一种STP车地数传电台通信多频点自动切频系统及方法

技术领域

本发明涉及无线调车机车信号和监控系统的车地通信领域，具体涉及一种STP车地数传电台通信多频点自动切频系统及方法。

背景技术

现有STP(无线调车机车信号和监控系统)系统单站车地无线数传电台通信通常都采用的是单一工作频点或固定点切频(如地面应答器或站场信号机等)方式，这种单站单一频点或固定位置切频对STP车载主机来说都是在一定区域采用单一频点与地面主机进行数据通信。而单一频点则存在无法完全覆盖站场所有区域范围的问题或者存在单个频点受到外部干扰导致通信故障的情况。

发明内容

为了解决STP车地通信单个频点容易受到通信盲区或外部干扰的影响而出现车地通信故障从而影响系统使用的情况，本发明的目的是提出一种采用单个车站单套地面机柜的数传电台配置多频点，并通过软件自动切换可用频点的车地通信设计方案。

为实现上述目的，本发明提出了一种STP车地数传电台通信多频点自动切频系统，包括地面主机模块、数传电台模块和STP车载主机，所述地面主机模块与数传电台模块进行通信，所述数传电台模块与STP车载主机进行通信；

所述数传电台模块包括多个工作频点不同的数传电台；

所述STP车载主机为车载电台，其天线中心频段覆盖多个所述数传电台的不同工作频点，将车载电台频点设置为与其中某个对应的数传电台的工作频点相同，车载电台与该对应的数传电台能够通信。

优选的，所述车载电台同一时刻与一个数传电台进行通信；STP车载主机根据需要自动切换所述车载电台的工作频点至与其他数传电台的工作频点相同的频点。

优选的，STP车载主机通过电台设置口设置所述车载电台的工作频点及功率，并通过该电台设置口获取该车载电台在当前工作频点下与地面通信的信号强度、信噪比以及通信数据接收状态。

优选的，在第一切换时间内车载电台未收到地面主机模块发送的数据，或者，在第一切换时间内车载电台与地面的通信质量不符合需求时，自动切换车载电台的工作频点至与其他数传电台的工作频点相同的频点。

优选的，根据机车与地面通信的状态，机车的状态包括注册状态、申请注册状态和注销状态；若STP车载主机接收到地面主机模块的数据但未处于注册状态，则STP车载主机通过数传电台模块向地面主机模块发送注册申请，使机车进入申请注册状态；地面主机模块接收到该注册申请后注册机车信息，使机车由申请注册状态转变为注册状态；若STP车载主机判断机车与地面通信出现故障，则使机车由注册状态转变为注销状态，直至下次STP车载主机接收到地面主机模块的数据重新进入注册状态。

优选的，所述第一切换时间小于STP车载主机判断机车与地面通信故障而注销机车的时间的1/3。

优选的，所述第一切换时间为2个数据发送循环周期；所述数据发送循环周期包括：地面主机模块向数传电台模块发送信息数据、数传电台模块向STP车载主机发送所述信息数据、STP车载主机向数传电台模块发送回执信息、数传电台模块向地面主机模块发送所述回执信息。

优选的，在多个所述数传电台的工作频点下所述车载电台均接收不到地面数据或者与地面的通信均不满足需求时，在第二切换时间后车载电台的工作频点自动切换为最初的工作频点，并每隔第二切换时间切换一次车载电台的工作频点。

优选的，所述第二切换时间为4个数据发送循环周期。

优选的，第一切换时间和第二切换时间之和不小于STP车载主机判断机车与地面通信故障而注销机车的时间。

优选的，多个数传电台的工作频点的选用需同时满足以下要求：在可用频点范围内；实地检测干扰源，多个不同频点均无干扰；多个频点之间的间隔大。

优选的，所述多个数传电台的工作频点的间隔大于电台对应模式下的带宽×10。

优选的，所述地面主机模块设置在地面机柜中，包括两台地面主机，分别为第一地面主机和第二地面主机；所述第一地面主机和第二地面主机均通过多个RS485串口分别与多个数传电台进行数据传输，每台地面主机均可与多个数传电台进行数据传输。

优选的，两台所述地面主机为双机热备方式，同一时刻只有一台地面主机作为主机，同时另一台地面主机作为备机；主机可同时通过多个数传电台收发数据，备机可以接收多个数传电台的数据但是不能发送数据。

