鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文攮要?dú)W洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答器是歐洲鐵路控制系統(tǒng)四個(gè)主要系統(tǒng)之一，它將位置數(shù)據(jù)或其它信號(hào)數(shù)據(jù)傳送到列車(chē)上。FFFS標(biāo)準(zhǔn)中給出了歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答器的編碼標(biāo)準(zhǔn)，其編碼過(guò)程由加擾、擴(kuò)位、循環(huán)碼編碼和測(cè)試候選報(bào)文等幾步構(gòu)成。本文仔細(xì)研究了歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答器的報(bào)文格式、編碼標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)部分，根據(jù)循環(huán)碼的特性，深入討論了此類(lèi)編碼的性能，給出實(shí)現(xiàn)方案。同時(shí)，在此基礎(chǔ)上提出了譯碼電路的硬件解決方案，并使用FLEA器件實(shí)現(xiàn)。最后對(duì)地面信號(hào)的發(fā)生部分作了，定的研究和探索，利用XILINX公司的高性能FPGA器件，設(shè)計(jì)了一一種全數(shù)字的FSK信號(hào)調(diào)制電路。關(guān)鍵詞歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)餐器、循環(huán)碼蝙碼和譯碼、FLEA鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文ABSL姒CREUROBALISE，ONEOFTHEFOURMAINSYSTEMSOFEUROPEANRAILWAYTRAFFICMANAGEMENTSYSTEMERTMS，TRANSMITSLOCATIONDATAOROTHERSIGNALDATATOTHEIRAINTHEDOCUMENTOFFFFSFOREUROBALISE”P(pán)RESENTSTHECODINGSTRATEGYOFEUROBALISETHECODINGPROCESSOFEUROBALISECONSISTSOFSEVERALSTEPSSUCHASSCRAMBLING，EXPANDING，COMPUTINGTHECHECKBITSANDTESTINGCANDIDATETELEGRAMSTHISTHESISSTUDIESTELEGRAMFORMAT，CODINGSTRATEGYANDTESTINGSTANDARDINDETAIL，DISCUSSESTHEPERFORMANCEOFTHISKINDOFCODINGTHOROUGHLYACCORDINGTOTHECHARACTERISTICOFCYCLICCODEANDPRESENTSTHEREALIZATIONSCHEMEMEANWHILE，BASEDONTHESCHEMEITPUTSFORWARDTHEHARDWARESOLUTIONOFDECODINGCIRCUIT，WHICHISIMPLEMENTEDBYFPGADEVICEFINALLYSOMESTUDIESANDRESEARCHFORTHEUPLINKSIGNALGENERATORAREMADEANDAFULLDIGITALFSKMODULATEDCIRCUITUSINGHIGHPETFOLMANCEFPGADEVICEOFXILINXCOMPANYISDESIGNEDKEYWARDSEUROBALISE，EYDIEC州LINGANDDECODING，F(xiàn)PGA鐵道科學(xué)研究院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論文作者簽名走鵬啉砌弭三月勱日鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文第一章緒論11歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答疊簡(jiǎn)介歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答器EUROBALISE是歐洲鐵路控制系統(tǒng)ETCS四個(gè)主要系統(tǒng)之一，是用于傳輸不連續(xù)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計(jì)的不同，通過(guò)歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答器將有關(guān)位置的數(shù)據(jù)位置標(biāo)記、道路傾斜度、速度限制或是其他相關(guān)的信號(hào)數(shù)據(jù)傳送到列車(chē)上F”。在整個(gè)ETCS系統(tǒng)中，EUROBALISE子系統(tǒng)具有特別重要的意義，因?yàn)樗峭耆隕TCS系統(tǒng)的關(guān)鍵前提條件。1995年1月，在經(jīng)過(guò)了多年的實(shí)驗(yàn)之后，最終確定了EUROBALISE的技術(shù)框架及其數(shù)據(jù)格式。它是一個(gè)電感耦合的射頻識(shí)別系統(tǒng)，采用非諧性反饋頻率。BALISE的電源取自一部正在通過(guò)的牽引機(jī)車(chē)，利用27095MHZ的功率載波頻率上的電感耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)。BALISE對(duì)牽引機(jī)車(chē)的數(shù)據(jù)傳輸在424MHZ的頻率1_進(jìn)行，并且當(dāng)列車(chē)速度高達(dá)500KMH時(shí)，仍可確保數(shù)據(jù)報(bào)文能夠正確讀出。表11列出TBALISE子系統(tǒng)的基本技術(shù)參數(shù)。表11EUROBALISE的基本參數(shù)耦合方式電感式能量傳輸頻率，列車(chē)BALISE27095MHZ數(shù)據(jù)傳輸頻率，BALISE列車(chē)424MHZ調(diào)制方式FSK調(diào)制指數(shù)1數(shù)據(jù)傳輸率565KBS電報(bào)長(zhǎng)度1023或341BIT有效數(shù)據(jù)范圍830或210BIT讀取距離230至450RAM最大側(cè)偏移180MM雪、水、礦石覆蓋不影響歐洲及日本等國(guó)不同標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)答器已推廣應(yīng)用的數(shù)十年，歐洲統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)答器也經(jīng)歷了10余年的標(biāo)準(zhǔn)制定、設(shè)備研制，2003年3月發(fā)布了最新版本的標(biāo)準(zhǔn)22版并已開(kāi)始推廣應(yīng)用。鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答器的應(yīng)用范圍主要包括以下幾個(gè)方面1、行車(chē)安全。包括防止列車(chē)冒進(jìn)，防止列車(chē)超速運(yùn)行，防止錯(cuò)誤發(fā)車(chē)，列車(chē)報(bào)號(hào)，車(chē)種識(shí)別，自動(dòng)預(yù)排進(jìn)路，擺式列車(chē)控制，防止列車(chē)錯(cuò)誤通過(guò)，定位停車(chē)，列車(chē)自動(dòng)防護(hù)，輔助駕駛和縮短運(yùn)行間隔等。2、道13防護(hù)。包括告警與關(guān)閉時(shí)間控制，事故通知自動(dòng)化。3、運(yùn)營(yíng)服務(wù)。通知和控制車(chē)門(mén)開(kāi)閉，隧道內(nèi)車(chē)廂封閉控制，站臺(tái)和車(chē)內(nèi)廣播等。12歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答曩的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能歐洲應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)由道旁應(yīng)答器和車(chē)載傳輸設(shè)備組成這是ERTMSETCS車(chē)載要素的一部分。應(yīng)答器或者是固定的，或者是可變的。車(chē)載傳輸設(shè)備包括天線(xiàn)單元和BTM。道旁信號(hào)設(shè)備由LEU和包含在道旁信號(hào)處理中的其他外部設(shè)備組成。