CN112738921A - 一种通信系统基站 - Google Patents

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冯迎辰
孙启民
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刘亦伟
胡莉丽
谢和欢
张鑫
刘洪强
欧均富
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Abstract

本发明公开一种通信系统基站，其特征在于：包括基站SOC模块、发射模块、全球定位系统(GNSS)模块、车站数据服务器，所述基站SOC模块用于进行基带信号处理、上层接口处理、系统管理；所述基站SOC模块分别与所述发射模块、所述GNSS模块、所述车站数据服务器相通信；所述GNSS模块用于接收GNSS卫星信号获取的时间和位置信息。本发明的通信系统基站极大提升了车地通信的效率与准确性，进而可以有效提升传统通信方式对列车行驶速度的限制，列车最高行驶速度可达250km/h；支持C1列控通信系统，能够实时更新列车与车站的关系，并将C1列控数据通过基站广播给C1列控400MHz车载终端，时效性和准确性高。

Description

一种通信系统基站
技术领域
本发明属于列车通信技术领域，特别涉及一种400M通信系统基站。
背景技术
既有线列车行驶过程中，在车站附近时需要获取车站的调车数据。因技术限制，目前主要采用调车列车长与车站调度人员语音通话的方式获取调车信息，调车列车长再将收到的调车信息向司机转告。这种方式不但通信效率低、时效性差、准确性低，而且还增加了列车上的空间资源和工作人员要求。
针对上述问题，也有采用将既有线列车改造为C2或C3列控系统的方式来提高调车信息通信的安全性和可靠性，但是该种改造需要相应配置整套的轨道电路系统或GSM-R通信系统，建设、运维成本高，施工难度高。需要改造线上列车，施工周期长。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种通信系统基站，其属于C1列控系统的一部分。当列车经过车站时，地面基站会自动向列车广播调车信息，使得司机长可以直接获得车站调车中心的信息，取代原调车列车长与对讲机的功能，保障列车的安全、高效运行，并可将最高行驶速度提升至250km/h。
一种通信系统基站，包括基站SOC模块、发射模块、全球定位系统(GNSS)模块、车站数据服务器，所述基站SOC模块用于进行基带信号处理、上层接口处理、系统管理；所述基站SOC模块分别与所述发射模块、所述GNSS模块、所述车站数据服务器相通信；所述GNSS模块用于接收GNSS卫星信号获取的时间和位置信息。
优化的，还包括RAM存储模块、ROM存储模块、本振振荡器、电源、风扇、外部接口或心跳接线。
优化的，所述基站具有冗余设计，主、备基站之间具有心跳传递通道。
优化的，所述通信系统基站采用400MHz-430MHz频段发送射频信号。
优化的，所述基站SOC包括物理层L1模块、链路层L2模块、网络层L3模块、LMT模块和NMS模块。
优化的，所述物理层L1模块负责在底层无线信道上传输比特流，提供无线信号的信道编码、解码和调制、解调；所述链路层L2模块负责提供报文的透明传输，并针对不定长报文提供补零、删零；所述网络层L3负责与上层数据对接、维护心跳和主备倒切、故障监测；所述LMT模块负责设备管理配置、故障告警和查询；；所述NMS模块负责网络拓扑管理、远程管理、性能管理、故障管理。
优化的，所述LMT模块基于Karaf平台架构；所述NMS模块采用B/S架构，并且用户操作终端通过GUI图形界面软件向网络管理员(Administrator)提供图形化操作界面。
优化的，所述链路层L2模块和网络层L3模块包括初始化模块、不定长报文处理模块、数据转发模块、主备切换模块、日志存储模块、状态监测模块、时间同步模块、内部接口模块。
优化的，所述初始化模块、不定长报文处理模块、数据转发模块、主备切换模块、日志存储模块、状态监测模块、时间同步模块、内部接口模块；
所述初始化模块负责完成所述链路层L2模块和网络层L3模块的初始化处理；
所述不定长报文处理模块负责提供报文的透明传输，并为报文提供删补工作，将数据与所述物理层L1模块对接；
所述数据转发模块负责接收通过车站数据服务器发送的实时数据包，并对其长度进行校验，在校验成功后回复确认消息，并将数据转发至所述链路层L2模块；
所述主备切换模块负责通过心跳交互及射频电路状态来判断当前基站是否需要切系以及进行切系处理，并将切系信息存储及上报至所述LMT模块；
所述日志存储模块负责存储转发信息对应的log文件；
所述状态监测模块负责通过指示灯显示系统运行状态、GNSS状态；
所述时间同步模块负责自动周期性的与指定的时间源同步；
所述内部接口模块负责和所述LMT模块进行交互，将切换记录、和异常交互以及状态信息发送给所述LMT模块；接收所述LMT模块的状态查询指令以及配置更新通知，并更新配置文件。
