专利名称：专用于铁路列车的双向放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种线路放大器，特别涉及一种专用于铁路列车的双向放大器。
随着我国经济的持续稳定地增长，中国铁路正逐步实现“运输高速化，设备现代化、服务航空化”，电子技术不仅在铁路的控制领域起着重要的作用，在信息传输与处理方面也正取得长足进步。根据铁路列车的特点，完全可以引入以CATV(有线电视)系统为基础，首先传输数字电视信号，最终达到列车信息化、智能化服务，从而大大提高列车数字化、信息化水平。
目前，在我国列车上还没有完整的CATV系统，虽然各有线电视台经营的CATV系统技术水平很高，而且实现了光纤到楼栋，但其放大器是用在有线电视台网络上的，由于列车存在编组倒换、强震动、高温度等特点，因此还不能用在铁路列车上。
列车服务的数字化、信息化是指在列车上采用SBA(Software definedBroadband Access)解决方案，该方案采用软件定义宽带网络技术，利用CATV的宽带优势将数字音频、数据图像、通信、计算机信息汇入同一接入网络，通过用户端的SBA网关向乘客提供数字电视、VOD(Video-on-demand视频)点播、电话、因特网数据接入服务。对软卧车厢和指定服务点，例如餐车、列车员车厢，提供数字化的宽带交互个性化服务，通过软件和软件升级来满足已有用户的现时需求和未来扩展业务的需求，为铁路系统增值服务提供完整的解决方案。
SBA系统是一个家庭网关技术，其功能类似于机顶盒，以德州仪器公司的C6系列DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)芯片为核心平台，采用软件数字电视接收、Cable modem(电缆调制解调器)上网、IP(Internet Protocol)电话等功能的家庭接入方式。该系统主要由网络接口单元(完成信息接收、变频和信号的解调)、数据处理单元(对各种信号调用不同的处理程序)、操作单元(人机交互界面，用户通过操作实现对SBA的控制)、外围数据接口单元(主要包括各种音频、视频及数据接口)、外围设备扩展模块单元组成。
列车CATV系统分上、下行通道，其主要设备由前端设备、干线设备、车厢终端设备三大部分组成。
图1是系统频率划分示意图，从图中可以看出系统上行通道由各节车厢向信息中心(例如八号车厢)传输，传输的总带宽为50-450MHz，其中350-450MHz主要传送各节车厢的因特网接入的回传数据，50-300主要用于各节车厢监视图像的传输，系统下行通道由信息中心向两边的车厢传输，传输的总带宽为500-860MHz，其中，620-860MHz主要用于数据的传输，500-600MHz主要用于图像的传输，下行图像是对每节车厢提供节目源，可播放文艺节目和广告节目；前端系统设备由信号源、QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交调幅)调制器、混合器、解调器、多画面视频处理器、大屏幕显示器等组成，系统的信号源可由卫星接收机系统及系统视频服务器所存储的节目源提供文艺节目和广告节目，由列车摄像机，系统网管设备提供列车到站通知、列车新闻的现场信息，通过干线同轴电缆将信号传送到每一节车厢，同时，由摄像机将每节车厢的安全情况等信息通过同轴电缆回传到列车信息中心；干线电缆设于车厢底部或顶部的空间中，采用1000MC2或QR-540进口电缆，支线及终端电缆采用进口四屏蔽电缆，两节车厢之间的跨越电缆采用进口口12四层屏蔽的软电缆，以防运行振动而断裂，电缆两侧均装一主一备，当主路接同时，备份接头必须如图2所示，在两节车厢之间的连线上接入75欧姆的负载，以免线路不匹配，两路信号均引至列车总控制室。信号由信息中心往车厢两边传送，放大器作为干线串接在干线上，如图三所示，由于每节车厢的信号传输损耗基本相同，放大器的输入输出比较稳定，这样信号的各项指标更容易控制，放大器采用备份设计，提高了整个系统的可靠性；车厢终端设备每节车厢的摄像头将车厢内的信息送到各个车厢乘务员的调制器，调制后与上行信号混合再送入放大器经反向放大后回送到主控机房以便监视；信号从乘务室放大器取出，引至乘务员室，将放大器设于乘务员室的墙壁上，在乘务员室设立电源开关，取得电源，其信号经过设置在顶棚内的无源分配系统分配到各用户电视机房的出口上，出口用F座引出。两个分支器取出的信号，直接发送到设置在车厢两端的专用电视机上，考虑到今后的扩充能力，也可经标准放大器后，带16个电视终端。该系统前端、放大器、分支分配器、切换器、电缆及跳线、连接器等都不能采用普通广播电视系统所用的室内型设备，而是专门设计并采用特殊制造工艺，以满足列车恶劣环境的需要，且所用设备都能经受强振动、多尘土、湿度变化大、强电磁干扰(特别是电气化列车)的考验。整个系统采用归一化电平和归一化元件设计，各车厢位置可以互换。
