意圖。
圖3是放大器在列車CATV平臺的接入示意圖。
圖4是放大器原理圖。
圖5是放大器模塊圖。
圖6是放大器模塊圖中模塊5的結(jié)構(gòu)框圖。
圖7是MCU控制模塊工作流程圖。
圖8是放大器結(jié)構(gòu)框圖。
從圖4中可以看出，雙向放大器主要由正向主放大器模塊、正向備份放大器模塊、反向主放大器模塊、反向備份放大器模塊、單片機(jī)控制模塊(MCU)等組成，其中，K1，K2為控制繼電器，用來控制通道的方向，W1，W2為分波器。由于采用模塊設(shè)計，各模塊安裝和維護(hù)很方便，且正向和反向模塊分開，同時采用備份方式設(shè)計，提高了雙向放大器的可靠性。圖5為放大器的模塊圖，從圖中可以看出模塊1到模塊4是圖4中的正反四個模塊；模塊5是MCU控制模塊，其用來控制四個放大模塊、電源、放大器輸入輸出端的切換及檢測各個工作點的工作狀態(tài)，還可升級到通過網(wǎng)管與總機(jī)房進(jìn)行通信；模塊6是接口板模塊，其包括圖8中放大器結(jié)構(gòu)圖上的RF(射頻)輸入和RF輸出的兩塊板，包含控制繼電器K1、K2，分波器W1、W2，以及分支器，模塊7為電源模塊，模塊8為電源備份模塊。
從圖5可以看出，MCU控制模塊主要通過采集RF(射頻)信號輸入輸出點電平、正向主/備放大模塊輸出端的電平、反向主/備放大模塊輸出端的電平，通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，將信息送給MCU，用來控制方向的變換，正向備份和反向備份的啟動。
放大器通過MCU來檢測信號的輸入方向和控制繼電器切換工作狀態(tài)見圖4，MCU檢測A端口(系統(tǒng)將A口設(shè)為默認(rèn)輸入端)電平，如果電平高，表示信號從A端輸入，B端輸出，MCU則控制繼電器K1接通2腳，控制繼電器K2接通1腳；如果A端電平低，表示信號從B端輸入，A端輸出，MCU則控制繼電器K1接通1腳，控制繼電器K2接通2腳，從而實現(xiàn)方向的切換。而由于放大器模塊存在AGC(自動增益控制)功能，可以自動調(diào)節(jié)每節(jié)車廂的上下行信號的輸出電平，這樣，不管列車車廂如何編組，方向如何調(diào)換，該放大器都可以正常工作。且每節(jié)車廂的信號從放大器中通過分支器取出，回傳信號同樣經(jīng)過放大器送到前端。
MCU控制放大器模塊切換主/備用模塊的工作流程見圖7，從圖中可以看出，MCU工作后，首先對電源的狀態(tài)進(jìn)行檢測，如果檢測不到電源的輸出，則啟動備用電源，而電源模塊在向放大器供電之前要經(jīng)過兩個繼電器，這兩個繼電器(安裝在電源接口板上)分別控制正向和反向放大模塊的工作電源；然后對正向放大模塊的輸出端進(jìn)行檢測，如檢測不到輸出電平，則啟動正向備用放大模塊；最后對反向放大模塊的輸出端進(jìn)行檢測，如檢測不到輸出電平，則啟動反向備用放大模塊。這種冷備份的工作方式，保證了系統(tǒng)正常工作的可靠性。
由于列車服務(wù)的多樣性，雙向放大器可以根據(jù)其應(yīng)用場合的不同，確定不同的帶寬范圍和頻率分割，如可采用5-200MHz，250-860MHz或者是40-450MHz，500-860MHz等高頻率分割。
由于該雙向放大器是專為列車CATV系統(tǒng)而設(shè)計的，其支持雙向HFC(Hybrid Fiber Coaxial，光纖同軸電纜混合網(wǎng))和單向HFC網(wǎng)絡(luò)。
權(quán)利要求
1.一種專用于鐵路系統(tǒng)的雙向放大器，其特征在于該放大器主要由正向主放大器模塊、正向備份放大器模塊、反向主放大器模塊、反向備份放大器模塊、單片機(jī)控制模塊(MCU)、接口板模塊、電源模塊、電源備份模塊組成，通過單片機(jī)控制模塊能自動檢測其它各個模塊的工作狀態(tài)，并控制主用和備用模塊的切換和信號輸入輸出方向的自動切換。
2.按照權(quán)利要求1所述的雙向放大器，其特征在于接口板模塊包含RF(射頻)輸入和RF輸出的兩塊電路板，在電路板上安裝有控制繼電器(K1、K2)、分波器(W1、W2)以及分支器。
3.按照權(quán)利要求1所述的雙向放大器，其特征在于MCU控制模塊采集RF信號輸入輸出端的電平、正向主/備放大模塊輸出端的電平、反向主/備放大模塊輸出端的電平，然后通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，將信息送給MCU。
4.按照權(quán)利要求1和3所述的雙向放大器，其特征在于放大器通過MCU檢測射頻信號的輸入電平并控制繼電器切換工作狀態(tài)，MCU檢測其中一個端口電平，如果該端口電平高，表示信號從該端口輸入，另一端口輸出，MCU則控制兩個繼電器接通到一種工作狀態(tài)；如果該端口電平低，表示信號從另一個端口輸入，從該端口輸出，MCU則控制兩個繼電器到另一種工作狀態(tài)，從而保證放大器能正常工作，實現(xiàn)方向的切換。
5.按照權(quán)利要求1所述雙向放大器，其特征在于每節(jié)車廂的信號從放大器中通過分支器取出，回傳信號同樣經(jīng)過放大器送到前端。
6.按照權(quán)利要求1所述雙向放大器，其特征在于MCU對電源的狀態(tài)進(jìn)行檢測，如果檢測不到電源的輸出，則啟動備用電源，
7.按照權(quán)利要求1和3所述雙向放大器，其特征在于MCU對正向放大模塊的輸出端進(jìn)行檢測，如檢測不到輸出電平，則啟動正向備用放大模塊。
8.按照權(quán)利要求1和3所述雙向放大器，其特征在于MCU對反向放大模塊的輸出端進(jìn)行檢測，如檢測不到輸出電平，則啟動反向備用放大模塊
9.按照權(quán)利要求1所述雙向放大器，其特征在于該雙向放大器可以根據(jù)其應(yīng)用場合的不同，確定不同的帶寬范圍和頻率分割，即還可以采用5-200MHz，250-860MHz高頻率分割方式。
10.按照權(quán)利要求1所述雙向放大器，其特征在于該雙向放大器支持雙向HFC和單向HFC網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種專用于鐵路系統(tǒng)的雙向放大器,該放大器主要由正向主放大器模塊、正向備份放大器模塊、反向主放大器模塊、反向備份放大器模塊、單片機(jī)控制模塊(MCU)、接口板模塊、電源模塊、電源備份模塊組成,通過單片機(jī)控制模塊能自動檢測其它各個模塊的工作狀態(tài),并控制主用和備用模塊的切換和信號輸入輸出方向的自動切換。可以滿足列車隨機(jī)編組,隨意調(diào)換方向的需求,由于采用主備模塊設(shè)計,使其可靠性高,而且維修方便。
文檔編號H03F3/62GK1345122SQ0012962
公開日2002年4月17日 申請日期2000年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月30日
發(fā)明者陳杰, 陳迪勇, 夏湘援 申請人:深圳市勁成光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有限公司