Сравнительный анализ методов модуляции и демодуляции сигналов контроля рельсовой линии
Loading...
Date
2012
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
RU: Введение: Одним из направлений повышения помехоустойчивости рельсовой цепи является использование более информативных форм сигнала контроля рельсовой линии. Применение в рельсовой цепи модулированных сигналов позволяет получить сразу несколько информативных селективных признаков при сравнительно узком спектре сигнала. Актуальным является исследование особенностей различных методов модуляции и демодуляции сигналов контроля рельсовой линии с учетом условий эксплуатации рельсовых цепей. Цель: поиск новых более информативных форм сигнального тока рельсовой цепи, поиск более совершенных методов обработки сигнала контроля рельсовой линии. Методы: Для проведения исследований использовался метод разложения
сигналов в ряд Фурье, а также имитационное моделирование с применением метода статистических испытаний. Результаты: Спектр частотно-манипулированного сигнала шире, чем спектр амплитудно-манипулированного и
фазо-манипулированного сигналов на величину, равную удвоенной девиации частоты. Проводились исследования корреляционных когерентных и некогерентных методов приема сигнала контроля рельсовой линии. При этом были использованы следующий модели помех: белый гауссовский шум, случайная импульсная последовательность и синусоидальные помехи. Было установлено, что переход от амплитудной к частотной манипуляции
позволяет уменьшить отношение сигнал/шум на 2…4 дБ в зависимости от уровня сигнала и вида помехи. Проигрыш приемника амплитудно-манипулированного сигнала по сравнению с приемником фазо-манипулированного сигнала составляет 5…6 дБ. Выводы: Использование более совершенных методов модуляции и демодуляции
сигнала контроля рельсовой линии позволяет улучшить помехоустойчивость рельсовой цепи. При использовании корреляционных методов приема фазовая манипуляция обеспечивает наилучшую помехоустойчивость, а амплитудная – наихудшую.
UK: Вступ: Одним із напрямків підвищення завадостійкості рейкового кола є використання більш інформативних форм сигналу контролю рейкової лінії. Використання в рейковому колі модульованих сигналів дозволяє отримати відразу декілька інформативних селективних ознак при відносно вузькому спектрі сигналу. Актуальним є дослідження особливостей різних методів модуляції та демодуляції сигналів контролю рейкової лінії з урахуванням умов експлуатації рейкових кіл. Мета: пошук нових більш інформативних форм сигнального струму рейкового кола, пошук більш досконалих методів обробки сигналу контролю рейкової лінії. Методи: Для проведення досліджень використовувався метод розкладу сигналів в ряд Фур’є, а також імітаційне моделювання з використанням метода статистичних випробувань. Результати: Спектр частотно-маніпульованого сигналу ширший ніж спектр амплітудно-маніпульованого та фазо-маніпульованого сигналів на величину, яка дорівнює подвоєній девіації частоти. Проводились дослідження кореляційних когерентних та некогерентних методів прийому сигналу контролю рейкової лінії. При цьому були використані наступні моделі завад: білий гауссовський шум, випадкова імпульсна послідовність та синусоїдальні завади. Було встановлено, що перехід від амплітудної до частотної маніпуляції дозволяє зменшити відношення сигнал/шум на 2…4 дБ в залежності від рівня сигналу та виду завади. Програш приймача амплітудно-маніпульованого сигналу у порівнянні з приймачем фазо-маніпульованого сигналу складає 5…6 дБ. Висновки: Використання більш досконалих методів модуляції та демодуляції сигналу контролю рейкової лінії дозволяє покращити завадостійкість рейкового кола. При використанні кореляційних методів прийому фазова маніпуляція забезпечує найкращу завадостійкість, а амплітудна – найгіршу.