优化的，所述初始化模块开启的进程包括变量初始化、加载配置、信息转发、切换、存储、告警显示、同步进程以及其他相关处理线程；所述日志存储模块与log文件对应的信息包括数据包、连接断开信息、故障修复成功连接信息、软件启动时间及异常重启信息、软件运行异常信息；
所述内部接口模块还负责和后台守护进程交互，周期性给守护进程发送心跳信息；所述日志存储模块周期性读取电源板、处理板、射频板温度，过高时调节风扇转速；当所述主备切换模块判断需要将主系切换为备系时。
本发明的通信系统基站极大提升了车地通信的效率与准确性，进而可以有效提升传统通信方式对列车行驶速度的限制，列车最高行驶速度可达250km/h；支持C1列控通信系统，能够实时更新列车与车站的关系，并将C1列控数据通过基站广播给C1列控400MHz车载终端，时效性和准确性高。本发明的通信系统基站可以使得司机直接在司机室即可获取调车信息，节省了列车上的空间资源、工作人员。本发明的通信系统基站布置在车站附近，只需再配套布设数量较少的信息管理中心，对车辆改造较小，成本低。本发明的通信基站具有存储、查询、报警、以及参数设置功能，运行稳定可靠。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明的通信系统基站硬件结构图；
图2示出了软件系统结构的示意图。
图3示出了根据本发明实施例的通信系统基站的链路层L2模块和网络层L3模块结构图。
本发明中相关英文缩写的含义：
AGC：Automatic Gain Control 自动增益控制
ATP：Automac Train Protection 列车自动保护系统
FPGA：Field Programmable Gate Array 现场可编程门阵列
GSM-R：Global System for Mobile communication–Railway
全球移动通信系统-铁路
GNSS：Global Navigation Satellite System 全球导航卫星系统
LMT：Local Maintenance Terminal 本地维护终端
OCM：On Chip Memory 片内存储器
RAM：Random Access Memory 随机存取存储器
ROM：Read-Onley Memory 只读存储器
SoC：System on Chip 片上系统(系统级芯片)
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示：400M基站包括：基站SOC、发射模块、GNSS模块、其他外设、车站数据服务器。
基站SoC，包括ARM+FPGA架构、OCM、寄存器，用于进行基带信号处理、上层接口处理、系统管理等；
发射模块，采用超外差发射机结构将发射模块中的基带信号先上变频调制到中频，再上变频调制到射频(RF)，经由功率放大器(PA)放大后进行发送，每个基站只有1路射频广播发送；
GNSS模块，用于接收GNSS卫星信号获取时间和位置信息；
其它外设，包括RAM存储、ROM存储、本振振荡器、电源、风扇、外部接口、心跳接线等。
车站数据服务器，用于向基站SOC发送信息；两者通过网口连接，把地面要发送到车载的信息通过其发到基站SOC；
寄存器，储存系统中众多配件的参数，例如温度读数，风扇转速，功率放大/衰减模块参数，功率放大是否打开，指示灯状态等。温度读数，风扇转速，功率放大/衰减模块参数，功率放大是否打开，指示灯状态等。
通信系统基站具备冗余设计，为了实现主基站SOC和备基站SOC之间的倒切功能，主备基站之间需提供心跳传递通道，具体心跳功能及故障判断则由基站SOC实现。
通信系统基站采用400MHz-430MHz频段发送射频信号。
如图2所示：基站SOC包括物理层L1模块、链路层L2模块、网络层L3模块、LMT模块、NMS模块。
物理层L1模块负责在底层无线信道上传输比特流，提供无线信号的信道编码、解码和调制、解调；
链路层L2模块负责提供报文的透明传输，针对不定长报文提供补零、删零；
网络层L3负责与上层数据对接、维护心跳和主备倒切、故障监测等；
LMT模块负责设备管理配置、故障告警和查询等用户接口，不涉及通信处理过程，主要完成设备管理配置、故障告警和查询等用户接口，LMT模块可基于Karaf平台架构；作为本地维护终端，对系统外提供一个查看配置、数据库等信息的串口，通过实现约定的命令来查询、更改参数，通常会配备用户手册。
NMS模块负责网络拓扑管理、远程管理、性能管理、故障管理等。采用B/S架构，并且用户操作终端通过GUI图形界面软件向网络管理员(Administrator)提供图形化操作界面。
进一步地，链路层L2模块和网络层L3模块的构成如图3所示：均包括初始化模块、数据转发模块、主备切换模块、日志存储模块、状态监测模块、时间同步模块、内部接口模块。链路层L2模块还包括不定长报文处理模块。
初始化模块负责完成软件的初始化处理，包括：变量初始化、加载配置、信息转发、切换、存储、告警显示、同步进程等进程的开启，以及其他相关处理线程开启；
不定长报文处理模块负责提供报文的透明传输，并为报文提供删补工作，将数据与物理层L1模块对接；
