CN112839317B - 一种通信系统车载终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通信系统车载终端，其特征在于：包括车载电台SOC、接收模块、全球定位系统(GNSS)模块、车载C1无线通信单元，所述车载电台SOC用于进行基带信号处理、上层接口处理、系统管理；车载电台SOC分别与接收模块、GNSS模块、车载C1无线通信单元相通信；所述GNSS模块用于接收GNSS卫星信号获取的信息；所述接收模块用于接收基站广播数据。本发明的通信系统车载终端通过与400MHz地面基站、车载C1无线通信单元等设备实时进行信息交互，用于接收400MHz频点的基站广播的调车信息，提升铁路系统安全运行的效率。

Description

一种通信系统车载终端
技术领域
本发明属于列车通信技术领域，特别涉及一种通信系统车载终端。
背景技术
既有线的列车行驶过程中，在车站附近时需要获取车站的调车数据。因技术限制，目前获取调车数据多采用车站调度人员与调车列车长语音通话，然后调车列车长将收到的调车信息向司机转告的方式进行。但是这种方式不但通信效率低，时效性差、准确性低，而且还增加了列车对空间资源和工作人员的需求。
目前还有更高效安全的C2、C3列控系统。C2列控系统列车上有LKJ设备及配套车载ATP设备，通过与轨道电路系统配合以保证列车的安全运行。C3列控系统基于GSM-R通信系统(包括车载电台、基站、核心网等设备)，并与既有干线线路系统叠加，建立实时的双向点对点加密通信，功能更丰富、实时性更强。但是如果采用将既有线改造为C2或C3列控系统的方案，虽然安全和可靠性更高，但需要建设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，此外需要对线上列车进行改造，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车载终端，属于C1列控系统的一部分，当列车经过车站时可以自动向列车广播调车信息，使得驾驶员可以直接获得车站调车中心的信息，取代人工通信，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。
一种通信系统车载终端，包括车载电台SOC、接收模块、全球定位系统(GNSS)模块、车载C1无线通信单元，所述车载电台SOC用于进行基带信号处理、上层接口处理、系统管理；车载电台SOC分别与接收模块、GNSS模块、车载C1无线通信单元相通信；所述GNSS模块用于接收GNSS卫星信号获取的信息；所述接收模块用于接收基站广播数据。
优化的，所述接收模块采用超外差接收机结构，射频信号先滤波放大、下变频调制到中频，再下变频调制到基带进行处理。
优化的，所述接收模块设置多路接收端硬件，天线接收的射频信号用功分器均分为多路输入给多路接收端，使得该车载终端可同时接收和处理相应数量的基站广播的数据。
优化的，还包括其他外设，所述其他外设包括RAM存储、ROM存储、本振振荡器、电源、外部接口。
优化的，所述车载终端可接收400MHz-430MHz频段的射频信号。
优化的，车载电台SOC包括ARM模块、FPGA模块、OCM接收-缓冲区、寄存器；
ARM模块包括上层接口、L2处理模块、L3处理模块、配置模块、LMT模块；
FPGA模块包括L1处理模块、配置、控制和状态接收模块、AGC算法模块、主控内核模块，所述ARM模块和FPGA模块通过OCM接收-缓冲区、寄存器相互连接。
优化的，所述L1处理模块从接收端获取数字基带I/Q数据，对数据进行解制和信道解码，并输出已接收的报文给OCM缓冲区；所述配置和控制、状态接收模块负责配置和控制接收端射频电路，以及负责接收前端射频电路异常状态上报；所述AGC算法模块负责调节射频电路中接收放大器的增益，并持续调节增益跟踪接收电平的变化；所述主控内核模块：负责协调底层硬件驱动以及内部、外部接口匹配。
优化的，所述L1处理模块通过寄存器与L2/L3处理模块中的软件进行交互而与缓冲区交互；所述配置和控制、状态接收模块上报的异常状态通过寄存器传递给所述L2/L3处理模块中处理。
优化的，所述L2/L3处理模块包括初始化模块、不定长报文处理模块、数据转发模块、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L2/L3处理模块的初始化处理；
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L1处理模块对接；
所述数据转发模块负责将所述L2/L3处理模块的处理结果数据转发至外部的车载C1无线通信单元；
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，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；
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。
本发明的通信系统车载终端通过与400MHz地面基站、车载C1无线通信单元等设备实时进行信息交互，用于接收400MHz频点的基站广播的调车信息，提升铁路系统安全运行的效率。本发明支持的C1列控通信系统会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，司机可以司机室直接看到调车信息，时效性、准确性高，提升了车地通信的效率与准确性。采用本发明的通信系统车载终端，司机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；采用本发明的通信系统车载终端后车地通信时效性更强、更准确，列车加速也不会减少调车列车长与车站交流、将调车信息转告司机的时间，因此列车最高行驶速度可达250km/h。本发明的400MHz通信系统车载终端能存储、查询业务数据、告警数据、性能数据以及配置参数，保证整体系统的稳定可靠，确保车载终端故障有据可查，可管可控。且本通信系统车载终端仅需在车站附近布设基站，再布设少量的信息管理中心即可，对车辆改造较小，极大降低了施工建设成本，并缩短了系统架设的时间周期。
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示出了根据本发明实施例的通信系统车载终端结构图；
图2示出了根据本发明实施例的通信系统车载终端的车载电台SOC的L1处理模块结构图；
图3示出了根据本发明实施例的通信系统车载终端的车载电台SOC的L2/L3模块结构图。
说明书及附图中相关缩写的含义：
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)
ARM Advanced RISC Machines公司芯片      内核的嵌入式开发板
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和图2所示：通信系统车载终端包括：车载电台SOC、接收模块、全球定位系统(GNSS)模块、车载C1无线通信单元。
车载电台SOC内含ARM+FPGA架构，用于进行基带信号处理、上层接口处理、系统管理等。
接收模块，采用超外差接收机结构，射频信号先滤波放大、下变频调制到中频，再下变频调制到基带进行处理；接收模块设置多路(4路)接收端硬件，天线接收的射频信号用功分器均分为多路输入给多路接收端，使得该车载终端可同时接收和处理相应数量的基站广播的数据。
GNSS模块，接收GNSS卫星信号获取时间和位置信息。通信系统车载终端还包括其它外设，其他外设包括RAM存储、ROM存储、本振振荡器、电源、外部接口等。通信系统车载终端通过与400MHz地面基站、车载C1无线通信单元等设备发生信息交互而接收400MHz频点的基站广播的调车信息，其可接收400M-430M频段的射频信号。
车载电台SOC包括ARM模块、FPGA模块、OCM接收-缓冲区、寄存器。ARM模块包括上层接口、L2处理模块、L3处理模块、配置模块、LMT模块；FPGA模块包括L1处理模块、配置、控制和状态接收模块、AGC算法模块、主控内核模块，其中ARM模块和FPGA模块通过OCM接收-缓冲区、寄存器相互连接。
L1处理模块：L1处理模块同时处理4路接收信号，从接收端获取数字基带I/Q数据，对数据进行解制和信道解码，并输出已接收的报文给OCM缓冲区。L1处理模块与缓冲区的交互需依赖寄存器与L2/L3处理模块中的软件进行交互。
配置、控制和状态接收模块：负责配置和控制接收端射频电路，包括4路接收工作频点等参数；以及负责接收前端射频电路异常状态上报，相关状态通过寄存器传递给L2/L3处理模块中再做应对处理。
AGC算法模块：负责调节射频电路中接收放大器的增益，并持续调节增益跟踪接收电平的变化。
主控内核模块：负责协调底层硬件驱动以及内部、外部接口匹配等。
L2/L3处理模块的结构图如图3所示，均包括初始化模块、数据转发模块、日志存储模块、状态监测模块、时间同步模块、内部接口模块。另外L2处理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L1对接。
数据转发模块：负责将L2/L3处理模块的处理结果数据转发至外部的车载C1无线通信单元。
日志存储模块：负责存储转发数据包、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、软件运行异常信息等对应的l og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。
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 (5)