在整个CATV系统中，干线上的双向放大器是整个系统的关键，考虑到中国铁路系统实际运行的需要，每节车厢的干线传输系统，其性能必须完全一样以适应列车的随意编组，由于信号是从信息中心往车厢两边传送，在随意编组时会遇到车厢方向改变的问题，例如，某次列车的第六号车厢经过编组后到了另一次列车的第十四号车厢，这时候，原来6号车厢的输入端变成了14号车厢的输出端，六号车厢的输出端变成了14号车厢的输入端，由信息中心往两边传送的信号的方向、信号的电平都发生了变化，就等于双向放大器的输入、输出端相互变化，放大器的输入电平也发生了变化，这样，一般的有线电视放大器难以满足需要，因此，所用双向放大器必须能够自动检测输入输出端并自动切换，具有自动监控功能和备份能力，以满足列车随意编组，方向随意调换的目的。
本发明的目的就是在于提供一种专用于列车的双向放大器，其采用模块结构，利用单片机控制，能自动检测，自动切换方向，满足列车随机编组，随意调换方向的需求，通过备份设计，提高系统的可靠性。
为实现本发明的目的，我们提出一种专用于铁路系统的双向放大器，该放大器主要由正向主放大器模块、正向备份放大器模块、反向主放大器模块、反向备份放大器模块、单片机控制模块(MCU)、接口板模块、电源模块、电源备份模块组成，通过单片机控制模块能自动检测其它各个模块的工作状态，并控制主用和备用模块的切换和信号输入输出方向的自动切换。该接口板模块包含RF(射频)输入和RF输出的两块电路板，在电路板上安装有控制继电器K1和控制继电器K2、分波器W1、W2以及分支器。
该放大器的MCU控制模块采集RF信号输入输出端电平、正向主/备放大模块输出端的电平、反向主/备放大模块输出端的电平，然后通过模拟/数字转换，将信息送给MCU。放大器通过MCU检测射频信号的输入电平并控制继电器切换工作状态，MCU检测其中一个端口电平，如果该端口电平高，表示信号从该端口输入，另一端口输出，MCU则控制两个继电器接通到一种工作状态；如果该端口电平低，表示信号从另一个端口输入，从该端口输出，MCU则控制两个继电器到另一种工作状态，从而保证放大器能正常工作，实现方向的切换。且每节车厢的信号从放大器中通过分支器取出，回传信号同样经过放大器送到前端。
双向放大器的MCU控制模块对电源的状态进行检测，如果检测不到电源的输出，则启动备用电源。MCU还对正向放大模块的输出端进行检测，如检测不到输出电平，则启动正向备用放大模块。同样MCU对反向放大模块的输出端进行检测，如检测不到输出电平，则启动反向备用放大模块该双向放大器可以根据其应用场合的不同，确定不同的带宽范围和频率分割，如还可采用5-200MHz，250-860MHz高频率分割方式。
该双向放大器支持双向HFC和单向HFC网络。
该双向放大器由于采用MCU控制，能自动检测各个模块的工作状态，并切换主用和备用模块，还能根据射频信号的输入方向自动切换输入输出方向，可以满足列车随机编组，随意调换方向的需求，由于采用主备模块设计，使其维修方便，可靠性提高。
下面结合附图对本发明提出的双向放大器作进一步的说明。
图1是系统频率划分示意图。
图2是两节车厢之间连接示意图。
图3是放大器在列车CATV平台的接入示意图。
图4是放大器原理图。
图5是放大器模块图。
图6是放大器模块图中模块5的结构框图。
图7是MCU控制模块工作流程图。
图8是放大器结构框图。
从图4中可以看出，双向放大器主要由正向主放大器模块、正向备份放大器模块、反向主放大器模块、反向备份放大器模块、单片机控制模块(MCU)等组成，其中，K1，K2为控制继电器，用来控制通道的方向，W1，W2为分波器。由于采用模块设计，各模块安装和维护很方便，且正向和反向模块分开，同时采用备份方式设计，提高了双向放大器的可靠性。图5为放大器的模块图，从图中可以看出模块1到模块4是图4中的正反四个模块；模块5是MCU控制模块，其用来控制四个放大模块、电源、放大器输入输出端的切换及检测各个工作点的工作状态，还可升级到通过网管与总机房进行通信；模块6是接口板模块，其包括图8中放大器结构图上的RF(射频)输入和RF输出的两块板，包含控制继电器K1、K2，分波器W1、W2，以及分支器，模块7为电源模块，模块8为电源备份模块。
从图5可以看出，MCU控制模块主要通过采集RF(射频)信号输入输出点电平、正向主/备放大模块输出端的电平、反向主/备放大模块输出端的电平，通过模拟/数字转换，将信息送给MCU，用来控制方向的变换，正向备份和反向备份的启动。