数据转发模块负责接收通过车站数据服务器发送的实时数据包，对长度进行校验，校验成功后回复确认消息，并将数据转发至链路层L2模块；
主备切换模块负责通过心跳交互及射频电路状态来判断当前基站是否需要切系，完成切系处理，并将切系信息存储及上报至LMT模块；主备切换模块会维持心跳通信，当收不到心跳信息后，主备切换模块会让备系切成主系。
日志存储模块负责存储收到车站数据服务器数据包、主备基站之间的心跳信息、连接断开信息、故障修复成功连接信息、切换记录信息、软件启动时间及异常重启信息、软件运行异常信息等对应的log文件；
状态监测模块负责通过指示灯显示系统运行状态、GNSS状态，并周期性读取电源板/处理板/射频板温度，过高时调节风扇转速；
时间同步模块负责自动周期性的与指定的时间源同步；
内部接口模块负责和LMT模块进行交互，将切换记录、和异常交互以及状态信息发送给LMT模块，接收LMT模块的状态查询指令以及配置更新通知，并更新配置文件，同时负责和后台守护进程交互，周期性给守护进程发送心跳信息；备系收到另一系守护进程的切系指令后，判断状态并切系。
还包括配置模块，包括日志文件配置，比如存储时间、存储格式、存储大小，温度/风扇参数配置、主备配置、心跳交互配置。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种通信系统基站，其特征在于：包括基站SOC模块、发射模块、全球定位系统(GNSS)模块、车站数据服务器，
所述基站SOC模块用于进行基带信号处理、上层接口处理、系统管理；所述基站SOC模块分别与所述发射模块、所述GNSS模块、所述车站数据服务器相通信；所述GNSS模块用于接收GNSS卫星信号获取的时间和位置信息。
2.根据权利要求1所述的通信系统基站，其特征在于：还包括RAM存储模块、ROM存储模块、本振振荡器、电源、风扇、外部接口或心跳接线。
3.根据权利要求1所述的通信系统基站，其特征在于：所述基站具有冗余设计，主、备基站之间具有心跳传递通道。
4.根据权利要求1-3任一项所述的通信系统基站，其特征在于：所述通信系统基站采用400MHz-430MHz频段发送射频信号。
5.根据权利要求1所述的通信系统基站，其特征在于，所述基站SOC包括物理层L1模块、链路层L2模块、网络层L3模块、LMT模块和NMS模块。
6.根据权利要求5所述的通信系统基站，其特征在于，所述物理层L1模块负责在底层无线信道上传输比特流，提供无线信号的信道编码、解码和调制、解调；所述链路层L2模块负责提供报文的透明传输，并针对不定长报文提供补零、删零；所述网络层L3负责与上层数据对接、维护心跳和主备倒切、故障监测；所述LMT模块负责设备管理配置、故障告警和查询；所述NMS模块负责网络拓扑管理、远程管理、性能管理、故障管理。
7.根据权利要求6所述的通信系统基站，其特征在于，所述LMT模块基于Karaf平台架构；所述NMS模块采用B/S架构，并且用户操作终端通过GUI图形界面软件向网络管理员(Administrator)提供图形化操作界面。
8.根据权利要求6所述的通信系统基站，其特征在于，所述链路层L2模块和网络层L3模块包括初始化模块、不定长报文处理模块、数据转发模块、主备切换模块、日志存储模块、状态监测模块、时间同步模块、内部接口模块。
9.根据权利要求8所述的通信系统基站，其特征在于，所述初始化模块、不定长报文处理模块、数据转发模块、主备切换模块、日志存储模块、状态监测模块、时间同步模块、内部接口模块；
所述初始化模块负责完成所述链路层L2模块和网络层L3模块的初始化处理；
所述不定长报文处理模块负责提供报文的透明传输，并为报文提供删补工作，将数据与所述物理层L1模块对接；
所述数据转发模块负责接收通过车站数据服务器发送的实时数据包，并对其长度进行校验，在校验成功后回复确认消息，并将数据转发至所述链路层L2模块；
所述主备切换模块负责通过心跳交互及射频电路状态来判断当前基站是否需要切系以及进行切系处理，并将切系信息存储及上报至所述LMT模块；
所述日志存储模块负责存储转发信息对应的log文件；
所述状态监测模块负责通过指示灯显示系统运行状态、GNSS状态；
所述时间同步模块负责自动周期性的与指定的时间源同步；
所述内部接口模块负责和所述LMT模块进行交互，将切换记录、和异常交互以及状态信息发送给所述LMT模块；接收所述LMT模块的状态查询指令以及配置更新通知，并更新配置文件。
10.根据权利要求9所述的通信系统基站，其特征在于：
所述初始化模块开启的进程包括变量初始化、加载配置、信息转发、切换、存储、告警显示、同步进程以及其他相关处理线程；所述日志存储模块与log文件对应的信息包括数据包、连接断开信息、故障修复成功连接信息、软件启动时间及异常重启信息、软件运行异常信息；
所述内部接口模块还负责和后台守护进程交互，周期性给守护进程发送心跳信息；所述日志存储模块周期性读取电源板、处理板、射频板温度，过高时调节风扇转速；当所述主备切换模块判断需要将主系切换为备系时。
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