CN215734264U - 光电复合有源应答器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及轨道交通领域的信息传输系统，具体的，涉及一种光电复合有源应答器，包括：A接口部分，O/E接口部分，制造信息存储，报文存储以及应答器控制模块。O/E接口部分为本实用新型创新部分，其对外连接光电复合缆。O/E接口部分包括：EMC防护模块，O/E接口工作电源模块，GTP接口，GTP外围接口电路，光口数据收发模块，数据提取模块，逻辑控制模块，串行接口。本实用新型提出的光电复合有源应答器具有传输距离长，抗干扰能力强，全双工通信的特点。

Description

光电复合有源应答器

技术领域

本实用新型涉及轨道交通领域的信息传输系统，具体的，涉及一种光电复合有源应答器。

背景技术

应答器传输系统是一种基于电磁耦合原理实现的地面到列车的传输系统，用于在特定地点从地面向列车传送信息，它能向车载子系统发送报文信息，既可以传送固定信息，也可连接轨旁单元传送可变信息。应答器分为无源应答器和有源应答器。无源应答器无需供电，用于传输应答器内部存储的固定信息；而现有的有源应答器需要通过电缆与地面电子单元(LEU)连接，它由地面电子单元(LEU)供电并提供需要发射的可变应答器报文。该现有的有源应答器电路构成如图1所示，包括C接口部分、A接口部分、以及存储和控制模块。其中，C接口部分连接地面电子单元(LEU)，接收地面电子单元(LEU)的供电信号以及报文基带信号。地面电子单元(LEU)的供电信号和报文基带信号耦合在一对差分线上进行传输，送达到有源应答器。

如图1所示有源应答器中，C接口部分进行以下处理：

(1)将输入的电信号通过电磁兼容性防护模块(EMC)，防止输入信号电流电压信号过大损坏有源应答器设备；

(2)C6接口连接C接口工作电源模块，将地面电子单元(LEU)的供电信号形成稳定的C接口部分工作电源；

(3)C1接口连接带通滤波器，通过带通滤波器滤除C6接口中的交流供电信号(8.82kHz正弦波)，从而避免供电信号对接收的报文基带信号形成强干扰。

(4)数据提取(DBPL解码)单元负责将接收的报文基带信号进行解码，恢复出原始报文″0″、″1″比特流。

在有源应答器中，A接口部分主要完成两项工作：

(1)通过耦合线圈接收车载天线发送的功率载波能量，并将接收的电磁能量转换成电能；

(2)利用这些电能，将存储信息或者C1接口解码的信息经过调制后循环向车载设备发送报文信号。

在有源应答器中，存储单元主要存储一些固定的报文信息，在地面电子单元(LEU)与有源应答器连接出现故障时，将发送这些固定的报文信息。

在有源应答器中，控制模块负责选取需要发送的报文。

现有的有源应答器存在以下不足：

(1)连接地面电子单元(LEU)与有源应答器的电缆是专用高频双绞屏蔽电缆，它存在价格昂贵、可靠传输距离短(中华人民共和国铁道行业标准TB/T 3485-2017要求最长不超过2.5km)、传输速率低(564.48kbps)、报文传输时延大。

(2)易受雷电干扰，外在电磁干扰能影响到报文基带信号质量。

(3)由于供电信号频率(8.82kHz)落在报文基带信号频带(564.48kHz)内，用于滤除供电信号的带通滤波器也滤除了部分报文基带信号，降低了DBPL解码正确率。

(4)由于单个地面电子单元(LEU)通常连接多个远近距离不同的有源应答器单元，多个有源应答器收到的信号质量一致性较差。距离近的有源应答器接收信号好，距离远的有源应答器接收信号差。

(5)地面电子单元(LEU)至有源应答器之间为单工通信，地面电子单元(LEU)只能检测到电缆线路是否故障，而有源应答器是否正确接收到报文并不会告知地面电子单元(LEU)。