圖11給出了應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)的框圖21。圖11歐洲應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)和接口歐洲應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)包含了以下的基本功能嘲鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文車(chē)載傳輸設(shè)備的必備功能產(chǎn)生遠(yuǎn)距離傳遞功率信號(hào)確保遠(yuǎn)距離傳遞功率信號(hào)的電平和應(yīng)答器可檢測(cè)性檢測(cè)上行鏈路應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)濾波和解調(diào)防止串?dāng)_阻止天線(xiàn)旁瓣去除環(huán)境噪聲檢查上行鏈路數(shù)據(jù)的編碼要求檢測(cè)報(bào)文類(lèi)型和譯碼提取用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)文濾波管理在一個(gè)應(yīng)答器通道中切換的上行鏈路報(bào)文提供輸出數(shù)據(jù)的時(shí)間戳、速度表支持應(yīng)答器定位管理時(shí)間和速度表數(shù)據(jù)檢測(cè)位錯(cuò)誤啟動(dòng)時(shí)測(cè)試車(chē)載傳輸設(shè)備的可選功能接收KER上行鏈路信號(hào)檢查和譯碼KER上行鏈路數(shù)據(jù)報(bào)告KER上行鏈路數(shù)據(jù)切換遠(yuǎn)距離功率模式0或觸發(fā)調(diào)制防止邏輯串?dāng)_接收和處理下行鏈路信息防止下行鏈路報(bào)文在應(yīng)答器通道間進(jìn)行切換產(chǎn)生下行鏈路信號(hào)自檢鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文上行鏈路應(yīng)答器的功能接收遠(yuǎn)程功率信號(hào)產(chǎn)生上行鏈路信號(hào)管理數(shù)據(jù)啟動(dòng)時(shí)選擇模式限制上行鏈路區(qū)域支持編程以及對(duì)操作或編程模式的管理從接口C接收數(shù)據(jù)控制I0特性防止和其他電纜的串?dāng)_產(chǎn)生用于報(bào)文切換的閉塞的信號(hào)可選I3歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答的信息內(nèi)容和應(yīng)用屢次歐洲應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)是一種安全點(diǎn)式傳輸，用于傳送道旁和列車(chē)間和安全相關(guān)的信息，傳輸任務(wù)是通過(guò)應(yīng)答器來(lái)完成的。信息可以通過(guò)2種方式傳輸上行鏈路和下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸。由上行鏈路應(yīng)答器發(fā)送至車(chē)載傳輸設(shè)備的信息根據(jù)應(yīng)用的不同可以是固定的或可變的上行鏈路數(shù)據(jù)傳輸。信息也可以由列車(chē)發(fā)送、下行鏈路應(yīng)答器接收下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸。點(diǎn)式傳輸是指地面設(shè)備和車(chē)載傳輸設(shè)備在離散位置存在的傳輸路徑。只有當(dāng)天線(xiàn)單元經(jīng)過(guò)或停滯于相應(yīng)的應(yīng)答器上方的時(shí)候，信息才被會(huì)傳輸。假定由軌道傳輸至列車(chē)的信息上行鏈路信息包括21A信號(hào)數(shù)據(jù)B控制數(shù)據(jù)C位置和地理信息D功率采集信息E列車(chē)行駛目標(biāo)信息0路由信息G持久的速度限制鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文H暫時(shí)的速度限制I固定的阻塞J車(chē)行許可K坡度1聯(lián)接數(shù)據(jù)M其他信息假定由列車(chē)至軌道傳輸?shù)男畔行鏈路信息包括2A列車(chē)結(jié)構(gòu)B可能影響最大安全速度的列車(chē)狀態(tài)的變化C軌道到車(chē)載的粘著系數(shù)D牽引控制的狀態(tài)E其他信息歐洲應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)將用于ERTMSETCS中定義的應(yīng)用的所有層次分別稱(chēng)之為0級(jí)、L級(jí)、2級(jí)、3級(jí)和STM級(jí)T21。在0級(jí)中，道旁的光學(xué)信號(hào)或ERTMSETCS中以外的信號(hào)的其他含義，用來(lái)給與司機(jī)通行權(quán)。除了固定的歐洲應(yīng)答器，0級(jí)不使用其他的軌道至列車(chē)的信號(hào)傳輸來(lái)命令級(jí)別轉(zhuǎn)換。因此，仍然需要讀取歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答器。除了特定的特殊命令，其他所有應(yīng)答器數(shù)據(jù)都不做解釋。在1級(jí)中，通過(guò)使用可變的或固定的歐洲應(yīng)答器來(lái)向列車(chē)發(fā)送列車(chē)控制信息。寫(xiě)入信息也可能由歐洲應(yīng)答器系統(tǒng)通過(guò)電纜寫(xiě)入系統(tǒng)或無(wú)線(xiàn)寫(xiě)入系統(tǒng)提供。受控制的應(yīng)答器直接和信號(hào)連接，或者和聯(lián)鎖相連接，或者經(jīng)過(guò)歐洲應(yīng)答器的接口C，和ERTMSETCS說(shuō)明范圍以外的器件相連接。在2級(jí)中，雙向的無(wú)線(xiàn)通信被用來(lái)傳送所有的信息。點(diǎn)式傳輸?shù)琅栽O(shè)備應(yīng)答器包含了可以讓列車(chē)檢查、校驗(yàn)其速度表和辨別其實(shí)際位置的信息。有無(wú)道旁信號(hào)，都可以執(zhí)行級(jí)別2。在3級(jí)中，雙向的無(wú)線(xiàn)通信被用來(lái)傳送所有的信息。點(diǎn)式傳輸?shù)琅栽O(shè)備應(yīng)答器向列車(chē)提供信息，以使得列車(chē)可以檢查和校驗(yàn)其速度表和辨別其實(shí)際位置。這一級(jí)別是在沒(méi)有道旁信號(hào)的情況下執(zhí)行的。STM級(jí)用來(lái)運(yùn)行在裝備了國(guó)家列車(chē)控制和速度監(jiān)督系統(tǒng)的線(xiàn)路卜，按照鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文ERTMSETCS標(biāo)準(zhǔn)裝備的列車(chē)。由國(guó)家列車(chē)控制系統(tǒng)在道旁產(chǎn)生的列車(chē)控制信息，經(jīng)過(guò)信道發(fā)送給列車(chē)。除了通知，命令級(jí)別轉(zhuǎn)換和與應(yīng)答器傳輸相關(guān)的特殊命令，STM級(jí)不使用ERTMSETCS中的軌道至列車(chē)的數(shù)據(jù)傳輸。因此，仍然需要讀取固定歐洲應(yīng)答器。除了特定的特殊命令，其他所有應(yīng)答器數(shù)據(jù)都_ILI做解釋。14歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答鬻的應(yīng)用前景秘研究意義應(yīng)答器是現(xiàn)代鐵路通信信號(hào)中非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施，在歐洲ETCS中的各個(gè)級(jí)別均有運(yùn)用。我國(guó)的應(yīng)答器系統(tǒng)也已經(jīng)研制成功，并在城市軌道交通、駝峰場(chǎng)、及鐵路干線(xiàn)的部分線(xiàn)路上得到運(yùn)用。這是種目前鐵路通信信號(hào)系統(tǒng)中迫切需要的的設(shè)備，也是未來(lái)的高速鐵路上急需的設(shè)備。歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答器是鐵道部重點(diǎn)引進(jìn)的項(xiàng)目之一，歐洲應(yīng)答器已經(jīng)開(kāi)始在秦沈線(xiàn)中實(shí)際運(yùn)營(yíng)。