一种光电复合地面电子单元

1.本实用新型涉及轨道交通领域的信息传输系统，具体的，涉及一种光电复合地面电子单元。


背景技术：

2.地面电子单元(简称leu)是一种数据采集与处理单元。地面电子单元(leu)是应答器传输系统中的重要组成部分(如图1所示)，它根据外界条件的变化，选择存储在地面电子单元(leu)中的其中一条报文传送给地面有源应答器进行发送，或将外部发送的应答器报文直接向有源应答器传送。地面电子单元(leu)为列控中心(tcc)与应答器之间提供接口，主要有以下功能：(1)接收外部发送的报文并连续向应答器转发；(2)当输入通道故障或地面电子单元(leu)内部有故障时，向应答器发送预先存储的默认报文；(3)当有车载天线经过有源应答器上方时，地面电子单元(leu)不转换新的报文；(4)1台地面电子单元(leu)可以同时向多台有源应答器(通常为4台)发送不同的报文；(5)设备自检及事件记录，并向外部设备上传。
3.现有地面电子单元(leu)的系统框图如图2所示，其主要功能如下：
4.(1)报文接收
5.输入通道和接口单元采用冗余机制，有双套同时工作，即使有一路通道或接口电路发生故障，也不会影响地面电子单元(leu)与列控中心(tcc)之间的通信。
6.微处理器通过通信接口周期性地从列控中心(tcc)接收报文，并把报文传送到逻辑控制单元，由逻辑控制单元把周期性的报文变为连续的报文输出。如果通道故障或地面电子单元(leu)内部故障，微处理器无法接收到正确的列控中心(tcc)报文，此时，便从报文存储器中选择出相应的默认报文，并传送到逻辑控制单元。
7.此外，采用安全通信协议保证通信的可靠性，除采用常见的编码、帧结构定义和crc 校验外，其最大的特点是引入时间戳概念，从而确保了通信信息的正确性、实时性、完整性以及信息顺序的正确性。
8.(2)逻辑控制单元
9.微处理器收到报文后，把报文转储在逻辑控制单元中，逻辑控制单元相当于发送缓冲器，以564.48kbps的速率将报文(如1023比特长的报文)循环地输出。逻辑控制单元除输出报文数据外，还产生c6接口所需要的8.82khz正弦波供电信号。
10.(3)功率放大
11.由于c接口定义的报文数据c1和接口供电信号c6在频率上相差很大，需要分别进行功率放大。将经过放大后的c1和c6信号耦合到一个变压器内，从而实现了在一对传输线上传送两种信号。
12.在图2中，现有地面电子单元(leu)存在以下不足：
13.(1)列控中心(tcc)通过通信接口(rs485/422串行接口)将报文信息发送给地面电子单元(leu)，串行接口速率低(38.4kbps)，报文传输延时大。
14.(2)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。
15.(3)易受雷电干扰，外在电磁干扰能影响从地面电子单元(leu)到有源应答器的报文基带信号质量。
16.(4)地面电子单元(leu)将放大后的供电信号与报文信号耦合到专用高频双绞屏蔽电缆上传输，导致报文信号受到了供电信号的干扰，降低了系统传输的可靠性。
17.(5)现有系统为地面电子单元(leu)至有源应答器的单工传输系统，地面电子单元(leu)只能检测到电缆线路是否有故障，而不能检测到有源应答器是否正确接收到报文。


技术实现要素：

18.针对现有地面电子单元(leu)存在的不足，本实用新型提出一种光电复合地面电子单元(o/e-leu)。
19.本实用新型技术方案为：
20.一种光电复合地面电子单元(o/e-leu)包括光信号收发原始报文模块、逻辑控制及编码模块、光信号收发编码报文模块、程序存储模块、报文存储模块、检测记录模块和电源模块；所述光信号收发原始报文模块对外通过光纤与列控中心连接，光信号收发原始报文模块输出端连接逻辑控制及编码模块，所述逻辑控制及编码模块的输出连接光信号收发编码报文模块，所述光信号收发编码报文模块的输出通过光电复合缆连接外部有源应答器；所述报文存储模块、检测记录模块分别与逻辑控制及编码模块连接；所述报文存储模块为存储器芯片，用于存储o/e-leu发送给地面有源应答器的默认报文信息；所述检测记录模块为存储器芯片，用于存储o/e-leu系统状态检测结果数据；所述程序存储模块为存储器芯片，用作o/e-leu的程序存储器；所述电源模块为整个o/e