放大器通过MCU来检测信号的输入方向和控制继电器切换工作状态见图4，MCU检测A端口(系统将A口设为默认输入端)电平，如果电平高，表示信号从A端输入，B端输出，MCU则控制继电器K1接通2脚，控制继电器K2接通1脚；如果A端电平低，表示信号从B端输入，A端输出，MCU则控制继电器K1接通1脚，控制继电器K2接通2脚，从而实现方向的切换。而由于放大器模块存在AGC(自动增益控制)功能，可以自动调节每节车厢的上下行信号的输出电平，这样，不管列车车厢如何编组，方向如何调换，该放大器都可以正常工作。且每节车厢的信号从放大器中通过分支器取出，回传信号同样经过放大器送到前端。
MCU控制放大器模块切换主/备用模块的工作流程见图7，从图中可以看出，MCU工作后，首先对电源的状态进行检测，如果检测不到电源的输出，则启动备用电源，而电源模块在向放大器供电之前要经过两个继电器，这两个继电器(安装在电源接口板上)分别控制正向和反向放大模块的工作电源；然后对正向放大模块的输出端进行检测，如检测不到输出电平，则启动正向备用放大模块；最后对反向放大模块的输出端进行检测，如检测不到输出电平，则启动反向备用放大模块。这种冷备份的工作方式，保证了系统正常工作的可靠性。
由于列车服务的多样性，双向放大器可以根据其应用场合的不同，确定不同的带宽范围和频率分割，如可采用5-200MHz，250-860MHz或者是40-450MHz，500-860MHz等高频率分割。
由于该双向放大器是专为列车CATV系统而设计的，其支持双向HFC(Hybrid Fiber Coaxial，光纤同轴电缆混合网)和单向HFC网络。
权利要求
1.一种专用于铁路系统的双向放大器，其特征在于该放大器主要由正向主放大器模块、正向备份放大器模块、反向主放大器模块、反向备份放大器模块、单片机控制模块(MCU)、接口板模块、电源模块、电源备份模块组成，通过单片机控制模块能自动检测其它各个模块的工作状态，并控制主用和备用模块的切换和信号输入输出方向的自动切换。
2.按照权利要求1所述的双向放大器，其特征在于接口板模块包含RF(射频)输入和RF输出的两块电路板，在电路板上安装有控制继电器(K1、K2)、分波器(W1、W2)以及分支器。
3.按照权利要求1所述的双向放大器，其特征在于MCU控制模块采集RF信号输入输出端的电平、正向主/备放大模块输出端的电平、反向主/备放大模块输出端的电平，然后通过模拟/数字转换，将信息送给MCU。
4.按照权利要求1和3所述的双向放大器，其特征在于放大器通过MCU检测射频信号的输入电平并控制继电器切换工作状态，MCU检测其中一个端口电平，如果该端口电平高，表示信号从该端口输入，另一端口输出，MCU则控制两个继电器接通到一种工作状态；如果该端口电平低，表示信号从另一个端口输入，从该端口输出，MCU则控制两个继电器到另一种工作状态，从而保证放大器能正常工作，实现方向的切换。
5.按照权利要求1所述双向放大器，其特征在于每节车厢的信号从放大器中通过分支器取出，回传信号同样经过放大器送到前端。
6.按照权利要求1所述双向放大器，其特征在于MCU对电源的状态进行检测，如果检测不到电源的输出，则启动备用电源，
7.按照权利要求1和3所述双向放大器，其特征在于MCU对正向放大模块的输出端进行检测，如检测不到输出电平，则启动正向备用放大模块。
8.按照权利要求1和3所述双向放大器，其特征在于MCU对反向放大模块的输出端进行检测，如检测不到输出电平，则启动反向备用放大模块
9.按照权利要求1所述双向放大器，其特征在于该双向放大器可以根据其应用场合的不同，确定不同的带宽范围和频率分割，即还可以采用5-200MHz，250-860MHz高频率分割方式。
10.按照权利要求1所述双向放大器，其特征在于该双向放大器支持双向HFC和单向HFC网络。
全文摘要
本发明提出一种专用于铁路系统的双向放大器,该放大器主要由正向主放大器模块、正向备份放大器模块、反向主放大器模块、反向备份放大器模块、单片机控制模块(MCU)、接口板模块、电源模块、电源备份模块组成,通过单片机控制模块能自动检测其它各个模块的工作状态,并控制主用和备用模块的切换和信号输入输出方向的自动切换。可以满足列车随机编组,随意调换方向的需求,由于采用主备模块设计,使其可靠性高,而且维修方便。
文档编号H03F3/62GK1345122SQ0012962
公开日2002年4月17日 申请日期2000年9月30日 优先权日2000年9月30日
发明者陈杰, 陈迪勇, 夏湘援 申请人:深圳市劲成光纤网络设备有限公司