优选的，第一地面主机和第二地面主机根据设定规则和工作状态自动切换主备机状态。

本发明还提供一种STP车地数传电台通信多频点自动切频方法，采用上述STP车地数传电台通信多频点自动切频系统，包括以下步骤：

S1、STP车载主机通过电台设置口根据配置参数设置车载电台的工作频点，地面主机模块根据默认配置设置地面主机模块的主备机；

S2、判断当前车载电台是否可以接收到地面主机模块发送的数据并使机车进入注册状态；

S3、在机车注册状态下，STP车载主机根据车载电台在当前工作频点下与地面通信的通信质量和数据接收状态判断是否需要切频。

其中，所述步骤S2进一步的包括以下步骤：

S21、在车载电台能在当前工作频点下接收到地面主机模块发送的数据且通信质量满足需求时，若机车不处于注册状态，则先在地面主机模块注册机车，再进入机车与地面的数据发送循环；若机车处于注册状态，则直接进入机车与地面的数据发送循环；

S22、若车载电台不能在当前工作频点接收到地面主机模块发送的数据或者通信质量不满足需求，则STP车载主机在第一切换时间后自动切换车载电台的频点，若此时车载电台在切换后的频点能接收到地面主机模块发送的数据且通信质量满足需求，则重复步骤S21；若在切换后的频点仍不能接收到地面主机模块发送的数据或者不满足通信质量需求，则继续在第一切换时间后切换车载电台的频点，直至切换后的频点能接收到地面主机模块发送的数据且通信质量满足需求。

其中，在将每个工作频点都轮流切换后，均不能满足通信需求时，在第二切换时间后，车载电台的工作频点自动切换为最初的工作频点，并按照4个数据发送循环周期轮流切换该些工作频点，直至车载电台的频点能接收到地面主机模块的数据且通信质量满足需求，进入步骤S21。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在不改变原有地面机柜配置的情况下，硬件上增加至少一路串口，通过RS485总线方式实现单系控制多个数传电台，多个数传电台设置成可用的多个公主频点，车载主机通过软件自动根据当前信号强度和信号质量以及通信状态在设定时间内完成工作频点的切换，频点切换可在通信中断周期内完成，可不影响系统的正常工作。本发明性价比高，在不增加硬件成本的条件下，通过改进设计、及软件数据配置实现了多频点工作机制，提升了STP系统的可用性和可靠性。

附图说明

图1为一种STP车地数传电台通信多频点自动切频系统的示意图；

图2为一种STP车地数传电台通信多频点自动切频方法的示意图；

图3为地面主机与数传电台通信的流程图；

图4为数传电台与车载电台通信的流程图。

具体实施方式

以下将结合本发明实施例中的图1～图4，对本发明实施例中的技术方案、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。

需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

一种STP车地数传电台通信双频点自动切频系统，如图1所示，包括地面主机模块、数传电台模块和STP车载主机，所述地面主机模块与数传电台模块进行通信，所述数传电台模块与STP车载主机进行通信；所述地面主机模块设置在地面机柜中，包括两台地面主机，分别为第一地面主机和第二地面主机；所述数传电台模块包括两个数传电台，分别为第一数传电台和第二数传电台；所述STP车载主机设置在机车上，为单个车载电台的形式。

所述第一地面主机和第二地面主机均通过两个RS485串口分别与第一数传电台和第二数传电台进行数据传输，每台地面主机均可与两个数传电台进行数据传输；RS485为总线式半双工传输，两台地面主机为双机热备方式，即同一时刻只有一台地面主机作为主机，同时另一台地面主机作为备机；主机可同时通过第一数传电台和第二数传电台收发数据，备机可以接收第一数传电台和第二数传电台的数据但是不能通过这两个数传电台发送数据。

所述地面主机模块和数传电台模块均设置于地面，当机车与地面正常通信时，数据发送是循环的，一个数据发送循环周期内包括：地面主机模块向数传电台模块发送信息数据、数传电台模块向STP车载主机发送所述信息数据。

根据机车与地面的通信状态，机车的状态包括注册状态、申请注册状态和注销状态；若STP车载主机接收到地面主机模块的数据但未处于注册状态，则STP车载主机通过数传电台模块向地面主机模块发送注册申请，使机车进入申请注册状态；地面主机模块接收到该注册申请后注册机车信息，使机车由申请注册状态转变为注册状态；若STP车载主机判断机车与地面通信出现故障，则使机车由注册状态转变为注销状态，直至下次STP车载主机接收到地面主机模块的数据重新进入注册状态。其中STP车载主机判断机车与地面出现通信故障而使机车由注册状态转变为注销状态的时间根据需要进行设置，本实施例中为六个数据发送循环周期，即在六个数据发送循环周期内机车与地面无法通信或通信质量不满足需求，则机车由注册状态转变为注销状态。