鐵道部為了進(jìn)一步進(jìn)行線(xiàn)路提速，擬在多條線(xiàn)路上公開(kāi)招標(biāo)歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答器項(xiàng)目，總合同額達(dá)上億人民幣，應(yīng)用前景十分廣闊。目前國(guó)內(nèi)的應(yīng)答器在標(biāo)準(zhǔn)上與歐洲的有所差別，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也與歐洲標(biāo)準(zhǔn)有一定的差距，同時(shí)在未來(lái)也存在互聯(lián)互通的問(wèn)題。為了在掌握應(yīng)答器的核心技術(shù)，振興民族產(chǎn)業(yè)，與世界先進(jìn)技術(shù)接軌，在今后的設(shè)備招投標(biāo)等過(guò)程中為國(guó)家節(jié)省寶貴的資金并取得主動(dòng)，需要對(duì)該項(xiàng)歐洲標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)進(jìn)行深入的研究和開(kāi)發(fā)。大容量點(diǎn)式應(yīng)答器的研究主要針對(duì)歐洲標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)答器的核心技術(shù)進(jìn)行相關(guān)方面的前期研究，包括該標(biāo)準(zhǔn)下的各種頻率、傳輸速率、各個(gè)物理層及邏輯層的關(guān)系、相關(guān)數(shù)據(jù)的格式與定義、以及各個(gè)相關(guān)的接口方式。其中，車(chē)地間的相關(guān)頻率、傳輸速率及相應(yīng)的接口是該項(xiàng)目的基本點(diǎn)也是重點(diǎn)；然后初步研制出適用于中國(guó)鐵路、符合CTCS要求的大容量點(diǎn)式應(yīng)答器樣機(jī)。可以預(yù)測(cè)，歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答器的國(guó)產(chǎn)化，將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。首先，國(guó)產(chǎn)應(yīng)答器將擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，打破國(guó)外技術(shù)壟斷，其研究成果可為全路服務(wù)；其次，其價(jià)格將低于國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品，系統(tǒng)應(yīng)用于工程將為國(guó)家節(jié)約巨額外匯；最后，售前、售后服務(wù)本地化，既有利于提高服務(wù)質(zhì)量，又可降低服務(wù)成本。6鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文15論文內(nèi)容及作者所完成的工作本文首先介紹了歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答器的報(bào)文格式、編解碼標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，在理論上深入討論了編碼的性能和實(shí)現(xiàn)方案。并在此基礎(chǔ)上提出譯碼電路的硬件解決方案，并使用FPGA器件實(shí)現(xiàn)。同時(shí)對(duì)地面信號(hào)的發(fā)生部分作了一定的研究和探索。論文章節(jié)安排如下第一章簡(jiǎn)要介紹了歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答器的指標(biāo)、性能和用途以及應(yīng)用前景和研究意義。第二章主要研究了歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答器的編碼標(biāo)準(zhǔn)，介紹了編碼的各部分算法和測(cè)試方案，并討論了這種編碼方式的性能和實(shí)現(xiàn)方法。第三章研究了歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答器的譯碼標(biāo)準(zhǔn)，提出譯碼電路的硬件解決方案，以及FPLGA的實(shí)現(xiàn)方法。第四章給出了歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答器的FSK信號(hào)特性，據(jù)此提出了幾種調(diào)制方案，最后利用所指定的參數(shù)問(wèn)的規(guī)律和關(guān)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文第二章FFF墻碼策略、實(shí)瑗方案及其性L(fǎng)電討論這章主要闡述編碼的算法和實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并對(duì)編碼的兩個(gè)重要指標(biāo)最小距離和錯(cuò)誤不可檢出概率作了較深入的分析。21關(guān)手循環(huán)碼2。11二元域多硬式和求眾運(yùn)算由于所有編碼都是二進(jìn)制的，這里僅討論二進(jìn)制編碼理論中所涉及的二二元域GF2上的多項(xiàng)式，即系數(shù)取自GF2上的多項(xiàng)式。在這里，我們把任何一個(gè)N位的二進(jìn)制數(shù)V【VN1，VN2，V1，VO】和一個(gè)多項(xiàng)式VXVNIX1VN2X眥VLXV0對(duì)應(yīng)。在二元域中，只有0和1兩個(gè)元素，兩種代數(shù)運(yùn)算分別為模2相加和模2相乘，其定義如下所示。這樣，可以在上述的加法和乘法下定義公式RXR【DX】，用以表示DX除以CX的余式，即DXQXCXRX21并且，對(duì)于任何一個(gè)二進(jìn)制多項(xiàng)式FX有FX2FX222212日界碼的特性1、FFFS編碼策略給出的編碼方式是一種循環(huán)碼，對(duì)于一個(gè)循環(huán)碼多項(xiàng)式CXCN一1XN1CN2XN“2CLX十CO若將其循環(huán)I次所得到的碼矢記為C卿X，則CXCN1XI卜1CA2JX“2COXICN_1XI1CN由循環(huán)碼的特性可以得知CX；XICX模X“1232、根據(jù)循環(huán)碼的循環(huán)特性，可由個(gè)碼字的循環(huán)特性移位得到其它的非0碼字。在N，K循環(huán)碼的2K個(gè)碼字中，取前K一1位皆為0的碼字甙X其次數(shù)RNK，再經(jīng)過(guò)K1次循環(huán)移位，共得到K個(gè)碼字GX，XGX，一8鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文由于碼字可以由生成矩陣唯一確定，因此，N，K循環(huán)碼可由它的一個(gè)NK次多項(xiàng)式GX來(lái)確定。所以稱(chēng)GX為碼的生成多項(xiàng)式。可以證明，GX是唯一的，且為XN4L的因式，即存在K次多項(xiàng)式HX，滿(mǎn)足X“1HX49X25滿(mǎn)足上式的多項(xiàng)式HX稱(chēng)為循環(huán)碼的監(jiān)督多項(xiàng)式。3、設(shè)H為N，K循環(huán)碼的一致監(jiān)督矩陣H【HNIK1，HNL2，H1，HO】其中HJINK一1，NK一2，O是H的行矢量。又設(shè)C為任一碼字，R1，RN_2，R0未接收矢量，其伴隨式S1HRT的各行分量為SJHJR7脅，廊、I0J以一1，NK2，0如果R為一碼字，則SJ為O；如果SJ_0，R也一定不是一個(gè)碼字。如果EEN1，EN2，EO為R的信道錯(cuò)誤圖樣，由于RCE，HCLOT，所以N1SJHJET陸屆IOJNK一1，NK一2，0因此，接收矢量的SJ，實(shí)際上是對(duì)信道錯(cuò)誤圖樣進(jìn)行監(jiān)督，而與發(fā)送的具體碼字無(wú)關(guān)41。9鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文由此，可以構(gòu)造循環(huán)碼的大數(shù)邏輯譯碼器引，如圖21所示。第三章中譯碼器所使用的奇偶校驗(yàn)電路，就使用了類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，只是不做糾錯(cuò)處理。圖21循環(huán)碼大數(shù)邏輯譯碼器22報(bào)文格式和壤碼方式概述221歐標(biāo)應(yīng)答壤碼的突出優(yōu)點(diǎn)酈編碼策略FORMFITFUNCTIONSPECIFICATIONCODINGSTRATEGY是由EI_ROSIG聯(lián)盟為推進(jìn)歐洲鐵路信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化制定的標(biāo)準(zhǔn)。