EN: Introduction: One of the ways of increasing the noise stability rail circuit is the use more informative waveform of control signal. Use in rail circuit modulated signals gives several informative selective traits in relatively narrow spectrum. The study of features of various modulation and demodulation methods with considering operating conditions of rail circuits is urgent. Purpose: the search for more informative forms of rail line control signal, the search for improved methods of signal processing of control current. Methods: For carrying out researches the method of signals decomposition in Fourier series and the simulation with the method of statistical tests have been used. Results: Spectrum of frequency shift signal is wider than the spectrum of amplitude shift and phase shift signals by an amount equal to twice the frequency deviation. The research of correlation coherent and incoherent reception methods of rail line control signal has been carried out. In this case, we used the following models of interferences: white Gaussian noise, random pulse sequence and sinusoidal interference. It has been found that the transition from amplitude to frequency shift keying reduces signal/noise ratio by 2...4 dB, depending from the signal level and the type of noise. Losing amplitude shift keying receiver compared with the phase shift keying receiver is 5...6 dB. Conclusions: The use of more advanced methods of modulation and demodulation improves noise stability of rail circuit. When using correlation methods reception phase shift keying provides the best noise stability, and amplitude – the worst.
UK: Вступ: Одним із напрямків підвищення завадостійкості рейкового кола є використання більш інформативних форм сигналу контролю рейкової лінії. Використання в рейковому колі модульованих сигналів дозволяє отримати відразу декілька інформативних селективних ознак при відносно вузькому спектрі сигналу. Актуальним є дослідження особливостей різних методів модуляції та демодуляції сигналів контролю рейкової лінії з урахуванням умов експлуатації рейкових кіл. Мета: пошук нових більш інформативних форм сигнального струму рейкового кола, пошук більш досконалих методів обробки сигналу контролю рейкової лінії. Методи: Для проведення досліджень використовувався метод розкладу сигналів в ряд Фур’є, а також імітаційне моделювання з використанням метода статистичних випробувань. Результати: Спектр частотно-маніпульованого сигналу ширший ніж спектр амплітудно-маніпульованого та фазо-маніпульованого сигналів на величину, яка дорівнює подвоєній девіації частоти. Проводились дослідження кореляційних когерентних та некогерентних методів прийому сигналу контролю рейкової лінії. При цьому були використані наступні моделі завад: білий гауссовський шум, випадкова імпульсна послідовність та синусоїдальні завади. Було встановлено, що перехід від амплітудної до частотної маніпуляції дозволяє зменшити відношення сигнал/шум на 2…4 дБ в залежності від рівня сигналу та виду завади. Програш приймача амплітудно-маніпульованого сигналу у порівнянні з приймачем фазо-маніпульованого сигналу складає 5…6 дБ. Висновки: Використання більш досконалих методів модуляції та демодуляції сигналу контролю рейкової лінії дозволяє покращити завадостійкість рейкового кола. При використанні кореляційних методів прийому фазова маніпуляція забезпечує найкращу завадостійкість, а амплітудна – найгіршу.
EN: Introduction: One of the ways of increasing the noise stability rail circuit is the use more informative waveform of control signal. Use in rail circuit modulated signals gives several informative selective traits in relatively narrow spectrum. The study of features of various modulation and demodulation methods with considering operating conditions of rail circuits is urgent. Purpose: the search for more informative forms of rail line control signal, the search for improved methods of signal processing of control current. Methods: For carrying out researches the method of signals decomposition in Fourier series and the simulation with the method of statistical tests have been used. Results: Spectrum of frequency shift signal is wider than the spectrum of amplitude shift and phase shift signals by an amount equal to twice the frequency deviation. The research of correlation coherent and incoherent reception methods of rail line control signal has been carried out. In this case, we used the following models of interferences: white Gaussian noise, random pulse sequence and sinusoidal interference. It has been found that the transition from amplitude to frequency shift keying reduces signal/noise ratio by 2...4 dB, depending from the signal level and the type of noise. Losing amplitude shift keying receiver compared with the phase shift keying receiver is 5...6 dB. Conclusions: The use of more advanced methods of modulation and demodulation improves noise stability of rail circuit. When using correlation methods reception phase shift keying provides the best noise stability, and amplitude – the worst.
Description
Keywords
рельсовая цепь, сигнал контроля рельсовой линии, модуляция, помехи, демодуляция, корреляционная функция, когерентный приемник, рейкове коло, сигнал контролю рейкової лінії, модуляція, завади, демодуляція, кореляційна функція, когерентний приймач, rail circuit, the control signal of rail line, modulation, noise, demodulation, correlation function, the coherent receiver, КАТЗ
Citation
Гончаров, К. В. Сравнительный анализ методов модуляции и модуляции сигналов контроля рельсовой линии / К. В. Гончаров // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Дніпропетровськ, 2012. – Вип. 42. – С. 12–19. – DOI: 10.15802/stp2012/9223.