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leu供电。
21.其中，所述光信号收发原始报文模块为创新模块，包括光通信接口和光口数据收发模块一。所述光通信接口的输出连接光口数据收发模块一，光口数据收发模块一的输出连接所述逻辑控制及编码模块。
22.所述光通信接口为现有技术，用于完成光电信号的转化，包括gtp接口和gtp接口外围电路；
23.所述光口数据收发模块一包括：gtp rx模块、gtp tx模块、gtp数据存储模块和 gtp数据回传模块，所述gtp rx模块对外与光通信接口中的gtp接口连接，gtp rx模块的输出与gtp数据存储模块连接，gtp数据存储模块的输出连接到gtp数据回传模块和逻辑控制及编码模块，gtp数据回传模块输出与gtp tx模块连接；所述gtp rx模块接收来自光通信接口中的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模块回传至列控中心，同时，该报文数据传输到逻辑控制及编码模块做进一步处理；
24.其中，所述逻辑控制及编码模块包括：逻辑控制模块、dbpl编码模块(差分双相电平码)和882khz正弦波生成模块；所述逻辑控制模块输入端与光口数据收发模块一相连，输出端分别与dbpl编码模块和8.82khz正弦波生成模块相连，完成以下功能：根据光信号收发原始报文模块接收的报文信息来判断相应的目标有源应答器，控制dbpl编码模块对报文数据进行编码并传给目标有源应答器对应的光口数据收发模块二，控制 8.82khz正弦波生成
模块；dbpl编码模块负责对报文数据进行编码，具体流程在中华人民共和国铁道行业标准tb/t3485-2017中已给出。8.82khz正弦波生成模块产生8.82khz正弦波信号，该正弦波信号通过功率放大模块放大后连接光电复合缆中的电源线，向有源应答器供电。
25.其中，所述光信号收发编码报文模块实现o/e-leu与有源应答器之间的光信号传输。包括：光口数据收发模块二和光通信接口。所述光口数据收发模块二包括：gtprx模块、gtptx模块、gtp接收数据存储模块和gtp发送数据存储模块。gtprx模块、gtptx模块均与光通信接口中的gtp接口连接，gtprx模块的输出与gtp接收数据存储模块连接，gtp发送数据存储模块的输出与gtptx模块连接。
26.光信号收发编码报文模块连接光电复合缆中的光纤，与有源应答器通信。
27.整个系统工作流程如下：
28.(1)光信号收发原始报文
29.光信号收发原始报文模块利用gtp光接口连接光纤后连接到列控中心(tcc)，由光口数据收发模块一接收列控中心(tcc)产生的报文数据，并将报文传送到逻辑控制及编码模块，由逻辑控制及编码模块将报文传送给对应的有源应答器。传输报文所采用的编码、帧结构、crc校验、时间戳等安全通信协议与现有地面电子单元(leu)保持一致。
30.如果由于通道故障或光电复合地面电子单元(o/e-leu)内部故障，光口数据收发模块一无法接收到正确的列控中心(tcc)报文，此时逻辑控制及编码模块读取报文存储模块中的默认报文传送给有源应答器。
31.与现有地面电子单元(leu)不同，本技术提出的光电复合地面电子单元(o/e-leu)除了采用光纤传输、将供电信号与报文信号独立传输以外，还拥有全双工通信功能：光电复合地面电子单元(o/e-leu)与有源应答器之间全双工通信、光电复合地面电子单元(o/e-leu)与列控中心(tcc)之间全双工通信。采用全双工通信，实现列控中心(tcc)到光电复合地面电子单元(o/e-leu)再到有源应答器之间全双工回环通信。
32.(2)逻辑控制及编码
33.逻辑控制及编码模块对原始报文数据进行dbpl编码并将编码报文发送给目标应答器对应的光口数据收发模块二，并持续产生8.82khz的交流供电信号。交流供电信号经过功率放大后，通过光电复合缆中的电源线进行传输。在列控中心(tcc)与光电复合地面电子单元(o/e-leu)出现通信故障时，逻辑控制及编码模块读取报文存储模块中的默认报文传送给有源应答器。
34.(3)光信号收发编码报文