它定義了歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答器的報(bào)文格式，有如下突出的特點(diǎn)【2】1、兼容兩種報(bào)文長(zhǎng)度1023比特和341比特。2、大量自由的信息位分別為830比特和210比特其中的某些位將被預(yù)留，作為報(bào)文傳送系統(tǒng)的更高級(jí)的應(yīng)用，如區(qū)分上行或下行報(bào)文。3、對(duì)于不同種類(lèi)的傳輸錯(cuò)誤具有可證明的安全保證；4、報(bào)文的所有位反轉(zhuǎn)后仍然可以被譯碼器識(shí)別；5、不需要在報(bào)文的開(kāi)始傳送起始幀或結(jié)尾幀。6、對(duì)于未知的將來(lái)的格式變化具有兼容性。報(bào)文格式在設(shè)計(jì)時(shí)就被證明，對(duì)于隨機(jī)的位錯(cuò)誤、突發(fā)錯(cuò)誤、丟位、插位以及這些錯(cuò)誤的組合，此種編碼方式都能夠提供完全安全的防范。同時(shí)，它也特別注意了報(bào)文變化和報(bào)文誤解等潛在的問(wèn)題【2J。鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文然而，上述的所有的安全保證只有在使用明確指定的譯碼器時(shí)才會(huì)產(chǎn)生作用，因此，本文所討論的譯碼器，都是根據(jù)FFFS編碼策略中所規(guī)定的譯碼標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的。222報(bào)文格式報(bào)文格式如圖22所示。有兩種兼容的格式長(zhǎng)度LLL102393“11的長(zhǎng)格式和NS3413111的短格式。最左邊是高位，定義為BN一1，最右邊是低位，定義為BOT21。應(yīng)答器發(fā)送數(shù)據(jù)的順序是從左至右，但并不一定從最左邊的一位B1開(kāi)始，而可能是報(bào)文中的任何一位21。圖22報(bào)文格式報(bào)文的開(kāi)頭是一塊“成型的數(shù)據(jù)”，是經(jīng)過(guò)加擾和擴(kuò)位后的用戶(hù)數(shù)據(jù)。在長(zhǎng)格式報(bào)文中，這個(gè)塊包含913位83個(gè)11位字段；短格式報(bào)文中，包含231位21個(gè)1L位字段。這樣，一個(gè)長(zhǎng)報(bào)文就包含了830位用戶(hù)位，。個(gè)短報(bào)文包含了210位用戶(hù)位。下面的3個(gè)比特，B109B107是控制位CB。第一個(gè)控制位B109，是一個(gè)反轉(zhuǎn)位，通常置0，如果置1，那么在通過(guò)了校驗(yàn)位檢驗(yàn)后，碼矢的所有位必需反轉(zhuǎn)，才能做下一步運(yùn)算。值得注意的是，為了滿(mǎn)足這一特性，編碼和譯碼規(guī)則分別在擴(kuò)位和同步上作了特殊的設(shè)計(jì)，在后面的23_3章節(jié)和313章節(jié)中分別有詳細(xì)的討論。另外2個(gè)控制位，BL餉和B107，當(dāng)前沒(méi)有使用，預(yù)留作將來(lái)的格式變更時(shí)使用。對(duì)于當(dāng)前的格式，這兩位備用位必須被置為B1080，B107L。其他的值表明此碼無(wú)效。控制位后的12比特，B106B95，是擾碼位SB，用來(lái)儲(chǔ)存加擾前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的擾碼器的初始狀態(tài)這個(gè)狀態(tài)值必須送給解擾器，才能正確解擾。再下面的LO位，B94B85，是附加形成位ESB，它使得對(duì)于校驗(yàn)位的定型限制獨(dú)立于加擾。除非譯碼時(shí)要求對(duì)定型限制做校驗(yàn)，否則譯碼器對(duì)這10位數(shù)據(jù)不做任何處理收到后就丟棄。最后的85位，B84BO，是校驗(yàn)位，包含錯(cuò)誤檢測(cè)碼的75位奇偶位和用于鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文同步的10位嘲。報(bào)文可能從KL至BO的任何一位開(kāi)始被發(fā)送，一幀傳送完畢后，從B。1開(kāi)始再循環(huán)傳送，直至地面應(yīng)答器能量消失。因此，車(chē)載天線(xiàn)收到的最后一比特信息可能也是K1至BO中的任何一位。223編碼方式概述FFFS規(guī)定的編碼標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和證明，使得這種編碼有著多種優(yōu)點(diǎn)。由于編碼不需要在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)地完成但譯碼需要，因此盡管編碼和譯碼的算法結(jié)構(gòu)非常相似，但它們是不對(duì)稱(chēng)的。編碼過(guò)程中，相當(dāng)大的工作攝耗費(fèi)在檢測(cè)生成的碼元是否符合編碼規(guī)則上，只有通過(guò)這些測(cè)試，此編碼才具有12中所述的良好性態(tài)，否則，需要重新編碼。而譯碼過(guò)程相對(duì)容易因?yàn)檫@里已經(jīng)假定收到的編碼是完全符合規(guī)則的，因此譯碼比編碼需要的時(shí)間短的多。編碼的步驟由以下七步組成【211、選擇12位擾碼位。2、對(duì)用戶(hù)位做加擾運(yùn)算運(yùn)算依賴(lài)于第1步中的擾碼位。3、將加擾了的數(shù)據(jù)擴(kuò)位，即按10比特分段，每一段映射成11位的字段。4、檢驗(yàn)形成條件，如果條件不滿(mǎn)足，回到第2步。5、選擇10位附加形成位。如果所有210個(gè)組合都已無(wú)法使用，回到第1步。6、形成校驗(yàn)位。7、檢驗(yàn)形成條件。如果滿(mǎn)足，則輸出報(bào)文；否則，回到第5步。從純邏輯的角度看，步驟4中的測(cè)試是可以省略的；步驟7會(huì)完成所有的測(cè)試。出于效率的原因，盡可能快的丟棄候選報(bào)文，并在只改變附加形成位的“567”內(nèi)作循環(huán)是更優(yōu)越的。每一個(gè)報(bào)文都是一個(gè)循環(huán)碼，并提供了大量的保護(hù)措施，以防止隨機(jī)位錯(cuò)誤和突發(fā)錯(cuò)誤的發(fā)生。LO11位的轉(zhuǎn)換進(jìn)一步防止了丟位、插位和連續(xù)長(zhǎng)0、長(zhǎng)1的發(fā)生。47步的測(cè)試可以排除掉存在潛在的丟位可能的報(bào)文，同時(shí)也排除位模式和短報(bào)文過(guò)于接近的長(zhǎng)報(bào)文。加擾運(yùn)算可以保證，對(duì)于給定的用戶(hù)數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生足夠多的可替代的候選報(bào)文，以至其中的一個(gè)最終能夠通過(guò)測(cè)試。然而，理論上可能存在某些由于形成位被耗盡而無(wú)法編碼的用戶(hù)數(shù)據(jù)，這12鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文樣的概率非常低對(duì)于隨機(jī)的數(shù)據(jù)，低于10100。如果真的發(fā)生了，那么只要對(duì)用戶(hù)數(shù)據(jù)作微小的變動(dòng)比如將速度限制值降低1KINH就可以讓這個(gè)數(shù)據(jù)的編碼可實(shí)現(xiàn)。需要指出的是，在一個(gè)報(bào)文編碼通過(guò)所有測(cè)試前，生成的候選報(bào)文的數(shù)量是非常巨大的。相反，接收器的工作就相對(duì)簡(jiǎn)單快速。以下將詳細(xì)討論FFFS編碼策略，包括如何加擾、擴(kuò)位、計(jì)算校驗(yàn)位和測(cè)試報(bào)文等。23編碼步驟231加擾運(yùn)算為了使碼字具有隨機(jī)性，必須對(duì)原始的用戶(hù)碼進(jìn)行加擾運(yùn)算。FFFS編碼策略中提供的加擾運(yùn)算包括3步閉1、將用戶(hù)碼的頭10個(gè)比特替換為所有比特按一定規(guī)則運(yùn)算得到的結(jié)果。2、通過(guò)12位的擾碼位計(jì)算32位的整數(shù)S。3、通過(guò)初始狀態(tài)S，利用32位的線(xiàn)性反饋移位寄存器進(jìn)行加擾運(yùn)算。下面對(duì)每一個(gè)步驟作詳細(xì)的闡述第一步對(duì)于長(zhǎng)報(bào)文，有M830位用戶(hù)位；短報(bào)文，有M210位用戶(hù)位。