启动STP系统后，第一地面主机和第二地面主机根据设定规则和工作状态自动切换主备机状态。

所述第一数传电台和第二数传电台采用独立供电模式以及外部天线安装模式；对两个数传电台设置不同的工作频点，对于两个数传电台的工作频点选用，需要满足以下要求：

(1)符合当地无委会要求；

(2)在可用频点范围内；

(3)实地检测干扰源，两个频点均较干净无干扰；

(4)间隔较大，例如使两个数传电台的工作频点的间隔大于电台对应模式下的带宽×10，以防止单一干扰源对两个频点的干扰。

机车上的STP车载主机为单个车载电台的设计，STP车载主机通过电台设置口设置该单个车载电台的工作频点及功率等参数，并通过该电台设置口获取该车载电台在该工作频点下与地面通信的信号强度、信噪比、通信数据接收状态等工作信息，该些信息用于评判机车与地面通信的质量。

由于单个车载电台只能设置一个工作频点，因此机车同一时刻只能与一个数传电台进行通信；并且由于两个数传电台的工作频点不同，机车上的车载电台的天线中心频段需要覆盖数传电台的两个工作频点，将车载电台的频点设置为与对应的数传电台的工作频点相同，可以使车载电台与其当下对应的数传电台通信。

STP车载主机通过车载电台能否收到地面数据以及获取到的车载电台与地面通信的信号强度、信噪比信息和通信数据接收状态等信息综合判断是否需要进行频点切换，若需要切换，则通过电台设置口快速切换车载电台的工作频点。

具体的，STP车载主机根据当前通信信噪比、信号强度等数据，设置切换阈值，在机车处于注册状态下，STP车载主机对通信情况进行监控，当在第一切换时间内未收到地面主机模块发送的数据或者通信质量(信号强度和信噪比)不满足需求时，STP车载主机自动通过电台设置口将车载电台的工作频点切换为另一个；所述第一切换时间小于STP车载主机判断通信故障注销机车的时间的1/3，本实施例中采用2个数据发送循环周期作为第一切换时间，在2个数据发送循环周期结束后自动切换车载电台工作频点；通过电台设置口切换车载电台工作频点的所用时间一般为正常切换时间，即400ms，小于一个数据发送循环周期。切换车载电台的工作频点后，STP车载主机根据新的工作频点以及对应的数传电台与地面主机模块建立通信，发送数据。在该过程中，由于充分考虑到了车载电台频点切换时间和通信超时导致的机车注销时间，机车不会因为频点切换导致车地通信中断情况，系统可以正常使用，基本可以实现频点切换无缝衔接。

其中，本实施例中设置信号强度RSSI不低于-95dbm、信噪比SNR不低于-12db为满足通信质量需求。

另外，当机车不处于注册状态，若在当前工作频点下车载电台接收不到地面的数据或者通信质量不满足需求时，也在第一切换时间后自动切换车载电台的工作频点。

更多的，当车载电台的两个工作频点都存在干扰和通信故障的情况时，STP车载主机切换车载电台的工作频点后依然无法正确接收到地面数据，或者两个频点的通信质量都不满足需求时，在第二切换时间后车载电台的工作频点自动切换为之前的工作频点，所述第二切换时间为4个数据发送循环周期。此时经历了第一切换时间和第二切换时间，总共6个数据发送循环周期，机车已因超时由注册状态转变为注销状态，在注销状态下，STP车载主机不再对通信情况监控，在非监控状态下，STP车载主机每隔第二切换时间(4个数据发送循环周期)对车载电台的工作频点轮流进行切换，直至重新与地面建立通信。

虽然本实施例中第一切换时间与第二切换时间之和为6个数据发送循环周期，恰好为机车由注册状态转变为注销状态的时间，但需要说明的是，理论上第一切换时间与第二切换时间之和不小于机车由注册状态转变为注销状态的时间即可。

一种STP车地数传电台通信双频点自动切频方法，采用上述系统，如图2所示，包括以下步骤：

S1、STP车载主机通过电台设置口根据配置参数设置车载电台的工作频点，地面主机模块根据默认配置设置地面主机模块的主备机；

在本实施例中，默认设置车载单台的初始工作频点为第一数传电台的工作频点；在地面主机模块接收到站场码位信息包后，默认设置第一地面主机为主机，第二地面主机为备机，并在第一地面主机故障、第二地面主机正常时自动升级第二地面主机为主机。

