CN209964308U

CN209964308U - 一种铁路ap网关

Info

Publication number: CN209964308U
Application number: CN201921276865.5U
Authority: CN
Inventors: 罗仁胜
Original assignee: Guangzhou Zhongzhicheng Information Technology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Zhongzhicheng Information Technology Co Ltd
Priority date: 2019-08-07
Filing date: 2019-08-07
Publication date: 2020-01-17
Anticipated expiration: 2029-08-07

Abstract

本实用新型公开了一种铁路AP网关，包括AP主控芯片SOC、交换机芯片、以太网接口电路、CAN接口电路、单片机芯片以及天线电路，所述单片机芯片、交换机芯片、天线电路均与AP主控芯片SOC连接，所述CAN接口电路与单片机芯片连接，所述以太网接口电路与交换机芯片连接。通过本实用新型提供的铁路AP网关支持户外无线AP/bridge/client，适用于布线难度大、成本高或使用移动设备连接TCP/IP网络的场合。另外本实用新型具有IP68级防尘、防水设计，可实现车载设备信息无线传输以及轨道上设备的信息的无线传输。

Description

一种铁路AP网关

技术领域

本实用新型涉及车辆和铁路列车通信技术领域，特别涉及一种铁路AP(AccessPoint)网关。

背景技术

目前城市轨道交通基本上是采用WLAN技术承载CBTC和PIS系统，上海、广州、北京等城市的城市轨道交通都是使用WLAN进行CBTC和PIS系统的设计和调试，主要的出发点是基于技术和产品链的成熟度。

针对WLAN和WiMAX主要担心的是安全问题和干扰问题。从安全的角度出发，WLAN与WiMAX的核心技术点是一致的，WLAN通过对IEEE802.11i的支持，WiMAX通过对IEEE802.16e的支持，很大程度上改善了安全的问题。在抗干扰能力方面，两者核心的技术原则与工程原则都是一致的，但频谱的管理是不一致的，一个属于管制频点，另外一个属于非管制频点(如果使用5.8G，也属于管制频点)。

关于GSM-R技术，如果使用现在的技术方案(GSM、CDMA等)进行支持，肯定满足不了统一车地无线通信的业务需求，但如果仅支撑CBTC现在的功能需求，且不考虑以后扩展性的话，也要基于现在的CDMA1X及GPRS二种技术进行功能改造，支持多信道捆绑以达到带宽要求，另外，在城市轨道交通中没有使用GSM-R承载信号系统的主要原因还包括频点的申请问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种铁路AP网关，适用于布线难度大、成本高或使用移动设备连接TCP/IP网络的场合。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供的一种铁路AP网关，包括AP主控芯片SOC、交换机芯片、以太网接口电路、CAN接口电路、单片机芯片以及天线电路，所述单片机芯片、交换机芯片、天线电路均与AP主控芯片SOC连接，所述CAN接口电路与单片机芯片连接，所述以太网接口电路与交换机芯片连接；所述天线电路与AP主控芯片SOC之间设有射频放大器。

作为优选的技术方案，所述AP主控芯片SOC选用高通QCA4019。

作为优选的技术方案，所述QCA4019内置四核ARM Cortex-A7CPU、两个WIFI单元、16bit DDR3内存控制器、SGMII接口、USB3.0接口、USB2.0接口、一条PCIE2.0X1的通道以及NAT网络硬件加速器。

作为优选的技术方案，所述的交换机芯片采用88E6097。

作为优选的技术方案，所述射频放大器采用BGU7258芯片。

作为优选的技术方案，所述天线电路为2.4G/5G天线电路。

作为优选的技术方案，所述单片机芯片采用LPC1778单片机。

作为优选的技术方案，所述以太网接口电路包括以太网PHY芯片、网络隔离变压器和以太网总线接口，所述以太网PHY芯片通过网络隔离变压器与以太网总线接口电路连接。

作为优选的技术方案，所述CAN接口电路包括CAN接口芯片和光耦隔离模块。

作为优选的技术方案，还包括外壳，所述AP主控芯片SOC、交换机芯片、以太网接口电路、CAN接口电路、单片机芯片以及天线电路均设置在外壳内，所述外壳采用IP68防护等级外壳。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型提供的一种铁路AP网关，包括AP主控芯片SOC、交换机芯片、以太网接口电路、CAN接口电路、单片机芯片以及天线电路，所述单片机芯片、交换机芯片、天线电路均与AP主控芯片SOC连接，所述CAN接口电路与单片机芯片连接，所述以太网接口电路与交换机芯片连接。通过本实用新型提供的AP网关支持户外无线AP/bridge/client，适用于布线难度大、成本高或使用移动设备连接TCP/IP网络的场合。