35.经过dbpl编码后的报文信息传送给光信号收发编码报文模块，由该模块转换成光信号，通过光电复合缆中的光纤进行发送。
36.光信号收发编码报文模块是负责光电复合地面电子单元(o/e-leu)与有源应答器之间全双工通信的模块。它不仅向有源应答器发送编码报文信息，还负责接收有源应答器回传的接收报文确认消息。
37.有益效果：
38.本技术提出的光电复合地面电子单元(o/e-leu)具有以下优点：
39.(1)列控中心(tcc)到光电复合地面电子单元(o/e-leu)再到有源应答器全程采用光纤传输报文数据，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。
40.(2)列控中心(tcc)到光电复合地面电子单元(o/e-leu)再到有源应答器全程传输速率由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，列控中心(tcc)到地面电子单元(leu)采用传统线缆传输需要26.6毫秒(38.4kbps 串行接口速率)；地面电子单元再转发该报文到有源应答器，采用传统电缆传输需要1.8 毫秒(564.48kbps串行接口速率)。而本技术提出的采用光纤传输(如1.25gbps速率) 仅需0.8微秒。
41.(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。
42.(4)采用光电复合缆传输，使得光电复合地面电子单元(o/e-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。供电信号也可由其它专用电源模块产生，单独供电。
43.(5)双向通信确认机制：光电复合地面电子单元(o/e-leu)与有源应答器之间全双工通信、光电复合地面电子单元(o/e-leu)与列控中心(tcc)之间全双工通信。采用全双工通信，实现列控中心(tcc)到光电复合地面电子单元(o/e-leu)再到有源应答器之间双向回环通信，从而保障了列控中心(tcc)和光电复合地面电子单元 (o/e-leu)都能实时确认有源应答器接收到的报文内容是否正确，提高了传输报文的可靠性。
附图说明
44.图1应答器传输系统
45.图2传统地面电子单元(leu)的系统框图
46.图3光电复合地面电子单元(o/e-leu)的系统框图
47.图4：光电复合地面电子单元(o/e-leu)系统实现电路图
具体实施方式
48.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。
49.实施例1
50.光电复合地面电子单元(o/e-leu)采用fpga实现，框图如图4所示。光电复合地面电子单元(o/e-leu)包括光信号收发原始报文模块、逻辑控制及编码模块、光信号收发编码报文模块、程序存储模块、报文存储模块、检测记录模块和电源模块等七部分功能模块。
51.所述光信号收发原始报文模块包括：光通信接口和光口数据收发模块一。其中，光口数据收发模块一为本实用新型创新之处。
52.所述光通信接口包括：gtp接口、gtp接口外围电路。光通信接口完成光电信号的转化，为现有技术。gtp接口也可以由更高速率的gtx接口、gth接口或gtz接口替代。所述光通信接口有相同的两套接口，实现主备冗余配置。
53.所述光口数据收发模块一包括：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模块回传至列控中心(tcc)，同时，该报文数据传输到逻辑控制及编码模块做进一步处理。
54.所述逻辑控制及编码模块包括：逻辑控制模块、dbpl编码模块(差分双相电平码) 和8.82khz正弦波生成模块；所述逻辑控制模块首先根据光信号收发原始报文模块接收的报文信息来判断相应的目标有源应答器，然后控制dbpl编码模块对报文数据进行编码，最后将编码报文数据传给目标有源应答器对应的光口数据收发模块二。dbpl编码模块负责对报文数据进行编码，具体流程在中华人民共和国铁道行业标准tb/t 3485
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2017中已给出。8.82khz正弦波生成模块产生8.82khz正弦波信号，该正弦波信号通过功率放大模块放大后连接光电复合缆中的电源线，向有源应答器供电。
