CN108322234A - 中国铁路gsm-r双模手持终端系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中国铁路GSM‑R双模手持终端系统，其包括：主控MCU模块，用于控制系统，完成数字调制解调和语音编解码；时钟模块，用于通过一个19.2MHz TCXO晶体震荡器为MCU主处理器提供时钟输入，时钟精度为正负20ppm，满足MCU及数字电路系统的时钟精度要求等。本发明实现了多种通信功能模式的组合和兼容，可实现语音通信、数据业务、通话加密和录音功能，可通过内置卫星定位模块获取精确位置定位信息，适合于铁路外勤作业人员使用，具有良好的推广应用前景；具有北斗定位功能，提高铁路作业人员的工作效率，降低设备管理人员的工作强度，降低设备采购成本。
Description
技术领域
本发明涉及国家重点支持的高新技术领域，特别是涉及一种中国铁路GSM-R双模手持终端系统。
背景技术
目前中国新建铁路无线通信系统覆盖为GSM-R方式，工作频点在885-889MHz/930-934MHz，既有线路覆盖、应急对讲依旧采用450M通信模式，通信频率为457-469MHz，目前在用的通信终端设备为单一的GSM-R终端设备或者450M终端设备。在铁路行业工作中，两种通讯网络将长期并存，工作人员在作业中，经常需要在两个网络覆盖下分别使用GSM-R手持终端或者450MHz对讲设备，非常不方面。在此情况下，铁路用户急需一种手持终端，该手持终端具备GSM-R功能、400M数字对讲（兼容模拟）、北斗定位等功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种中国铁路GSM-R双模手持终端系统，其实现了多种通信功能模式的组合和兼容，可实现语音通信、数据业务、通话加密和录音功能，可通过内置卫星定位模块获取精确位置定位信息，适合于铁路外勤作业人员使用，具有良好的推广应用前景；具有北斗定位功能，提高铁路作业人员的工作效率，降低设备管理人员的工作强度，降低设备采购成本。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种中国铁路GSM-R双模手持终端系统包括：
主控MCU模块，用于控制系统，完成数字调制解调和语音编解码；
时钟模块，用于通过一个19.2MHz TCXO晶体震荡器为MCU主处理器提供时钟输入，时钟精度为正负20ppm，满足MCU及数字电路系统的时钟精度要求；
基带电源模块，包括第一级电路、第二级电路，第一级电路采用一颗TPS62110 DCDC降压电源芯片将电池电压降到5V，提供给GSM模组、音频功放和电源管理芯片；第二级电路采用一颗电源管理芯片对多路电源进行管理，电源管理芯片带有3路DCDC及2路LDO电源输出，满足系统多电压的需求，电源管理芯片还带有4路ADC，用于电池电压、音量模拟信号检测；通过MCU的I2C及IO控制口，对电源管理芯片进行电压输出控制，ADC采样数据读取及电源开关控制；
外部存储器，采用一颗256Mbits的nor flash和一颗512Mbits的DDR SDRAM，nor flash用于程序及数据的存储，保证掉电后数据不丢失；DDR SDRAM用于程序运行中的快速读写，提高系统运行能力，掉电后数据无法恢复；
音频模块，用于完成音频的输入和输出；
TFT显示模块，用于显示信息；
键盘模块，用于短信打字，电话拨号；
GSM模块，用于MCU通过IO口检测及控制GSM的状态，通过uart口对GSM进行AT命令控制及命令执行的状态读取，通过MCASP口与GSM互通交换语音数据，通过数字语音通道的方式，方便的对通话语音进行录音；
GPS模块，用于MCU通过uart口接收GPS定位信息；同时用uart口对模组进行配置；
AD9864模块，用于完成对射频中频信号的转换处理，将未解调的串行数字I/Q信号输入给DSP进行处理；MCU通过SPI口对ad9864进行配置，通过mcbsp0的RX通道接收ad9864转换输出的串行数字I/Q信号；
频率合成模块，用于为接收通道提供本振信号，振信号的质量直接影响整个接收机的性能；
RF TX模块，用于把需要的调制信号分别注入到本振参考信号和VCO调制输入端，通过间接数字锁相的方式锁定到需要的频点上，通过功率放大器输出；
RF RX模块，用于将接收下来的信号通过前级的带通滤波器选出所需要的信号进行放大滤波，送入的混频器与本振信号进行混频，输出一个固定的中频信号，再通过窄带滤波器选出中频信号进行放大送入到后级电路。
