CN107947815A - 一种铁路数字无线列调车站电台 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铁路数字无线列调车站电台，包括具有无线通信单元、有线通信单元、主控单元、按键显示单元、记录单元和电源单元的主机以及操作终端；无线通信单元、按键显示单元、记录单元和电源单元通过CAN总线与主控单元连接；有线通信单元通过RS422接口与主控单元连接；操作终端通过2B+D接口与主控单元连接。本发明的无线部分采用TDMA数字无线通信技术和动态信道分配技术，实现车站电台同时支持多个无线终端用户的通话功能；有线部分采用E1接口通信技术，实现车站电台与车站电台、调度电台和监测总机之间的数字化通信需求；以及基于2B+D通信技术，使语音数据通信与控制信令数据通信同步传输，提高了通信效率。

Description

一种铁路数字无线列调车站电台
技术领域
本发明涉及一种车站电台，具体地说，涉及一种铁路数字无线列调车站电台。
背景技术
铁路无线列调通信系统专网是保障铁路行车安全的重要通信系统，我国大部分铁路仍是沿用原有模拟技术构建的无线通信系统，面对有限的频谱资源、日益增加的客流量、大量需要处理的信息之间的矛盾，传统模拟通信技术已经无法全面满足铁路高速化、重载化、信息化、现代化的需要。
数字化通信以其优秀的性能在越来越多的应用中逐渐取代了传统的模拟通信，成为通信领域中主流发展方向。铁路无线通信"模转数"的发展已成必然。
现有模拟无线列调车站电台采用FM调制的模拟电台技术，基于模拟同频或异频无线对讲制式，这种通信均属于窄带通信，且一个信道只能支持一组人通话，频谱利用率较低，通话声音质量差，难以满足铁路未来多用户和多业务发展的需要。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种铁路数字无线列调车站电台，以克服现有技术中的缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供了一种铁路数字无线列调车站电台，所述铁路数字无线列调车站电台包括主机和操作终端；其中，所述主机包括天馈线单元、无线通信单元、有线通信单元、主控单元、按键显示单元、记录单元和电源单元；其中，天馈线单元与无线通信单元连接；无线通信单元、按键显示单元、记录单元和电源单元通过CAN总线与主控单元连接；有线通信单元通过RS422接口与主控单元连接；操作终端通过2B+D接口与主控单元连接。
作为对本发明所述的铁路数字无线列调车站电台的进一步说明，优选地，无线通信单元包括双工器、分路装置、第一信道机、第二信道机、第三信道机和合路装置；其中，双工器与分路装置连接，分路装置分别与第一信道机、第二信道机和第三信道机连接，第一信道机、第二信道机和第三信道机与合路装置连接，合路装置与双工器连接。
作为对本发明所述的铁路数字无线列调车站电台的进一步说明，优选地，主控单元采用主备冗余模式，主控单元包括主用主控单元和备用主控单元。
作为对本发明所述的铁路数字无线列调车站电台的进一步说明，优选地，记录单元采用主备冗余模式，记录单元包括主用记录单元和备用记录单元。
作为对本发明所述的铁路数字无线列调车站电台的进一步说明，优选地，电源单元包括AC220V转DC13.8V稳压电源模块、AC220V转DC5V电源稳压模块和电源检测电路。
作为对本发明所述的铁路数字无线列调车站电台的进一步说明，优选地，操作终端包括CPU、按键显示接口、2B+D接口、USB接口、FE接口、音频输入输出接口、控缆接口、测试接口、扩展接口和电源管理单元；其中，CPU分别与按键显示接口、2B+D接口、USB接口、FE接口、音频输入输出接口、控缆接口、测试接口和扩展接口连接；按键显示接口内置液晶驱动、触摸屏驱动和按键驱动，2B+D接口外接主控单元。
作为对本发明所述的铁路数字无线列调车站电台的进一步说明，优选地，CPU采用ARM Cortex-M3内核微处理器。