实用新型内容

本实用新型目的在于克服现有技术不足，开发了一种新型的光电复合有源应答器。

技术方案如下：

本实用新型提出的光电复合有源应答器，包括：A接口部分，O/E接口部分，制造信息存储，报文存储以及应答器控制模块。其中，A接口部分、报文存储以及应答器控制模块，以及它们之间的功能关系皆采用了现有技术。

所述O/E接口部分为本申请创新部分包括：EMC防护模块，O/E接口工作电源模块，GTP接口，GTP外围接口电路，光口数据收发模块，数据提取模块，逻辑控制模块，串行接口；O/E接口部分可以用FPGA实现，也可以用专用光口收发芯片与ARM、DSP等微处理器芯片进行联合实施。O/E接口部分对外连接光电复合缆，光电复合缆包括电源线与光纤。

所述EMC防护模块连接光电复合缆的电源线，作为其输入，EMC防护模块的输出与所述O/E接口工作电源模块相连，O/E接口工作电源模块为整个O/E接口部分电路供电。

所述光电复合缆的光纤通过GTP外围接口电路与GTP接口连接，GTP接口接收报文数据，然后经由光口数据收发模块的输入/输出数据线连接到数据提取模块；数据提取模块通过串行接口与应答器控制模块连接；所述外围GTP接口电路为现有技术，它可由GTX、GTH或GTZ等光接口替代。

所述光口数据收发模块包括：GTP RX模块、GTP TX模块、GTP数据存储模块和GTP数据回传模块，其中，所述GTP RX模块接收来自GTP接口的报文数据，交由GTP数据存储模块储存，报文数据通过GTP数据回传模块和GTP TX模块回传通信至对端，同时，该报文数据传输到数据提取模块做进一步处理。注：为了充分发挥光纤传输大容量的优势，GTP数据回传模块不仅回传GTP数据存储模块中存储的报文，还回传数据提取模块发送到串行接口的报文数据、以及必要的有源应答器工作状态信息。

所述数据提取模块包括三个子模块：帧校验模块、报文解码模块和差分曼彻斯特编码波形输出模块，其中：

所述帧校验模块完成报文校验，检查报文正确性。

所述报文解码模块执行报文解码功能，包括三个子模块，位检查模块、码字生成模块和解码输出模块。输入报文首先由位检查模块检查报文的控制位、附加位是否正确；然后由码字生成模块完成10位到11位的码字转换，生成新码字；解码输出模块将解码获得的码字输出到差分曼彻斯特编码模块。

所述曼彻斯特编码波形输出模块执行差分曼彻斯特编码并将波形输出到串行接口。

所述逻辑控制模块功能是根据操作指令分别对光口数据收发模块、数据提取模块和串行接口进行逻辑控制，逻辑控制主要内容包括使能、复位、同步等。

通过以上电路设计技术方案，应用时，本申请的O/E接口部分通过光电复合缆连接地面电子单元(LEU)，接收地面电子单元(LEU)的供电信号以及报文基带信号。地面电子单元(LEU)的供电信号和报文基带信号在光电复合缆中分别通过电源线和光纤独立传输，互不影响。送达到光电复合有源应答器后进行以下处理：

(1)将输入光电复合缆中的电源线接入电磁兼容性防护模块(EMC)，防止输入信号电流电压信号过大损坏有源应答器设备；然后接入到工作电源模块，形成稳定的O/E接口部分工作电源；

(2)将输入光电复合缆中的光纤接入GTP接口，然后经由光口数据收发模块接收报文数据；

(3)数据提取模块负责将接收的报文数据进行解码，恢复出原始报文″0″、″1″比特流；

(4)数据提取模块恢复的报文数据如果通过了校验，则通知有源应答器控制模块接收到新报文，并反向通过光口数据收发模块将报文信息(或正确接收报文确认消息)回传给地面电子单元(LEU)，地面电子单元(LEU)接收后同时转发给列控中心；否则，向地面电子单元(LEU)回传传输失败消息。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)光纤传输性能的回波损耗可达50dB以上，大大优于中华人民共和国铁道行业标准TB/T 3485-2017要求的电缆回波损耗6dB，接收的光信号质量大大优于电信号质量。