优选地，所述主控MCU模块采用OMAP-L132双核处理器，其包括200-MHz的ARM926EJ-S、200-MHz的C674x Fixed/Floating-Point VLIW DSP，ARM926EJ-S作为系统的主控制器，C674x完成数字调制解调和语音编解码。
优选地，所述音频模块采用codec tlv320aic3204和audio pa TPA2013D1；tlv320aic3204作为音频编解码器，完成模拟语音信号与数字信号的转换和处理，音频功放TPA2013D1完成对模拟语音信号的放大输出至喇叭；Int mic和Int speaker组成常用的整机呼叫语音输入与输出；ext mic和ext speaker连接至附件接口，用于耳机的语音输入输出；low mic和receiver组成GSM通话时的语音输入输出；MCU通过I2C0口对codec进行配置，通过mcbsp1和codec交换语音数字信号，在MCU内实现对语音的编解码。
优选地，所述TFT显示模块采用一个2.0英寸、262k color、176 x 220dots像素的TFT屏。
优选地，所述键盘模块采用全键盘设计，键盘模块的电路采用矩阵键盘设计。
优选地，所述GSM模块采用高性能GSM-R模组。
优选地，所述GPS模块采用CPBD1010多定位系统模组。
优选地，所述频率合成模块采用间接数字式频率合成器。
优选地，所述RF TX模块采用两点调注入式射频信号传送器。
优选地，所述RF RX模块采用超外差式射频信号接收器。
本发明的积极进步效果在于：本发明实现了多种通信功能模式的组合和兼容，组网灵活，通话清晰，传输距离远，屏幕显示信息量大，在强光源照射下显示清晰，待机时间长，可靠性高，可实现语音通信、数据业务、通话加密和录音功能，可通过内置卫星定位模块获取精确位置定位信息，查询当前设备所处的具体位置，如所属区段和线路位置等信息，适合于铁路外勤作业人员使用，具有良好的推广应用前景；具有北斗定位功能，提高铁路作业人员的工作效率，降低设备管理人员的工作强度，降低设备采购成本。
附图说明
图1为本发明中国铁路GSM-R双模手持终端系统的系统框架图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明中国铁路GSM-R（Global System for MobileCommunications–Railway，铁路全球移动通信系统）双模手持终端系统包括主控MCU（Microcontroller Unit，微控制单元）模块、时钟模块、基带电源模块、外部存储器、音频模块、TFT（Thin Film Transistor，薄膜晶体管）显示模块、键盘模块、GSM（Global Systemfor Mobile Communication，全球移动通信系统）模块、GPS（Global Positioning System，全球定位系统）模块、AD9864（通用中频子系统）模块、频率合成模块、RF TX（RadioFrequency transmit，射频信号传送）模块、RF RX（Radio Frequency receive，射频信号接收）模块，其中：
主控MCU模块，用于控制系统，完成数字调制解调和语音编解码；
时钟模块，用于通过一个19.2MHz TCXO（Temperature Compensate X'tal(crystal)Oscillator，温度补偿X'tal（晶体）震荡器）晶体震荡器为MCU主处理器提供时钟输入，时钟精度为正负20ppm（part per million，百万分之），满足MCU及数字电路系统的时钟精度要求；
基带电源模块，包括第一级电路、第二级电路，第一级电路采用一颗TPS62110 DCDC（Direct Current Direct Current，直流电源）降压电源芯片将电池电压降到5V，提供给GSM模组、音频功放和电源管理芯片；第二级电路采用一颗电源管理芯片对多路电源进行管理，电源管理芯片带有3路DCDC及2路LDO（low dropout regulator，低压差线性稳压器）电源输出，满足系统多电压的需求，电源管理芯片还带有4路ADC（Analog-to-DigitalConverter，模数转换器），用于电池电压、音量模拟信号检测；通过MCU的I2C（Inter－Integrated Circuit，两线式串行总线）及IO（Image Orthicon，超正析象管）控制口，对电源管理芯片进行电压输出控制，ADC采样数据读取及电源开关控制；
外部存储器，采用一颗256Mbits（兆比特位）的nor flash（非易失闪存技术）和一颗512Mbits的DDR SDRAM（Double Data Rate SDRAM，双倍速率同步动态随机存储器），norflash用于程序及数据的存储，保证掉电后数据不丢失；DDR SDRAM用于程序运行中的快速读写，提高系统运行能力，掉电后数据无法恢复；