55.所述光信号收发编码报文模块实现o/e-leu与有源应答器之间的光信号传输。包括：光口数据收发模块二、光通信接口。所述光口数据收发模块二包括：gtp rx模块、gtptx模块、gtp接收数据存储模块和gtp发送数据存储模块。gtp rx模块、gtp tx模块均与光通信接口中的gtp接口连接，gtp rx模块的输出与gtp接收数据存储模块连接， gtp发送数据存储模块的输出与gtp tx模块连接。光信号收发编码报文模块连接光电复合缆中的光纤，与有源应答器通信。
56.所述程序存储模块为存储器芯片，用于存储光电复合地面电子单元(o/e-leu)运行的程序。
57.所述报文存储模块为存储器芯片，用于存储o/e-leu发送给地面有源应答器的默认报文信息。
58.所述检测记录模块为存储器芯片，用于存储o/e-leu系统状态检测结果数据。该检测结果数据通过光口数据收发模块一回传给列控中心(tcc)。
59.所述电源模块为o/e-leu系统提供工作电源。
60.整个系统工作流程如下：
61.(1)光信号收发原始报文
62.输入光纤通道和接口单元配置两套同时工作，且每套接口都有光纤收发通道。即使有一路光纤通道或者接口电路发生故障，也不会影响到光电复合地面电子单元(o/e
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leu)与列控中心(tcc)之间的通信。此处的光信号收发原始报文模块也可由 1000m/100m/10m的ethernet(以太网)收发模块替代。
63.光信号收发原始报文模块利用gtp光接口连接光纤连接列控中心(tcc)，由光口数据收发模块一接收列控中心(tcc)产生的报文数据，并将报文传送到逻辑控制及编码模块，由逻辑控制及编码模块将报文传送给对应的有源应答器。传输报文所采用的编码、帧结构、crc校验、时间戳等安全通信协议与现有地面电子单元(leu)保持一致。
64.如果由于通道故障或光电复合地面电子单元(o/e-leu)内部故障，光口数据收发模块一无法接收到正确的列控中心(tcc)报文，此时逻辑控制及编码模块读取报文存储模块中的默认报文传送给有源应答器。
65.与现有地面电子单元(leu)不同，本实用新型提出的光电复合地面电子单元(o/e
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leu)除了采用光纤传输、将供电信号与报文信号独立传输以外，还拥有全双工通信功能：光
电复合地面电子单元(o/e-leu)与有源应答器之间全双工通信、光电复合地面电子单元(o/e-leu)与列控中心(tcc)之间全双工通信。采用全双工通信，实现列控中心(tcc)到光电复合地面电子单元(o/e-leu)再到有源应答器之间全双工回环通信。
66.(2)逻辑控制及编码
67.逻辑控制及编码模块对原始报文数据进行dbpl编码并将编码报文发送给目标应答器对应的光口数据收发模块二，并持续产生8.82khz的交流供电信号。交流供电信号经过功率放大后，通过光电复合缆中的电源线进行传输。此处的8.82khz的交流供电信号可由图4中采用fpga和功率放大模块实现，也可由专用电源模块实现。在列控中心(tcc) 与光电复合地面电子单元(o/e-leu)出现通信故障时，逻辑控制及编码模块读取报文存储模块中的默认报文传送给有源应答器。
68.(3)光信号收发编码报文
69.经过dbpl编码后的报文信息传送给光信号收发编码报文模块，由该模块转换成光信号，通过光电复合缆中的光纤进行发送。
70.光信号收发编码报文模块是负责光电复合地面电子单元(o/e-leu)与有源应答器之间全双工通信的模块。它不仅向有源应答器发送编码报文信息，还负责接收有源应答器回传的接收报文确认消息。
71.实施例2
72.在实施例1中采用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一(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)，逻辑控制及编码模块、8.82khz正弦波生成模块。