S2、判断当前车载电台是否可以接收到地面主机模块发送的数据，并使机车进入注册状态；

如图3和图4所示，作为主机的第一地面主机通过两个RS485串口向两个数传电台发送站场码位信息，并接收两个数传电台发送的信息；作为备机的第二地面主机只接收两个数传电台发送的信息。两个数传电台在各自的工作频点向车载电台发送第一地面主机发送来的数据，车载电台在自身的工作频点接收数传电台模块发送的数据。

S21、由于车载电台的工作频点仅与其中一个数传电台的工作频点相同，本实施例中默认车载电台的工作频点为第一数传电台的工作频点，若车载电台能在该工作频点接收到第一地面主机发送的数据且通信质量满足需求，则判断机车是否处于注册状态：若机车不处于注册状态，则先在地面主机模块注册机车，再进入机车与地面的数据发送循环；若机车处于注册状态，则直接进入机车与地面的数据发送循环。

具体的，机车不处于注册状态，包括以下步骤:

S211、STP车载主机发送注册申请信息给第一数传电台，第一数传电台将该信息传输给地面主机模块；

S212、地面主机模块的主机(本实施例中为第一地面主机)接收两个数传电台发送的信息，同时备机也接收两个数传电台发送的信息；主机判断接收的信息来自哪个数传电台，并通过该数传电台发送控制信息至STP车载主机。

本实施例中，第一地面主机接收到数传电台模块发送的机车注册申请信息，判断该信息来自第一数传电台；第一地面主机将该机车信息注册，使机车处于注册状态；

S213、第一地面主机将机车控制信息通过第一数传电台发送给车载电台，车载电台将机车的回执信息通过第一数传电台发送给第一地面主机，并持续该循环。

若机车处于注册状态，则直接执行步骤S213，车载电台正常进入数据发送循环周期中，接收地面主机模块发送的控制信息，并发送回执信息。

S22、若车载电台不能在当前工作频点接收到第一地面主机发送的数据或者通信质量不满足需求，则STP车载主机通过电台设置口在第一切换时间(两个数据发送循环周期)后自动切换车载电台的频点，此时若车载电台在切换后的工作频点能接收到第一地面主机发送的数据且通信质量满足需求，则重复步骤S21；若在切换后的工作频点仍不能接收到第一地面主机发送的数据或者不满足通信质量需求，则在第二切换时间(四个数据发送循环周期)后自动切换为之前的工作频点；且之后按四个数据发送循环周期为周期，切换车载电台的工作频点，直至车载电台的频点能接收到地面主机模块的数据且通信质量满足需求，此时进入步骤S21。

S3、在机车注册状态下，STP车载主机根据当前通信质量和数据接收状态判断是否需要切频；

STP车载主机监控地面与机车通信的信号强度质量、数据接收状态等参数，并根据需要进行切频；

若当前车载电台的频点在第一切换时间内持续接收不到地面主机模块发送的数据，或者通信质量不满足需求，则在第一切换时间(两个数据发送循环周期)后自动切换车载电台的频点；

若在切换后的频点仍不能接收到地面主机模块发送的数据或者信号质量不满足需求，则在第二切换时间(四个数据发送循环周期)后自动切换为之前的工作频点，此时机车进入注销状态；之后按四个数据发送循环周期为周期地切换车载电台的频点，直至车载电台的工作频点能接收到地面主机模块的数据且通信质量满足需求，此时返回步骤S21。

需要说明的是，虽然本实施例中的数传电台数量为两个，并对应设置了两个工作频点，但是当两个工作频点无法满足现场实际需求时，还可增加数传电台的数量，对应增加工作频点，从而进行多频点切换。

对应的，在当前车载电台的工作频点不满足通信需求(接收不到数据或通信质量不满足需求)时，在第一切换时间内切换车载电台的工作频点；在将每个工作频点都轮流切换后，均不能满足通信需求时，在第二切换时间后，车载电台的工作频点自动切换为最初的工作频点，并以第二切换时间为周期，轮流切换该些工作频点(按照顺序，每隔4个数据发送循环周期切换一次车载电台的工作频点)，直至车载电台的工作频点能接收到地面主机模块的数据且通信质量满足需求。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。