音频模块，用于完成音频的输入和输出；
TFT显示模块，用于显示信息；
键盘模块，用于短信打字，电话拨号；
GSM模块，用于MCU通过IO口检测及控制GSM的状态，通过uart（UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器）口对GSM进行AT（automatictransmission，自动变速器）命令控制及命令执行的状态读取，通过MCASP（复通道音频接入接口）口与GSM互通交换语音数据，通过数字语音通道的方式，方便的对通话语音进行录音；
GPS模块，用于MCU通过uart口接收GPS定位信息；同时用uart口对模组进行配置；
AD9864模块，用于完成对射频中频信号的转换处理，将未解调的串行数字I/Q信号输入给DSP进行处理；MCU通过SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）口对ad9864进行配置，通过mcbsp0的RX（receive，接收）通道接收ad9864转换输出的串行数字I/Q（In-phase/Quadrature，同相正交）信号；
频率合成模块，用于为接收通道提供本振信号，振信号的质量直接影响整个接收机的性能；
RF TX模块，用于把需要的调制信号分别注入到本振参考信号和VCO调制输入端，通过间接数字锁相的方式锁定到需要的频点上，通过功率放大器输出；
RF RX模块，用于将接收下来的信号通过前级的带通滤波器选出所需要的信号进行放大滤波，送入的混频器与本振信号进行混频，输出一个固定的中频信号，再通过窄带滤波器选出中频信号进行放大送入到后级电路。
主控MCU模块采用OMAP-L132双核处理器，其包括200-MHz（Mega Hertz，兆赫）的ARM926EJ-S（处理器）、200-MHz的C674x Fixed/Floating-Point VLIW DSP（Fixed/Floating-Point Very Long Instruction Word Digital Signal Processing，固定/浮点超长指令字数字信号处理），ARM926EJ-S作为系统的主控制器，C674x完成数字调制解调和语音编解码。
音频模块采用codec（编解码器）tlv320aic3204和audio pa（音频功放）TPA2013D1；tlv320aic3204作为音频编解码器，完成模拟语音信号与数字信号的转换和处理，音频功放TPA2013D1完成对模拟语音信号的放大输出至喇叭；Int mic（integermicrophone，整数的麦克风）和Int speaker（integer speaker，整数的扬声器）组成常用的整机呼叫语音输入与输出；ext mic（exteaconnected microphone，外接话筒）和extspeaker（external speaker，外部扬声器）连接至附件接口，用于耳机的语音输入输出；lowmic（low microphone，低的麦克风）和receiver（接收器）组成GSM通话时的语音输入输出；MCU通过I2C0口对codec进行配置，通过mcbsp1（multichannel buffered serial port，多通道缓冲串行端口）和codec交换语音数字信号，在MCU内实现对语音的编解码。
TFT显示模块采用一个2.0英寸、262k color（26万色）、176 x 220dots（点）像素的TFT屏，这样具有高速度、高亮度、高对比度显示特点，并且显示清晰，色彩丰富。
键盘模块采用全键盘设计，键盘模块的电路采用矩阵键盘设计，这样减少IO控制口的情况下保证按键检测的可靠性。
GSM模块采用高性能GSM-R模组，这样电路设计简单，软件数据通信方便，便于软件进行上层应用设计，像GSM手机一样打电话、发短信、传输数据文件。
GPS模块采用CPBD1010多定位系统模组；方便在多个定位系统之间切换，定位精度高，灵敏度高；电路设计简单方便，有更多的精力用于上层软件开发。
频率合成模块采用间接数字式频率合成器，这样体积小，频率步进小，使用方便可靠。
RF TX模块采用两点调注入式射频信号传送器，把需要的调制信号分别注入到本振参考信号和VCO调制输入端。
RF RX模块采用超外差式射频信号接收器，方便选出所需要的信号进行放大滤波，再与本振信号进行混频，输出一个固定的中频信号，再通过窄带滤波器选出中频信号进行放大送入到后级电路。
以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种中国铁路GSM-R双模手持终端系统，其特征在于，其包括：