將用戶(hù)位從左至右分成K個(gè)LO位的塊UK1U卜1I”，UN卜LO，UK2UM11，URN20，UOU9，UO，對(duì)于長(zhǎng)報(bào)文，K83，短報(bào)文，K21。對(duì)UK一1，UMUO作如下運(yùn)算TLU“L一UIMO12I。2026用UBL代替UK_1，這樣，就形成了新的序列0。L，U、。2，U、O，這個(gè)新序列中，除了頭LO位，其他均與原來(lái)的用戶(hù)位相同。第二步通過(guò)12位擾碼位即221章中所說(shuō)的SB計(jì)算BBB106211B105210B962B952732位的整數(shù)S按如下公式計(jì)算S2801775573BMOD232其中常數(shù)2801775573690693MOD232；對(duì)于這種類(lèi)型的隨機(jī)數(shù)生成器，69069是一個(gè)常用的選擇。13鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文第三步使用如圖23所示的移位寄存電路，圖中，正方形表示寄存器，加號(hào)表示異或操作。系數(shù)H3L，H30，H29，H27，H25和110等于1，其他所有的系數(shù)都為0。S以二進(jìn)制的形式作為32位寄存器的初始值最左端是MSB，右端是LSB。電路經(jīng)過(guò)NL一1次運(yùn)算，輸入是UM_I，11、。2，UO，生成的擾碼序列SM|，SM2，SO串行輸出。圖23擾碼生成器232擴(kuò)位一10到11位的變換用戶(hù)位加擾后，形成了擾碼序列SML，SM2，S0，我們把擾碼序列分塊，每塊LO位，即陸L，SA，2，SIN10，SMN，SIN12，S20，S9，S8，SO。這樣，長(zhǎng)報(bào)文就有83個(gè)塊，短報(bào)文有21個(gè)塊。每一個(gè)10位的塊將由一個(gè)置換表映射成一個(gè)LL位的塊。這1024210個(gè)置換值在附錄A“101L字段轉(zhuǎn)換表”中列出F2L。置換規(guī)則為每一個(gè)10位的塊，作為一個(gè)LO位的二進(jìn)制數(shù)，被換算成一個(gè)整數(shù)I在O1023間，于是這個(gè)塊就對(duì)應(yīng)了置換表中的第I個(gè)字段一個(gè)11位字段，同時(shí)，表中字段的序號(hào)是從0開(kāi)始的，到1023結(jié)束。這樣，表中第I1個(gè)字段就定比第I個(gè)字段的值要大。擴(kuò)位變化具有多個(gè)目的。鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文第，是為了使碼字具有更好的隨機(jī)性，避免出現(xiàn)長(zhǎng)0和長(zhǎng)L。在這里，最多允許連續(xù)出現(xiàn)8個(gè)0或L。這是因?yàn)椋谧侄无D(zhuǎn)換表中，以下的250個(gè)字段都是無(wú)效的即表中沒(méi)有如下數(shù)據(jù)出現(xiàn)。00000XXXXXX，X表示0或1，因此代表26個(gè)不同的字段，下同XXXXXXOOOOO，1000O0000L，11111XXXXXX，XXXXXXLLLLL，011LLLLLLL01。第二，因?yàn)橐韵碌?0個(gè)字段都是無(wú)效的，所以附加位即31章中關(guān)于譯碼算法第1步中的R和處理窗口中前面那些相應(yīng)的位之間的最多4次移位就可以被接收器檢測(cè)到。01010101010，10101010101100100100100，01001001001，10010010010，11011011011，101101I0110，01101101101；200010001000，00100010001，01000100010，10001000100，00110011001，01100110011，1110111011L，11011101110，10111011101，01110111011，11001I00110，10011001100。3注意到這3組數(shù)據(jù)的特性在任何個(gè)組中，總存在這樣一個(gè)數(shù)據(jù)B，使得同組的任何一個(gè)數(shù)據(jù)A去掉頭I位或尾I位，LFFILNS的映射表。在解碼過(guò)程中，對(duì)收到的VX，作RE“VX】運(yùn)算，從而得到SFX，然后通過(guò)鴦表得到同步需要進(jìn)行的移位S。此外，可以證明RFXL【VXXN1X們X2X1】RFX【VX】，這個(gè)公式說(shuō)明，如果把所有收到的信息位都取反，則以上同步公式依然成立，這從另一個(gè)方面驗(yàn)證了編碼的算法，即221章中的反轉(zhuǎn)位的功能。對(duì)于一個(gè)沒(méi)有錯(cuò)誤的報(bào)文來(lái)說(shuō)，式32的值是不會(huì)為0的。然而，對(duì)于任何一個(gè)周期為能被N整除的整數(shù)但是必須大于1，長(zhǎng)度為N的向量VX即這個(gè)二進(jìn)制序列的長(zhǎng)度為N，由K個(gè)相同的部分組成，每部分長(zhǎng)度為NK，其中K為周期，1礎(chǔ)_N，有RFX【VX0有一種特殊的情況，即長(zhǎng)報(bào)文解碼器收到了循環(huán)的短報(bào)文，這時(shí)，VX的長(zhǎng)度為1023位，由完全相同的3個(gè)341位組成，此時(shí)SFX的計(jì)算結(jié)果就是0。因此，長(zhǎng)報(bào)文解碼器永遠(yuǎn)不會(huì)把循環(huán)發(fā)送的短報(bào)文誤認(rèn)為是長(zhǎng)報(bào)文，以此保證了譯碼的可靠。314鬈攏算法對(duì)比22章中的加擾算法，可以提出一套解擾算法，如圖34所示。擴(kuò)R1”ITO圖34解擾算法圖中，正方形表示寄存器，加號(hào)表示異或操作。系數(shù)H31，H30，H29，H27，H25和110等于】，其他所有的系數(shù)都為0。在進(jìn)行解擾前，要先通過(guò)12位的SB計(jì)算S，計(jì)算公式仍然為22式。之后S以二進(jìn)制的形式作為31圖中32位寄存器的初始值最左端是MSB，右端是LSB。電路經(jīng)過(guò)M一1次運(yùn)算，輸入是SL，SN2，SO，輸出為U1，UM2，U0。鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文此時(shí)，除了U、。L，報(bào)文與原始用戶(hù)數(shù)據(jù)完全一樣。回顧第2章中的26式，可以對(duì)U、。L，UM2，U、O作如下運(yùn)算黼U(xiǎn)BLUROOD磐糖P曩I(mǎi)、L33J用UK1，代替U、。，序列中的其余部分不變，即為原始用戶(hù)數(shù)據(jù)。32譯碼過(guò)程中的特殊情況譯碼過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)一些特殊情況，編碼過(guò)程中對(duì)它們都已做了考慮，從而不會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤發(fā)生。32。1佰道傳輸錯(cuò)誤碼矢在信道中傳播時(shí)，受干擾會(huì)產(chǎn)生各種各樣的錯(cuò)誤，如隨機(jī)錯(cuò)誤、突發(fā)錯(cuò)誤、丟位和插位等。由GX生成的循環(huán)碼可以有效地防護(hù)隨機(jī)錯(cuò)誤和突發(fā)錯(cuò)誤，正如261章中所討論過(guò)的，譯碼器可以檢測(cè)到75個(gè)以下的突發(fā)錯(cuò)誤。而幾個(gè)數(shù)量更小的突發(fā)錯(cuò)誤的組合，也可以被檢測(cè)。此外，在長(zhǎng)度為葉R的寄存器內(nèi)，總數(shù)不超過(guò)3次的丟位或插位或者它們的組合，都可以被譯碼器檢測(cè)到。32。2混合的格式L、長(zhǎng)報(bào)文，短格式接收器當(dāng)短報(bào)文接收器收到長(zhǎng)格式報(bào)文時(shí)，正如243章所討論的，非周期條件會(huì)使得長(zhǎng)報(bào)文的任何一部分都不會(huì)被當(dāng)成短報(bào)文。311章中，11步譯碼步驟中的第3步，也會(huì)保證一個(gè)長(zhǎng)格式報(bào)文在此無(wú)法通過(guò)測(cè)試。2、短報(bào)文，長(zhǎng)接收器一個(gè)循環(huán)發(fā)送的短報(bào)文，幾乎會(huì)滿(mǎn)足長(zhǎng)報(bào)文的所有條件。24式表明，3個(gè)連續(xù)的短報(bào)文，可以通過(guò)長(zhǎng)報(bào)文的校驗(yàn)位檢驗(yàn)，而轉(zhuǎn)換表?xiàng)l件、不同步條件和欠采樣條件顯然也滿(mǎn)足。