1.一种通信系统车载终端，其特征在于：包括车载电台SOC、接收模块、全球定位系统(GNSS)模块、车载C1无线通信单元，
所述车载电台SOC用于进行基带信号处理、上层接口处理、系统管理；车载电台SOC分别与接收模块、GNSS模块、车载C1无线通信单元相通信；所述GNSS模块用于接收GNSS卫星信号获取的信息；所述接收模块用于接收基站广播数据；
所述车载电台SOC包括ARM模块、FPGA模块、OCM接收-缓冲区、寄存器；
ARM模块包括上层接口、L2处理模块、L3处理模块、配置模块、LMT模块；
FPGA模块包括L1处理模块、配置、控制和状态接收模块、AGC算法模块、主控内核模块，所述ARM模块和FPGA模块通过OCM接收-缓冲区、寄存器相互连接；
所述L1处理模块从接收端获取数字基带I/Q数据，对数据进行解制和信道解码，并输出已接收的报文给OCM缓冲区；所述配置和控制、状态接收模块负责配置和控制接收端射频电路，以及负责接收前端射频电路异常状态上报；所述AGC算法模块负责调节射频电路中接收放大器的增益，并持续调节增益跟踪接收电平的变化；所述主控内核模块：负责协调底层硬件驱动以及内部、外部接口匹配；
所述L1处理模块通过寄存器与L2/L3处理模块中的软件进行交互而与缓冲区交互；所述配置和控制、状态接收模块上报的异常状态通过寄存器传递给所述L2/L3处理模块中处理；
所述L2/L3处理模块包括初始化模块、不定长报文处理模块、数据转发模块、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L2/L3处理模块的初始化处理；
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L1处理模块对接；
所述数据转发模块负责将所述L2/L3处理模块的处理结果数据转发至外部的车载C1无线通信单元；
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，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；
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；
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。
2.根据权利要求1所述的通信系统车载终端，其特征在于：所述接收模块采用超外差接收机结构，射频信号先滤波放大、下变频调制到中频，再下变频调制到基带进行处理。
3.根据权利要求2所述的通信系统车载终端，其特征在于：所述接收模块设置多路接收端硬件，天线接收的射频信号用功分器均分为多路输入给多路接收端，使得该车载终端可同时接收和处理相应数量的基站广播的数据。
4.根据权利要求1所述的通信系统车载终端，其特征在于，还包括其他外设，所述其他外设包括RAM存储、ROM存储、本振振荡器、电源、外部接口。
5.根据权利要求1-4任一项所述的通信系统车载终端，其特征在于，所述车载终端可接收400MHz-430MHz频段的射频信号。
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