2、本实用新型用于车载设备和站台之间进行无线通信，解决目前铁路车地之间无线通信传输速度慢、传输不稳定的问题。

3、本实用新型具有IP68级防尘、防水设计，可实现车载设备信息无线传输以及轨道上设备的信息的无线传输。

4、由于现场安装的空间有限，本申请的AP网关采用了一体化的设计，不仅提供可靠的通信网络，确保互操作性，也使得安装更简单，而且还符合铁路应用的相关标准，适用于恶劣的现场环境。

附图说明

通过附图中所示的本实用新型的优选实施例的更具体说明，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1是本实用新型铁路AP网关的结构示意图；

图2是本实用新型单片机芯片的示意性结构图；

图3是以太网接口电路的方框示意图；

图4是本实用新型以太网PHY芯片的示意性结构图；

图5是本实用新型网络隔离变压器的示意性结构图；

图6是本实用新型以太网总线接口的示意性结构图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

目前国内基于通信的移动闭塞系统(CBTC制式的信号系统)运用的工程实施项目越来越多，但实际开通运营的工程项目较少。信号系统是关系行车安全的系统，采用什么样的车—地通信方式，保证车—地通信的可靠性、安全性、实时性显得尤为重要。

地铁业务中信号系统的车—地通信大量采用无线通信技术。目前从业务需求的角度看CBTC信号系统带宽需求为数百Kbps，PIS系统中的下行流的带宽需求为10Mbps级，针对车载监控业务的上行带宽为Mbps级。从轨道交通技术通信技术发展的角度出发，主要呈现了平台化、宽带化方向的发展趋势。

从工程的角度出发，根据所应用技术的特点和网络的组网需求，WiMAX、WLAN和GSM-R的特点如下：

针对WiMAX，该技术的特点是传输距离远且接入速度快，系统容量大，因此该技术主要应用在两个节点之间的无线中继通道。工程中主要的工作量是规划网络和调试网络，而安装工作量相对较少。若地铁信号系统采用该技术来实现车地通信，在传输带宽上是足够了，而且节点与节点间光缆应用较少，线路施工的工作量较少，但在既要充分发挥其传输距离远又要满足冗余覆盖方面则需要经过缜密的勘测和计算。由于该技术是通过采用自适应编码调制技术来实现覆盖范围和传输速率的折衷，故而网络调试也需耗费大量的时间。总体而言，该技术在工程实施方面是安装工作量较小，前期勘测、规划以及网络的调测工作量较大。

针对WLAN，该技术的特点是近距离传输、接入速度快、系统容量较大；该技术的组网适用微小区制，主要应用于信息无线宽带接入。由于采用微小区制组网方式和微功率发射模式，该技术在工程中的工作量体现在设备安装和网络调试。相对来说，该技术对外界的干扰较小，网络规划的工作量小一些。若地铁信号系统采用该技术来实现车地通信，在传输带宽上足够满足要求，冗余覆盖较容易实现，但节点与节点间光缆应用较多，线路施工的工作量较大；单个设备的安装和调试较容易，但系统联调的工作量较大。总体而言，该技术在工程实施方面是前期规划工作量较小，工程安装及调测工作量较大。

针对GSM-R，该技术的特点是接入速度快、但传输带宽较小，可根据具体的业务需求灵活组网，有蜂窝制和宏小区制等多种模式。该技术主要应用与铁路的无线调度通信和一些信息量小的数据传输。由于该技术的调制技术很难克服隧道内的多径干扰问题，故而在地铁信号工程实践中需花费大量时间对现场进行勘测，对网络进行规划。相对而言，工程中的设备和线路安装的工作量较小；但在设备安装完以后要解决冗余覆盖对设备和网络性能的影响，后期的设备调测工作量非常大。