只有在做同步運(yùn)算時(shí)，才能將這個(gè)“偽”長(zhǎng)報(bào)文排除掉。313章中已作詳細(xì)闡述。323欠采樣，過(guò)采樣欠采樣的情況在244章節(jié)中已有論述。所謂采樣因子為K的過(guò)采樣，是指對(duì)1位數(shù)據(jù)連續(xù)K次的采樣。這2種情況有可能發(fā)生在硬件有錯(cuò)誤的時(shí)候。由于22式，循環(huán)碼對(duì)于采樣因子為2次方冪的欠采樣和過(guò)采樣，具有一種自身的缺鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文陷。因此必須考慮這2種錯(cuò)誤情況。編碼過(guò)程中必需滿(mǎn)足的“欠采樣條件”可以保證在欠采樣因子為2，4，8和16的情況下，都不會(huì)錯(cuò)誤譯碼。采樣因子大于等于8的過(guò)采樣，會(huì)導(dǎo)致8個(gè)或8個(gè)以上的連續(xù)的0或1，這樣就不會(huì)滿(mǎn)足轉(zhuǎn)換表?xiàng)l件。對(duì)于采樣因子為小于8的偶數(shù)的過(guò)采樣，將不會(huì)滿(mǎn)足附加位條件，即N步譯碼步驟的第1步33硬件實(shí)現(xiàn)方案譯碼方案完全按照31中的11個(gè)步驟進(jìn)行。考慮到車(chē)載部分對(duì)數(shù)據(jù)處理速度要求較高，且對(duì)數(shù)據(jù)所有的譯碼和處理都是基于數(shù)字邏輯的運(yùn)算，決定使用FPGA器件實(shí)現(xiàn)譯碼電路。同時(shí)，也只有FPGA器件可以在一個(gè)單片系統(tǒng)中塒數(shù)據(jù)進(jìn)行并行的操作這里表現(xiàn)為同時(shí)進(jìn)行長(zhǎng)報(bào)文和短報(bào)文的判斷和處理。DATAIN圖35譯碼電路硬件框圖鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文數(shù)據(jù)經(jīng)天線(xiàn)接收、濾波和解調(diào)以后，數(shù)據(jù)以串行的數(shù)字信號(hào)形式進(jìn)入譯碼電路。對(duì)于長(zhǎng)報(bào)文和短報(bào)文，其譯碼電路的結(jié)構(gòu)是完全一樣的，僅僅是在某些參數(shù)上存在細(xì)微的差異比如寄存器的長(zhǎng)度，求余運(yùn)算式等。譯碼電路的邏輯框圖35所示。331曩處理模塊數(shù)據(jù)首先要在預(yù)處理模塊中進(jìn)行一系列的處理，然后才能送去譯碼。預(yù)處理主要包括1除噪聲，如果識(shí)別出是數(shù)據(jù)到來(lái)，則給出握手信號(hào)2同步信號(hào)，防止亞穩(wěn)態(tài)傳播3提取位同步信號(hào)，保證數(shù)據(jù)正確采樣其中，位同步的原理框圖如圖36所示。圖中，邊沿跳變檢測(cè)脈沖作為相位比較器的觸發(fā)脈沖，當(dāng)位基準(zhǔn)脈沖出現(xiàn)時(shí)，相位比較器就可以從可變模分頻器中讀出分頻器計(jì)數(shù)值，并判別是同步、滯后或是超前狀態(tài)，再根據(jù)判斷結(jié)果來(lái)控制可變模分頻器修改分頻比。可變模分頻器在完成一個(gè)分頻周期輸出位同步脈沖時(shí)，重新加載分頻器模值存儲(chǔ)器中的模值。圖36位同步原理圖332FIFO當(dāng)主控制器收到來(lái)自預(yù)處理模塊的握手信號(hào)以后，則認(rèn)為有效數(shù)據(jù)已經(jīng)到達(dá)，開(kāi)始進(jìn)行譯碼。由于接收數(shù)據(jù)的速率564A8KBPS大于譯碼的速率每接收到1位數(shù)據(jù)需要120個(gè)左右的時(shí)鐘周期進(jìn)行處理，以50M時(shí)鐘計(jì)算，處理能30鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文力只能達(dá)到400K左右，因此采用了一個(gè)FIFO，當(dāng)數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)，先放到FIFO中作緩沖，主控制器每處理完1位數(shù)據(jù)，就從FIFO中讀取新的數(shù)據(jù)。主控制器控制FIFO的讀寫(xiě)，如果讀和寫(xiě)的地址不同，那么讀和寫(xiě)的操作可以同時(shí)進(jìn)行。FIFO的寬度為1LBIT，深度為1024，可以?xún)?chǔ)存11個(gè)長(zhǎng)報(bào)文或33個(gè)短報(bào)文。需要指出的是，如果直到FIFO溢出，仍沒(méi)有一個(gè)連續(xù)的比特流能通過(guò)11步譯碼步驟的前5步，那么此次譯碼失敗。333奇儡校驗(yàn)?zāi)K奇偶校驗(yàn)?zāi)K是為了實(shí)現(xiàn)31章中11個(gè)解碼步驟的第2步，是要對(duì)除數(shù)為GX的多項(xiàng)式進(jìn)行求余運(yùn)算。GX的定義見(jiàn)24章。整個(gè)電路是一個(gè)移位反饋寄存器。一旦余數(shù)為0，模塊就通知主控制器做下一步運(yùn)算。同時(shí)，電路必須自動(dòng)清除錯(cuò)誤的信息位對(duì)余項(xiàng)帶來(lái)的影響，由此，實(shí)現(xiàn)框圖如圖37所示。圖37改進(jìn)的求余電路334幀RAL步援塊這個(gè)模塊由2部分組成，一個(gè)是計(jì)算。【VX】的電路，結(jié)構(gòu)和計(jì)算校驗(yàn)位的電路一樣；另一塊實(shí)際上是塊ROM，其10位地址線(xiàn)就是RF；VX的10位的結(jié)果，輸出的數(shù)據(jù)即為9位的移位結(jié)果長(zhǎng)報(bào)文最多可能有1022位移位，短報(bào)文最多有340位移位。采用RONL的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)同步是由原因的，因?yàn)槿绻褂糜布娐穪?lái)計(jì)算鼬。【VX】R。【XSOX】中的S，將耗費(fèi)很多個(gè)額外時(shí)鐘周期。在這個(gè)過(guò)程中，其他模塊無(wú)法工作，因?yàn)樾枰却降慕Y(jié)果。這個(gè)瓶頸使得艇個(gè)系統(tǒng)無(wú)法采用流水線(xiàn)的方式作業(yè)，嚴(yán)重影響譯碼器的處理速度。采用ROM雖然耗費(fèi)了比較多的資源，但提高了整個(gè)系統(tǒng)的工作頻率。ROM中的內(nèi)容是可以使用程序計(jì)算完成的。對(duì)于長(zhǎng)格式報(bào)文，每循環(huán)左移鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文1位后，都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的RF。【VX】值。由于長(zhǎng)格式報(bào)文為1023位，因此共有1023個(gè)不同的值。即除了OOOOO00000外的所有10位二進(jìn)制數(shù)的組合。附錄C中給出了長(zhǎng)格式報(bào)文的1023個(gè)不同的砥心【VX】值。使用LINUX系統(tǒng)中的SORTUNIQ命令對(duì)文件排序，結(jié)果仍為1023行，表明沒(méi)有重復(fù)的值。33511位10位的轉(zhuǎn)換1“13111用來(lái)把每個(gè)11位的字段轉(zhuǎn)換成10位的字段。對(duì)于長(zhǎng)格式報(bào)文，需要83個(gè)時(shí)鐘周期完成轉(zhuǎn)換；短格式報(bào)文需要21個(gè)。映射關(guān)系如23章所述。336解擾囂解擾模塊要順序執(zhí)行3步操作。當(dāng)解擾器收到來(lái)自主控制器的“開(kāi)始解擾”命令后，首先根據(jù)主控制器提供的12位SB和22式計(jì)算出擾碼器的32位初始狀態(tài)；之后讀入數(shù)據(jù)，根據(jù)圖33的算法，進(jìn)行IN一1次移位反饋的操作，完成解擾計(jì)算；同時(shí)，用一個(gè)10位的寄存器存放累加和，每解擾出LO位，就把它和累加器中的內(nèi)容相加，最后累加器中的內(nèi)容就是用戶(hù)數(shù)據(jù)的前10位。用戶(hù)數(shù)據(jù)最后是從解擾器輸出的。解擾器工作的時(shí)序是一個(gè)必須注意的問(wèn)題。碼流從11一LO位轉(zhuǎn)換ROM中輸出后，位速率降低了。之前的校驗(yàn)位檢驗(yàn)、同步等模塊，每個(gè)時(shí)鐘周期都能處理1位數(shù)據(jù)，但是對(duì)于解擾器，由于數(shù)據(jù)位速率只有原來(lái)的1011，所以每11個(gè)時(shí)鐘周期必須扣除一個(gè)脈沖。