本发明的无线通信单元采用TDMA数字无线通信技术和动态信道分配技术，优选地拥有6个信道，1个信道为数字业务控制信道，5个信道为语音通话信道，实现车站电台可同时支持多个无线终端用户的通话功能，提高了车站电台的系统容量，减少干扰，有效地利用有限的信道资源。
本发明的有线通信单元采用E1接口通信技术，构建铁路无线列调车站电台的有线通信网络，实现车站电台与车站电台，车站电台与调度电台、监测总机之间的数字化通信需求。
本发明的主机与操作终端之间的通信基于2B+D技术，实现车站电台主机与操作终端语音数据通信与控制信令数据通信可同步传输功能，提高了通信效率。
附图说明
图1为本发明的铁路数字无线列调车站电台的硬件构架框图；
图2为本发明的主机的结构示意图；
图3为本发明的操作终端的结构示意图。
具体实施方式
为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
如图1所示，图1为本发明的铁路数字无线列调车站电台的硬件构架框图；所述铁路数字无线列调车站电台包括主机和操作终端8；其中，所述主机包括天馈线单元1、无线通信单元2、有线通信单元3、主控单元4、按键显示单元5、记录单元6、电源单元7和接口单元；其中，天馈线单元1与无线通信单元2连接；无线通信单元2、按键显示单元5、记录单元6和电源单元7通过CAN总线与主控单元4连接；有线通信单元3通过RS422接口与主控单元4连接；操作终端8通过2B+D接口与主控单元4连接。
无线通信单元2可以实现数字无线对讲功能，实现车站电台与机车电台、便携台之间的无线通信。有线通信单元3采用E1接口组网通信技术，可实现E1接口数字有线通信功能，可以实现车站电台之间、车站电台与调度总机、监测总机之间的有线通信。基于车站电台之间的有线通道转发功能，实现不同车站间机车电台、便携台的长距离通信，实现调度总机与机车电台、便携台的通信功能。
主机
请参看图2，图2为本发明的主机的结构示意图；主机主要由信道机子架、主控单元子架、电源单元子架组成。信道机子架和主控单元子架各单元之间的通信采用CAN总线方式。
信道机子架
信道机子架内配置无线通信单元2。无线通信单元2包括双工器21、分路装置22、第一信道机23、第二信道机24、第三信道机25和合路装置26；其中，双工器21与分路装置22连接，分路装置22分别与第一信道机23、第二信道机24和第三信道机25连接，第一信道机23、第二信道机24和第三信道机25与合路装置26连接，合路装置26与双工器21连接。
采用双工器，以实现接收和发射信号合为一路，使用一根天线的功能；采用分路装置用于无线信号接收，并将接收到的信号分为3路分别送往3个信道机；采用合路装置用于无线发射信号，可同时将3个信道机的发射信号合为1路进行无线发送；配置的3个信道机采用TDMA数字无线通信技术构建，这样使用三个信道机就拥有6个信道，采用动态信道分配技术，设置其中1个信道为数字业务控制信道，其他5个信道为语音通话信道，可以实现车站电台可同时支持多个无线终端用户的通话功能，提高了车站电台的系统容量，减少干扰，有效地利用有限的信道资源；同时车站电台还预留有直通信道，可直接按PTT即可进行通话的功能。
主控单元子架
主控单元子架内配置有线通信单元3、主控单元4、按键显示单元5、记录单元6和接口单元。主控单元子架内的主要单元采用主备冗余模式，即包括主用主控单元41和主用记录单元61、备用主控单元42和备用记录单元62，当主用单元不能正常工作时，由备用单元进行工作。
主控单元4基于ARM Cortex-A8内核微处理器进行构建，支持LINUX操作系统，运行主频最高可达1GHz，集成了1路千兆网口、CAN总线控制器、IIC控制器、LCD控制器、Power VRSGX530图形处理器，是工业控制、多媒体终端等应用领域的理想微处理器芯片。主控单元是车站设备的中心枢纽，负责连接设备的各个组成单元/模块，根据规定的接口协议与各个组成单元/模块进行通信；分析与处理通信链路传输的视频、语音、数据信息，按设定功能进行显示、播放、存储、转发；对操作终端的操作指令进行响应等。