(2)地面电子单元(LEU)至光电复合有源应答器之间的传输速率由现有的kbps提升到Gbps，极大降低了报文传输时延。以典型的1023比特报文为例，采用传统564.48kbps电缆传输速率需要1.8毫秒，而采用1.25Gbps光纤传输仅需0.8微秒。

(3)将专用高频双绞屏蔽电缆改为光电复合缆，光电复合缆价格低廉、体积小、寿命长，其中光纤传输报文信息，光纤具有绝缘、不易受雷电等电磁干扰破坏，传输距离最长可达数百千米，大大增加了有源应答器铺设范围。

(4)采用光电复合缆传输，使得地面电子单元(LEU)的供电信号不再耦合到报文基带信号中，有效避免了报文基带信号受供电信号的影响。

(5)双工通信，将应答器解码成功的报文再通过光纤实时回传给地面电子单元(LEU)，并通过地面电子单元(LEU)转发给列控中心，从而保障了列控中心和地面电子单元(LEU)都能实时确认向光电复合有源应答器传送的报文内容是否正确接收，提高了报文数据传输的可靠性。

附图说明

图1现有有源应答器系统

图2光电复合有源应答器系统

图3 O/E接口部分的光电收发及信号处理电路框图

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图2所示，为本实用新型提出的光电复合有源应答器框图，包括A接口部分，O/E接口部分，制造信息存储，报文存储以及应答器控制模块。其中，A接口部分、报文存储以及应答器控制模块，以及它们之间的功能关系皆采用了现有技术，其中A接口部分包括耦合线圈，过滤保护，27M高频接收滤波器，数据收发，A接口工作电源。

所述O/E接口部分为本申请创新部分，包括：EMC防护模块，O/E接口工作电源模块，GTP接口，GTP外围接口电路，光口数据收发模块，数据提取模块，逻辑控制模块，串行接口。举例而非限定，在本实施例中，O/E接口部分用FPGA实现。O/E接口部分对外连接光电复合缆，光电复合缆包括电源线与光纤。

所述EMC防护模块连接光电复合缆的电源线，作为其输入，EMC防护模块的输出与所述O/E接口工作电源模块相连，O/E接口工作电源模块为整个O/E接口部分电路供电。

光电复合缆的光纤与所述GTP接口连接，然后经由光口数据收发模块的输入/输出数据线连接到数据提取模块。

进一步的，如图3所示，所述光口数据收发模块包括：GTP RX模块、GTP TX模块、GTP数据存储模块和GTP数据回传模块，其中，所述GTP RX模块接收来自GTP接口的报文数据，交由GTP数据存储模块储存，报文数据通过GTP数据回传模块和GTP TX模块回传通信至对端，同时，该报文数据传输到数据提取模块做进一步处理。注：为了充分发挥光纤传输大容量的优势，GTP数据回传模块不仅回传GTP数据存储模块中存储的报文，还回传数据提取模块发送到串行接口的报文数据、以及必要的有源应答器工作状态信息。

所述GTP接口为FPGA自带，通过GTP外围接口电路与光纤接口连接。所述外围GTP接口电路为现有技术，它可由GTX、GTH或GTZ等光接口替代。

所述数据提取模块包括三个子模块：帧校验模块、报文解码模块和差分曼彻斯特编码波形输出模块，其中：

所述帧校验模块完成报文校验，检查报文正确性。

所述报文解码模块执行报文解码功能，包括三个子模块，位检查模块、码字生成模块和解码输出模块。输入报文首先由位检查模块检查报文的控制位、附加位是否正确；然后由码字生成模块完成10位到11位的码字转换，生成新码字；解码输出模块将解码获得的码字输出到差分曼彻斯特编码模块。