因此，主控制器中專(zhuān)門(mén)有一個(gè)DESCRAMBLERDY信號(hào)作為解擾器的片選信號(hào)，以使解擾器的時(shí)序節(jié)拍可以和其他模塊相諧調(diào)。337主控鋸曩主要是一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)，圖38給出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。可以看出，狀態(tài)機(jī)共有6個(gè)狀態(tài)LOADTOWINDOW，LOADFIFODATA，RDSYNOVER，STORECBSB，LOADS和DESCRAMBLE。狀態(tài)機(jī)通過(guò)讀取各個(gè)模塊的反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換，同時(shí)，每個(gè)狀態(tài)輸出的控制信號(hào)，使得各個(gè)模塊的能夠按照已定的時(shí)序工作。這樣，整個(gè)系統(tǒng)以一種嚴(yán)格、精確的時(shí)序關(guān)系運(yùn)作。LOADTOWINDOW是初始狀態(tài)，譯碼過(guò)程中任何一個(gè)狀態(tài)出現(xiàn)錯(cuò)誤，都必須回到LOADTOWINDOW重新開(kāi)始。在這個(gè)狀態(tài)中，每次都有1位數(shù)據(jù)被讀取到第1步譯碼步驟中的長(zhǎng)度為NR的寄存器WINDOW中。如果WINDOW中的寄存器不滿(mǎn)足奇偶校驗(yàn)條件，那么就要從緩存中繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)；如果緩存為空，那么就要跳鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文圖38主控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖33鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文轉(zhuǎn)到LOADFIFODATA狀態(tài)，從FIFO中讀取數(shù)據(jù)，每次讀取1L位。如果奇偶校驗(yàn)和附加位條件均滿(mǎn)足，那么就需要等待同步值S計(jì)算結(jié)束。實(shí)際上，同步值的計(jì)算和奇偶校驗(yàn)是同時(shí)進(jìn)行的，只是前者需多耗費(fèi)幾個(gè)時(shí)鐘周期。如果同步值S有效如果是長(zhǎng)報(bào)文，則非0有效，那么將進(jìn)入到STORECBSB狀態(tài)。在這個(gè)狀態(tài)，控制位CB被讀取，同時(shí)擾碼位SB被送到解擾器以計(jì)算解擾器的初始值。如果報(bào)文格式標(biāo)識(shí)為OL，則轉(zhuǎn)至DESCRAMBLE狀態(tài)。此時(shí)，1L位一10位轉(zhuǎn)換ROM開(kāi)始從WINDOW的第S位開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)。每當(dāng)成功轉(zhuǎn)換出一個(gè)LO位字段，就把它串行送入解擾器此時(shí)解擾器已經(jīng)完成初始值計(jì)算，處于讀取解擾數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備狀態(tài)。任何一個(gè)11位字段不滿(mǎn)足轉(zhuǎn)換表?xiàng)l件，狀態(tài)機(jī)都會(huì)被復(fù)位，重新從緩存中讀取數(shù)據(jù)，重新譯碼。34硬件設(shè)計(jì)中的優(yōu)化問(wèn)墨翱處理技巧341大容量R硼的實(shí)現(xiàn)在譯碼電路中，需要用到大量的TOM，即電路中的11位一10位轉(zhuǎn)換TOM和同步器ROM。通常情況下，在VHDL中，TOM是可以用如下語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)的DATA”XXXXX”WHENADDREJSS”XXXXX”ELSE”XXXXX”WHENADDRESS”XXXXX”ELSE”X,V,XXX”WHENADDRESS”XXXX”ELSE”XXXXX”但是，對(duì)于大容量的O11，這樣做會(huì)帶來(lái)很大的問(wèn)題。綜合器無(wú)論是SYNPLIFYPRO還是XST會(huì)把這樣的電路完全使用LIJTLOOKUPTABLE資源實(shí)現(xiàn)，當(dāng)ROM容量過(guò)大時(shí)，LUT資源的開(kāi)銷(xiāo)是驚人的。例如，如果用這種方法實(shí)現(xiàn)11位一10位轉(zhuǎn)換ROM，需要使用670個(gè)UJT，占所選芯片XC2S200全部UJT資源的14，而同步器ROM更是高達(dá)25。在FPGA中，每一個(gè)SLICE中寄存器和LUT的比例是固定的，如果僅僅大量使用叫T，那么寄存器資源的“不均衡浪費(fèi)”。而且如鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文果LUT資源耗盡，那么綜合將無(wú)法完成，必須選用更大容量的芯片，導(dǎo)致成本升高、制板困難。在XILINX公司的SPARTAN2系列芯片中，都帶有BLOCKSELECTRAM，即塊狀RAM，所有的存儲(chǔ)器，如RAM、FIFO等，都可以用它實(shí)現(xiàn)，TOM也不例外。對(duì)于XILINX的片子，如果ROLN的地址在9到13位之間，SYNPIFYPRO就可以把下面的VHDL語(yǔ)句描述的ROM綜合成塊狀RAML9SUBTYPEROMWORDISSTD_LOGIC_VECTORDATA_WIDTHLDOWNTOOTYPEROMTABLEISARRAYOTOROM_DE唧一1OFROM_WORD；CONSTANTROMROM_1ABLEROM1ABI點(diǎn)ROM_WORD”XXXXXXXXX”，ROM_WORD。“XXXXXXXXX”，ROMWORDL”XXXXXXXXX”1ROM_WORD”XXXXXXXXX”；PROCESSCLKBEGINIFCLKEVENTANDELK1THENDATAROMCONV_INTEGERADDRESS；READFROMTHEROMENDIFENDPROCESS；這樣，11位一10位轉(zhuǎn)換TOM、同步器FOM和FIFO占用塊狀RANL的情況分別為20、42和21，共使用了83的RAM。麗整個(gè)系統(tǒng)對(duì)LUT資源的使用為72。由此可以看出，芯片各種資源的分配非常優(yōu)化，利用率很高。342多入刪的實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)玫搅诵枰莆坏钠屏縎后，就可以找到報(bào)文的幀頭。所用的辦法是一個(gè)N選1的數(shù)據(jù)選擇囂長(zhǎng)報(bào)文N為1023，短報(bào)文N為341，待同步的N位數(shù)據(jù)作數(shù)據(jù)輸入，S做數(shù)據(jù)選擇。這樣做的原因仍然是希望整個(gè)設(shè)計(jì)能以一種流鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文水線(xiàn)的形式工作。如果采用移位寄存器的辦法，就需要額外等待S個(gè)時(shí)鐘周期，而且這種等待時(shí)間無(wú)法確定，因?yàn)镾是變量。現(xiàn)在的問(wèn)題是，一個(gè)直接實(shí)現(xiàn)的1023位選L的數(shù)據(jù)選擇器，是相當(dāng)耗資源的，在最初的方案中，這個(gè)1023選1的MUX占用了28的LUT資源，顯然過(guò)于龐大了。FPGA大多數(shù)是基于4輸入LUT的，如果一個(gè)函數(shù)的輸出取決于大于4個(gè)的輸入變量時(shí)，就需要多個(gè)LUT組合、級(jí)聯(lián)完成。1023個(gè)數(shù)據(jù)輸入變量非常巨大，而綜合器在選擇和組合UJT是無(wú)法做到最優(yōu)化，如果把1023個(gè)輸入數(shù)據(jù)按一定規(guī)則重新排列，使用多個(gè)更小的32選1的MUX，則可以顯著地減少LUT資源的使用量。具體方法是，將數(shù)據(jù)依次按行排列，如表31中所示，最后一個(gè)0作補(bǔ)齊用。這樣就有了一個(gè)3232的矩陣。將矩陣的每一列作為一個(gè)32選1的MUX的輸入，共需32個(gè)MUX，這32個(gè)MUX的選擇輸入為S的高5位；他們共有32個(gè)輸出，再連接到一個(gè)32選1的MUX的輸入，這個(gè)MUX的選擇輸入為S的低5位。這樣，就用33個(gè)32選1的MUX構(gòu)造了一個(gè)1024選1的MUX。經(jīng)SYNPLIFYPRO綜合，所用LUT資源為13。