主控MCU模块，用于控制系统，完成数字调制解调和语音编解码；
时钟模块，用于通过一个19.2MHz TCXO晶体震荡器为MCU主处理器提供时钟输入，时钟精度为正负20ppm，满足MCU及数字电路系统的时钟精度要求；
基带电源模块，包括第一级电路、第二级电路，第一级电路采用一颗TPS62110 DCDC降压电源芯片将电池电压降到5V，提供给GSM模组、音频功放和电源管理芯片；第二级电路采用一颗电源管理芯片对多路电源进行管理，电源管理芯片带有3路DCDC及2路LDO电源输出，满足系统多电压的需求，电源管理芯片还带有4路ADC，用于电池电压、音量模拟信号检测；通过MCU的I2C及IO控制口，对电源管理芯片进行电压输出控制，ADC采样数据读取及电源开关控制；
外部存储器，采用一颗256Mbits的nor flash和一颗512Mbits的DDR SDRAM，nor flash用于程序及数据的存储，保证掉电后数据不丢失；DDR SDRAM用于程序运行中的快速读写，提高系统运行能力，掉电后数据无法恢复；
音频模块，用于完成音频的输入和输出；
TFT显示模块，用于显示信息；
键盘模块，用于短信打字，电话拨号；
GSM模块，用于MCU通过 IO口检测及控制GSM的状态，通过uart口对GSM进行AT命令控制及命令执行的状态读取，通过MCASP口与GSM互通交换语音数据，通过数字语音通道的方式，方便的对通话语音进行录音；
GPS模块，用于MCU通过uart口接收GPS定位信息；同时用uart口对模组进行配置；
AD9864模块，用于完成对射频中频信号的转换处理，将未解调的串行数字I/Q信号输入给DSP进行处理；MCU通过SPI口对ad9864进行配置，通过mcbsp0的RX通道接收ad9864转换输出的串行数字I/Q信号；
频率合成模块，用于为接收通道提供本振信号，振信号的质量直接影响整个接收机的性能；
RF TX模块，用于把需要的调制信号分别注入到本振参考信号和VCO调制输入端，通过间接数字锁相的方式锁定到需要的频点上，通过功率放大器输出；
RF RX模块，用于将接收下来的信号通过前级的带通滤波器选出所需要的信号进行放大滤波，送入的混频器与本振信号进行混频，输出一个固定的中频信号，再通过窄带滤波器选出中频信号进行放大送入到后级电路。
2.如权利要求1所述的中国铁路GSM-R双模手持终端系统，其特征在于，所述主控MCU模块采用OMAP-L132双核处理器，其包括200-MHz的ARM926EJ-S、200-MHz的C674x Fixed/Floating-Point VLIW DSP，ARM926EJ-S作为系统的主控制器，C674x完成数字调制解调和语音编解码。
3.如权利要求1所述的中国铁路GSM-R双模手持终端系统，其特征在于，所述音频模块采用codec tlv320aic3204和audio pa TPA2013D1；tlv320aic3204作为音频编解码器，完成模拟语音信号与数字信号的转换和处理，音频功放TPA2013D1完成对模拟语音信号的放大输出至喇叭；Int mic和Int speaker组成常用的整机呼叫语音输入与输出；ext mic和ext speaker连接至附件接口，用于耳机的语音输入输出；low mic和 receiver组成GSM通话时的语音输入输出；MCU通过I2C0口对codec进行配置，通过mcbsp1和codec交换语音数字信号，在MCU内实现对语音的编解码。
4.如权利要求1所述的中国铁路GSM-R双模手持终端系统，其特征在于，所述TFT显示模块采用一个2.0英寸、262k color、176 x 220dots像素的TFT屏。
5.如权利要求1所述的中国铁路GSM-R双模手持终端系统，其特征在于，所述键盘模块采用全键盘设计，键盘模块的电路采用矩阵键盘设计。
6.如权利要求1所述的中国铁路GSM-R双模手持终端系统，其特征在于，所述GSM模块采用高性能GSM-R模组。
7.如权利要求1所述的中国铁路GSM-R双模手持终端系统，其特征在于，所述GPS模块采用CPBD1010多定位系统模组。
8.如权利要求1所述的中国铁路GSM-R双模手持终端系统，其特征在于，所述频率合成模块采用间接数字式频率合成器。
9.如权利要求1所述的中国铁路GSM-R双模手持终端系统，其特征在于，所述RF TX模块采用两点调注入式射频信号传送器。
10.如权利要求1所述的中国铁路GSM-R双模手持终端系统，其特征在于，所述RF RX模块采用超外差式射频信号接收器。
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