所述曼彻斯特编码波形输出模块执行差分曼彻斯特编码并将波形输出到串行接口。

所述逻辑控制模块功能是根据操作指令分别对光口数据收发模块、数据提取模块和串行接口进行逻辑控制，逻辑控制主要内容包括使能、复位、同步等。

通过以上电路设计技术方案，应用时，本申请的O/E接口部分通过光电复合缆连接地面电子单元(LEU)，接收地面电子单元(LEU)的供电信号以及报文基带信号。地面电子单元(LEU)的供电信号和报文基带信号在光电复合缆中分别通过电源线和光纤独立传输，互不影响。送达到光电复合有源应答器后进行以下处理：

(1)将输入光电复合缆中的电源线接入电磁兼容性防护模块(EMC)，防止输入信号电流电压信号过大损坏有源应答器设备；然后接入到工作电源模块，形成稳定的O/E接口部分工作电源；

(2)将输入光电复合缆中的光纤接入GTP接口，然后经由光口数据收发模块接收报文数据；

(3)数据提取模块负责将接收的报文数据进行解码，恢复出原始报文″0″、″1″比特流；

(4)数据提取模块恢复的报文数据如果通过了校验，则通知有源应答器控制模块接收到新报文，并反向通过光口数据收发模块将报文信息(或正确接收报文确认消息)回传给地面电子单元(LEU)，地面电子单元(LEU)接收后同时转发给列控中心；否则，向地面电子单元(LEU)回传传输失败消息。

实施例2

在实施例1中O/E接口部分用FPGA实现。举例而非限定，还可以采购专用光口收发芯片与ARM、DSP等微处理器芯片进行联合实施，以代替实施例1中所述光口数据收发模块包括：GTP RX模块、GTP TX模块、GTP数据存储模块和GTP数据回传模块，逻辑控制模块，帧校验模块、报文解码模块，差分曼彻斯特编码波形输出模块以及串行接口输出。

Claims (3)

1.一种光电复合有源应答器，包括A接口部分，制造信息存储，报文存储和应答器控制模块；其特征是，还包括O/E接口部分，该O/E接口部分对外连接光电复合缆，所述光电复合缆包括电源线与光纤；

所述O/E接口部分包括：EMC防护模块，O/E接口工作电源模块，GTP接口，GTP外围接口电路，光口数据收发模块，数据提取模块，逻辑控制模块，串行接口；

所述EMC防护模块连接光电复合缆的电源线，作为其输入，EMC防护模块的输出与所述O/E接口工作电源模块相连，O/E接口工作电源模块为整个O/E接口部分电路供电；

所述光电复合缆的光纤通过GTP外围接口电路与GTP接口连接，供GTP接口接收报文数据，然后经由光口数据收发模块的输入/输出数据线连接到数据提取模块；数据提取模块通过串行接口与应答器控制模块连接；

所述逻辑控制模块分别对光口数据收发模块、数据提取模块和串行接口进行逻辑控制。

2.如权利要求1所述一种光电复合有源应答器，其特征是，进一步的，所述光口数据收发模块包括：GTP RX模块、GTP TX模块、GTP数据存储模块和GTP数据回传模块，其中，所述GTP RX模块接收来自GTP接口的报文数据，交由GTP数据存储模块储存，报文数据通过GTP数据回传模块和GTP TX模块回传至通信对端，同时，该报文数据传输到数据提取模块。

3.如权利要求1所述一种光电复合有源应答器，其特征是，所述数据提取模块包括三个子模块：帧校验模块、报文解码模块和差分曼彻斯特编码波形输出模块，其中：

所述帧校验模块完成报文校验，检查报文正确性；

所述报文解码模块执行报文解码功能，包括三个子模块，位检查模块、码字生成模块和解码输出模块；输入报文首先由位检查模块检查报文的控制位、附加位是否正确；然后由码字生成模块完成10位到11位的码字转换，生成新码字；解码输出模块将解码获得的码字输出到差分曼彻斯特编码模块；

所述曼彻斯特编码波形输出模块执行差分曼彻斯特编码并将波形输出到串行接口。

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