表31重新排列的MUX輸入B1023BLOZ2BLOZLB991B992B991B990B889B959B960B31B30B29B1O343有限狀態(tài)機(jī)盼實(shí)現(xiàn)譯碼電路中的主控制器的主體，就是一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)。FPGA中的狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)，有一定的技巧。狀態(tài)機(jī)一般包含三個(gè)模塊，一個(gè)輸出模塊，一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移模塊和一個(gè)狀態(tài)保存模塊。組成三個(gè)模塊所采用的邏輯也各不相同。輸出模塊通常既包含組合邏輯又包含時(shí)序邏輯；狀態(tài)轉(zhuǎn)移模塊通常由組合邏輯構(gòu)成；狀態(tài)保存模塊通常由時(shí)序邏輯構(gòu)成。三個(gè)模塊的關(guān)系如下圖39所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用三個(gè)模塊設(shè)計(jì)的狀態(tài)機(jī)，在綜合時(shí)比只使用一個(gè)模塊進(jìn)程的狀態(tài)機(jī)少用近50的查表資源。鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文圖39狀態(tài)機(jī)的組成35仿真結(jié)果對(duì)于電路的仿真，可以利用自己編寫(xiě)的TESTBENCH文件產(chǎn)生仿真激勵(lì)和檢驗(yàn)結(jié)果，在MODELSIM軟件中實(shí)現(xiàn)。FPGA的仿真分為功能仿真、綜合后仿真和布局布線(xiàn)后仿真3種。功能仿真是指對(duì)HDL代碼進(jìn)行純軟件的仿真，即便是代碼中存在不可綜合成電路的語(yǔ)句，仿真也可以進(jìn)行。功能仿真主要是檢驗(yàn)代碼的正確性。綜合后仿真是在將代碼綜合成實(shí)際電路后進(jìn)行的仿真。布局布線(xiàn)后的仿真是指考慮了電路在所選芯片中經(jīng)過(guò)布局布線(xiàn)后的情況的仿真，仿真時(shí)需要反向標(biāo)注由布線(xiàn)器產(chǎn)生的SDF延時(shí)文件。由于考慮了實(shí)際芯片內(nèi)的各種連線(xiàn)資源的延時(shí)和使用情況，因此布局布線(xiàn)后仿真可以達(dá)到對(duì)實(shí)際電路完全模擬的效果。在TESTBENCH文件中加入如下語(yǔ)句IFOUTPUT_DATAUSERCODETHENASSERTFALSEREPORT”SUCCESSFULLYDECODED”SEVERITYWARNING；ENDIF其中，OUTPUT_DATA用以?xún)?chǔ)存解擾器輸出的數(shù)據(jù)，USER_CODE是常量，表示正確的用戶(hù)數(shù)據(jù)。如果相等，則運(yùn)行ASSERT語(yǔ)句，測(cè)試在此中止，給出報(bào)告“SUCCESSFULLYDECODED”。圖310是譯碼成功后譯碼器主要信號(hào)的波形圈。由圖可見(jiàn)，當(dāng)主控制器處鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文于DESCRAMBLE狀態(tài)時(shí)，表示解擾器正在解擾。這時(shí)，RVF即R【VX的值為0100011100，對(duì)應(yīng)的FAILS即同步運(yùn)算中移位的數(shù)量S的值為00000110000，表明碼矢是從第975102348位開(kāi)始被接受的。FIFO的讀寫(xiě)地址RD_ADDR和WRADDR都為O001101000。CBSB的值為001100110001011，即控制位為001，擾碼位為100110001011，這和編碼時(shí)的預(yù)定值是一致的；因此UNKNOWN為0，說(shuō)明這不是一個(gè)“未知格式的報(bào)文”。OVER7500BITS為0，表示接收到的碼矢并為達(dá)到7500位，就被成功譯碼。當(dāng)DE,SCRAMBLE_OVER從0跳變到1時(shí)，表明解擾結(jié)束，至此，譯碼工作全部完成，主控制器從DESCRAMBLE狀態(tài)跳到LOADTOWINDOW狀態(tài)。WINDOW，RD_ADDR，WRADDR，RVF，F(xiàn)AILS，CBSB等寄存器全部復(fù)位。用戶(hù)數(shù)據(jù)開(kāi)始從DATAOUT管腳輸出。DONE信號(hào)在這里一直為0，當(dāng)830位用戶(hù)數(shù)據(jù)全部輸出完畢，DONE信號(hào)被置1。圖310譯碼器譯出用戶(hù)數(shù)據(jù)38鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文第四章歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答曩地面舔分實(shí)現(xiàn)方案41應(yīng)答所用FLT信號(hào)的參數(shù)在表11中我們介紹了歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答器的主要參數(shù)，知道應(yīng)答器信號(hào)是以FSK形式進(jìn)行調(diào)制的。這里，我們給出應(yīng)答器FSK信號(hào)的詳細(xì)指標(biāo)能量傳輸頻率FP27095MHZ邏輯1FH4516MHZ邏輯0FL3951MHZ中心頻率FCFHFL24234MHZ200KHZ數(shù)據(jù)速率DR56448KBPS頻偏FDFNFL228224KHZ5調(diào)制指數(shù)1注意到這幾個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系FA4516MHZ27095MHZ，6FP，6DR56448KHZ4516MHZL8FH8FL3951MHZ4516MHZ一56448KHZFHDR42FSK調(diào)制方案的實(shí)現(xiàn)421渭鑭方案的比較實(shí)現(xiàn)如41章節(jié)中參數(shù)的FSK調(diào)制信號(hào)的關(guān)鍵在于幾個(gè)不同頻率信號(hào)的產(chǎn)生，即FH、FL和DR。考慮到它們之間存在一定的關(guān)系，故提出以下幾種方案。1、模擬混頻圖41模擬混頻獲得FSK參數(shù)39鐵道科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文能量傳輸頻率是27095MHZ，經(jīng)過(guò)限流和熬形電路后，得到可以利用的時(shí)鐘信號(hào)。可以按圖41中所示的方法得到所需頻率。這種方法非常直接，但是缺點(diǎn)也很明顯。首先是模擬低通濾波器的設(shè)計(jì)，其系統(tǒng)函數(shù)要求下降很快，實(shí)現(xiàn)比較困難，因此幾個(gè)頻率的精度就很難保證；另外，乘法器和低通濾波器的使用，使得系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)，功耗較大。此外，信號(hào)經(jīng)低通濾波器輸出后還需要一定的放大。2、利用本地時(shí)鐘震蕩器定制一個(gè)特殊頻率的晶振時(shí)鐘是最簡(jiǎn)便的方法，如果本地晶振的頻率為31611M，那么就可以使用圖42中所示的方法方便地得到各種頻率。圖42使用本地時(shí)鐘獲得FSK參數(shù)這種辦法產(chǎn)生的FSK信號(hào)，頻率穩(wěn)定度高，實(shí)現(xiàn)電路簡(jiǎn)單，功耗低，響應(yīng)時(shí)間也很快。唯一的缺點(diǎn)是，由于本地時(shí)鐘獨(dú)立于車(chē)載設(shè)備，因此無(wú)法根據(jù)每臺(tái)機(jī)車(chē)的BTM天線(xiàn)信號(hào)作相應(yīng)的調(diào)整。如果本地時(shí)鐘不準(zhǔn)，或是因?yàn)闇囟取⒏蓴_等原因產(chǎn)生時(shí)鐘的變化，會(huì)嚴(yán)重影響FSK信號(hào)的質(zhì)量。3、全數(shù)字調(diào)制方案因此，提出全數(shù)字的調(diào)制方案仍利用來(lái)自車(chē)載設(shè)備的27095M時(shí)鐘，利用高性能FPGA中的數(shù)字鎖相環(huán)產(chǎn)生7倍頻信號(hào)，再經(jīng)過(guò)分頻操作，得到所需的FSK參數(shù)。這種方案具有很高的實(shí)用性，將在下文中詳述。422關(guān)于喇DCMDIGITALCLOCKMANAGER是XINLIX公司的VIRTEXL