基于CAN总线数据通信接口，实现主控单元4与无线通信单元2的通信，实现主控单元4控制第一信道机23、第二信道机24和/或第三信道机25启动无线发射数据和接收无线数据的功能，实现控制第一信道机23、第二信道机24和/或第三信道机25切换信道功能，实现控制信道机复位功能，实现控制第一信道机23、第二信道机24和/或第三信道机25进行自检功能。基于无线通信实现车站电台与机车电台、便携台的无线通信，实现转发相邻车站间的机车电台与机车电台、机车电台与便携台、便携台与便携台之间的无线通信。
基于CAN总线数据通信接口，实现主控单元4与按键显示单元5的通信。按键显示单元5采用高分辨率的彩色液晶触摸屏幕和按键，实现主机与操作终端工作状态、通话状态同步显示，实现车站参数查询与设置等功能，实现自检结果显示、故障报警显示等功能。主控单元4通过扫描按键，检测按键操作，实现记录查询、本机参数查询、本机参数设置等功能，主控单元4控制液晶屏实时显示操作过程。主控单元4实时发送工作状态、通话状态等信息至液晶屏进行显示。车站电台自检或出现故障时，液晶屏显示故障信息和报警信息，并伴有语音提示。
基于CAN总线数据通信接口，实现主控单元4与记录单元6的数据通信。记录单元6采用大容量FLASH存储器芯片，实现车站电台主机参数的存储，实现车站电台工作日志记录，实现车站电台与其他设备语音、数字通信的记录。基于USB接口，实现计算机高速读取记录单元存储的信息的功能，计算机可对记录单元进行修改、删除等操作。主控单元4将操作记录、与其他设备通信记录等信息存储于记录单元；主控单元4将语音数据发送至记录单元6进行存储。车站电台计算机维护软件，通过记录单元6的USB接口读取记录单元存储的所有信息，用户可对操作记录通话记录信息进行显示、打印；对语音信息进行播放等操作。
基于RS422数据通信接口，实现主控单元4与E1接口有线通信单元3的通信，实现主控单元4接收和发送有线数据的功能。基于E1接口通信技术，实现车站电台之间、车站电台与调度总机、监测总机之间的有线通信。E1接口具有旁路功能，车站电台断电不影响环网中其他设备的通信。
基于RS422接口，实现车站电台无线接收机车电台发送的车次号信息，通过接口单元的RS422接口转发至调监分机的功能。
基于2B+D数据通信接口，实现主控单元4与操作终端8的通信，实现车站电台主机与操作终端语音数据通信与控制信令数据通信可同步传输功能，提高了通信效率，实现车站电台组呼、个呼、紧急呼叫等通话功能。实现车站电台参数查询、设置等功能，实现操作终端液晶屏与主机液晶屏同步显示工作状态、通话状态的功能。
基于CAN总线数据通信接口，实现主控单元4与电源单元7的通信，实现主控单元4获取车站电台电源工作电压、工作电流等实时状态信息，当电源电压或工作电流不正常时，主控单元4将在液晶屏上显示故障信息及告警标识，并伴有循环语音提示。
电源单元子架
电源单元子架内配置电源单元7。电源单元7包括AC220V转DC13.8V稳压电源模块、AC220V转DC5V电源稳压模块和电源检测电路，AC220V转DC13.8V稳压电源模块和AC220V转DC5V电源稳压模块为各单元提供稳定可靠的工作电压，电源检测电路采用AD检测电路实现对整机实时电压、电流的监测，并将监测结果定时发送至主控单元4。
操作终端
请参看图3，图3为本发明的操作终端的结构示意图；操作终端8包括CPU81、按键显示接口82、2B+D接口83、USB接口84、FE接口85、音频输入输出接口86、控缆接口87、测试接口88、扩展接口89、电源管理单元810和FLASH；其中，CPU81分别与按键显示接口82、2B+D接口83、USB接口84、FE接口85、音频输入输出接口86、控缆接口87、测试接口88、扩展接口89和FLASH连接。
CPU81采用ARM Cortex-M3内核微处理器构建，在该硬件平台上实现Linux操作系统，支持512M字节的RAM空间、1G字节的FLASH空间及320X240的TFT液晶显示。用于实现人机操作显示的处理。
按键显示接口82内置液晶驱动、触摸屏驱动和按键驱动，外接彩色触摸显示屏，实现车站电台工作状态、通话状态显示，并可动态显示当前已登记的机车的车次号。车站值班员可选择车次号呼叫机车司机，也可手动输入车次号呼叫机车司机并进行通话。