参见图1，是本实施例提供的铁路AP网关的一种实施例的结构性示意图。如图1所示，该AP网关包括AP主控芯片SOC、交换机芯片、以太网接口电路、CAN接口电路、单片机芯片以及天线电路，所述单片机芯片、交换机芯片、天线电路均与AP主控芯片SOC连接，所述CAN接口电路与单片机芯片连接，所述以太网接口电路与交换机芯片连接；通过本申请提供的AP网关支持户外无线AP/bridge/client，适用于布线难度大、成本高或使用移动设备连接TCP/IP网络的场合。

所述AP主控芯片作为系统核心，负责收发和转发无线和有线数据，在一个实施例中，所述AP主控芯片选用SOC是高通QCA4019，所述QCA4019芯片具有如下结构特点：

1)QCA4019是高通新出的一代SOC，内置四核ARM Cortex-A7CPU，主频710MHz，内置NEON指令集和FPU，每个核心内置32KB的指令缓存和数据缓存，四核共享256KB的二级缓存，并且其中两个核心专为WIFI加速使用。

2)内置两个WIFI单元，可以支持2.4G和5G 2X2MIMO的WIFI，也可以支持双5G2X2MIMO，并且CPU的2个核心专为两个WIFI单元做加速。

3)内置16bit DDR3内存控制器，使用的是南亚的512MB DDR3L1600内存，另外内置三星4GB的eMMC NAND为数据存储使用。

4)内置5口千兆交换机的MAC，通过PSGMII接口接驳外置的8口百兆、2口千兆交换机的PHY，ORBI使用了一颗88E6097作为PHY使用,可通过外扩光模块实现光以太网通信。

5)内置USB3.0和USB2.0接口。

6)内置了一条PCIE2.0X1的通道可以接驳其他的WIFI芯片，也可以支持60G的802.11AD的WIFI芯片，使用的是接驳了一颗QCA9984来提供另外一个5G 4X4MU-MIMO的1733Mbps的带宽来保证RBR50和RBS50之间的链接。

7)内置NAT网络硬件加速器。

所述AP主控芯片高通QCA4019用于实现整合了四核的ARM CPU单元和两个WIFI频段IC还有千兆网络的MAC单元以及内存控制器和一系列外展接口，实现路由功能，所述高通QCA4019用于和交换机芯片进行通信，实现千兆以太网的数据交互。

在一个实施例中，所述的交换机芯片采用的是88E6097，所述的88E6097是一颗二口千兆、八口百兆芯片，用于配合IPQ4019的实现通信，以PSGMII接口相连，提供五二口千兆、八口百兆完整的功能使用。IPQ4019是一颗高通的5G WIFI芯片，其特色是支持4X4MU-MIMO，单MIMO可以达到433Mbps，4X4可以达到1733Mbps的带宽。

在一个实施例中，天线电路选用2.4G/5G天线电路，且在2.4G/5G天线电路与AP主控芯片SOC之间设置有射频放大器。所述射频放大器采用BGU7258芯片，该芯片包含放大器，能够将采用到的信号放大后进行传输。

所述单片机是本实用新型铁路AP网关的扩展装置，通过串口与AP主控相连，做CAN总线透传；所述单片机选用LPC1778单片机，LPC1788是恩智浦推出集成LCD图像控制器的ARM Cortex-M3微控制器，是NXP半导体针对各种高级通讯，高质量图像显示等应用场合而设计的一款具有高集成度，以Cortex-M3为内核的微控制器。微控制器包含有LCD控制器，10/100的以太网EMAC，USB全速Device/Host/OTG控制器，CAN总线控制器，SPI，SSP，IIC,IIS以及外部存储控制器EMC等资源。

在一个实施例总，如图3-图6所示，所述以太网接口电路包括以太网PHY芯片、网络隔离变压器和以太网总线接口，所述以太网PHY芯片通过网络隔离变压器与以太网总线接口电路连接。

参加图4，所述以太网PHY芯片选用W5530，W5300芯片是一款集成全硬件TCP/IP协议栈的嵌入式以太网控制器，为单片机提供了更加简单、快速、稳定、安全的以太网接入方案。W5300支持8/16位数据总线接口与主机进行通信，且支持DMA(直接存储器访问)模式，极大提高了W5300的性能，再加上W5300片上128K的收/发缓存，使得W5300性能产生质的提升，最高吞吐率可达80Mbps。W5300内部集成了以太网数据链路层(MAC)和10Base T/100BaseTX以太网物理层(PHY)，支持自动协商(10/100-Based全双工/半双工)、自动极性转换，并内嵌8个独立硬件Socket可以进行8路独立通信，该8路Socket的通信效率互不影响。

参见图5，为一个实施例中网络隔离变压器的结构性示意图，该网络隔离变压器包括MS10232NL芯片和ufsufs08a2.8l04防静电ESD芯片，并配合电阻RN7-RN12，CN9-CN12，以及CN33-CN35，共同组成本实施例的隔离变压器，使得芯片端与外部隔离，提高抗干扰能力。

参见图6，为一个实施例中以太网总线接口的示意图，该接口选用ZZC-100TA。

本实施例提供的一种铁路AP(Access Point)网关，专为车地无线通信而设计的，本申请的实施例的设计非常紧凑，集成了2个AP和1个5口网管型千兆交换机，支持宽范围AC/DC电源输入，是一款强固型的无线单元。此外，IP68防护等级外壳确保产品可应用于恶劣的户外环境，M12抗振连接头可提供抗振保护。车地通信通常包含了重要的信号数据的传输，因此无线网络的可靠性对列车安全运行会带来巨大的影响。要构建一个可靠的车地无线通信，需要3个网络组建——1台无线AP、1台交换机和1个电源适配器。但是，由于现场安装的空间有限，本发明实施例采用了一体化的设计，不仅提供可靠的通信网络，确保互操作性，也使得安装更简单，而且还符合铁路应用的相关标准，适用于恶劣的现场环境。

本申请的实施例采用了先进的基于控制器的基于802.11R无线漫游切换技术，适用于CBTC系统(基于无线通信的列车自动控制系统)。此外，TAP-6226最高可为4台PoE设备供电，同时支持Moxa Turbo Chain网络冗余技术，提供可靠的网络连接。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种铁路AP网关，其特征在于，包括AP主控芯片SOC、交换机芯片、以太网接口电路、CAN接口电路、单片机芯片以及天线电路，所述单片机芯片、交换机芯片、天线电路均与AP主控芯片SOC连接，所述CAN接口电路与单片机芯片连接，所述以太网接口电路与交换机芯片连接；所述天线电路与AP主控芯片SOC之间设有射频放大器。

2.根据权利要求1所述的铁路AP网关，其特征在于，所述AP主控芯片SOC选用高通QCA4019。

3.根据权利要求2所述的铁路AP网关，其特征在于，所述QCA4019内置四核ARM Cortex-A7 CPU、两个WIFI单元、16bit DDR3内存控制器、SGMII接口、USB3.0接口、USB2.0接口、一条PCIE2.0X1的通道以及NAT网络硬件加速器。

4.根据权利要求1所述的铁路AP网关，其特征在于，所述的交换机芯片采用88E6097。

5.根据权利要求1所述的铁路AP网关，其特征在于，还包括设置在天线电路与AP主控芯片SOC之间的射频放大器，所述射频放大器采用BGU7258芯片。

6.根据权利要求1所述的铁路AP网关，其特征在于，所述天线电路为2.4G/5G天线电路。

7.根据权利要求1所述的铁路AP网关，其特征在于，所述单片机芯片采用LPC1778单片机。

8.根据权利要求1所述的铁路AP网关，其特征在于，所述以太网接口电路包括以太网PHY芯片、网络隔离变压器和以太网总线接口，所述以太网PHY芯片通过网络隔离变压器与以太网总线接口电路连接。

9.根据权利要求1所述的铁路AP网关，其特征在于，所述CAN接口电路包括CAN接口芯片和光耦隔离模块。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的铁路AP网关，其特征在于，还包括外壳，所述AP主控芯片SOC、交换机芯片、以太网接口电路、CAN接口电路、单片机芯片以及天线电路均设置在外壳内，所述外壳采用IP68防护等级外壳。