2B+D接口83通过2B+D芯片组与CPU81连接，2B+D接口83外接主控单元4，采用2B+D通信技术，实现操作终端与主机之间的语音，信令数据交互。
USB接口84通过USB芯片与CPU81连接，采用USB接口，实现计算机高速数据下载功能。
FE接口85为预留100M以太网接口，用于远程维护车站电台。
音频输入输出接口86通过音频电路和DSP芯片与CPU81连接，外接录音机、话筒和喇叭，采用DSP语音数字化技术，配合高品质喇叭、话筒，实现高质量的语音通话功能，实现语音数字化传输功能，提高了语音传输抗干扰能力和通话语音的清晰度。车站电台对所有通话进行录音，用户可通过操作终端按键操作提取相应时段的录音，通过操作终端喇叭进行播放，或者可在计算机读取录音数据后，使用计算机音频播放软件播放相应时段的录音。
控缆接口87通过RS422芯片与CPU81连接，预留RS422控缆接口兼容模拟车站电台控制盒。
测试接口88通过RS232芯片与CPU81连接，采用RS232接口，实现Linux控制台下载功能。
扩展接口89采用GPIO接口，实现液晶屏触摸按键及PTT、HOOK等信号的扫描功能，实现语音通道、按键背光及液晶背光等控制功能。
电源管理单元810采用本地供电方式，采用稳压电源模块为操作终端提供稳定可靠的电源。采用监测电路实现操作终端电源监测。
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种铁路数字无线列调车站电台，其特征在于，所述铁路数字无线列调车站电台包括主机和操作终端(8)；其中，
所述主机包括天馈线单元(1)、无线通信单元(2)、有线通信单元(3)、主控单元(4)、按键显示单元(5)、记录单元(6)和电源单元(7)；其中，
天馈线单元(1)与无线通信单元(2)连接；
无线通信单元(2)、按键显示单元(5)、记录单元(6)和电源单元(7)通过CAN总线与主控单元(4)连接；
有线通信单元(3)通过RS422接口与主控单元(4)连接；
操作终端(8)通过2B+D接口与主控单元(4)连接。
2.如权利要求1所述的铁路数字无线列调车站电台，其特征在于，无线通信单元(2)包括双工器(21)、分路装置(22)、第一信道机(23)、第二信道机(24)、第三信道机(25)和合路装置(26)；其中，双工器(21)与分路装置(22)连接，分路装置(22)分别与第一信道机(23)、第二信道机(24)和第三信道机(25)连接，第一信道机(23)、第二信道机(24)和第三信道机(25)与合路装置(26)连接，合路装置(26)与双工器(21)连接。
3.如权利要求1所述的铁路数字无线列调车站电台，其特征在于，主控单元(4)采用主备冗余模式，主控单元(4)包括主用主控单元(41)和备用主控单元(42)。
4.如权利要求1所述的铁路数字无线列调车站电台，其特征在于，记录单元(6)采用主备冗余模式，记录单元(6)包括主用记录单元(61)和备用记录单元(62)。
5.如权利要求1所述的铁路数字无线列调车站电台，其特征在于，电源单元(7)包括AC220V转DC13.8V稳压电源模块、AC220V转DC5V电源稳压模块和电源检测电路。
6.如权利要求1所述的铁路数字无线列调车站电台，其特征在于，操作终端(8)包括CPU(81)、按键显示接口(82)、2B+D接口(83)、USB接口(84)、FE接口(85)、音频输入输出接口(86)、控缆接口(87)、测试接口(88)、扩展接口(89)和电源管理单元(810)；其中，CPU(81)分别与按键显示接口(82)、2B+D接口(83)、USB接口(84)、FE接口(85)、音频输入输出接口(86)、控缆接口(87)、测试接口(88)和扩展接口(89)连接；按键显示接口(82)内置液晶驱动、触摸屏驱动和按键驱动，2B+D接口(83)外接主控单元(4)。
7.如权利要求6所述的铁路数字无线列调车站电台，其特征在于，CPU(81)采用ARMCortex-M3内核微处理器。
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