一种高铁LTE－R机车综合无线通信设备的制作方法

本实用新型涉及一种无线通信设备，具体地说，涉及一种高铁LTE－R机车综合无线通信设备。

背景技术：

铁路无线通信系统专网是保障铁路行车安全的重要装备，我国现行的铁路无线通信主要有两种制式，一是基于“模拟无线对讲”的列车调度无线通信系统；二是基于“GSM-2G”的GSM-R数字移动通信系统。

GSM-R作为第二代移动通信技术，在我国的高铁和城际快速铁路等得到了广泛的应用。但是GSM-R属于窄带通信系统，频谱利用率较低，难以满足铁路未来宽带数据业务发展需要；另一方面，随着公众移动通信网从2G、3G向4G方向发展，GSM市场正在逐步萎缩，GSM-R将失去设备产业链的支撑。随着铁路业务的不断增加，以及数字铁路发展需要，GSM-R向铁路下一代移动通信系统(宽带、高效、可靠的无线通信系统)演进已成大势所趋。

新一代铁路宽带数字移动通信系统组成设备—“LTE-R机车综合无线通信设备”，促进高铁行车安全装备的智能化、网络化全面升级。基于LTE通信技术，CIR可实现列车安全视频监控、列车状态监控和远程故障诊断、远程无线查询记录单元等需高速有效的无线通信的功能。由于450MHz频段频率较低，载波信号绕射能力较强，同等发射功率下，相较于1.8G频段载波信号场强延伸更广，所以LTE聚合带宽技术，在450MHz频段构建LTE-R(TDD)无线传输通道，有更好的性能，延长了基站覆盖距离。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种高铁LTE－R机车综合无线通信设备，以克服现有技术中的缺陷。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种高铁LTE－R机车综合无线通信设备，所述高铁LTE－R机车综合无线通信设备包括天馈线单元、主机和MMI单元，MMI单元分别与打印机单元、送受话器和扬声器单元电连接和信号连接；其中，所述主机包括450MHz通信单元、LTE-R通信单元、GSM-R通信单元、卫星定位单元、LBJ通信单元、主控单元、交换单元、记录单元、接口单元和电源单元；其中，天馈线单元分别与450MHz通信单元、LTE-R通信单元和GSM-R通信单元电连接和信号连接，450MHz通信单元、LTE-R通信单元和GSM-R通信单元分别与主控单元电连接和信号连接，主控单元与MMI单元电连接和信号连接；天馈线单元接收语音信号、数据信号或指令信号并传输至450MHz通信单元、LTE-R通信单元和/或GSM-R通信单元，450MHz通信单元、LTE-R通信单元或GSM-R通信单元将语音信号、数据信号和/或指令信号传输至主控单元，语音信号经过主控单元语音通道控制传输至与MMI单元，数据信号经过主控单元数据通道控制传输至与MMI单元，指令信号经过主控单元传输至MMI单元，用于实现铁路调度业务语音、数据和指令的信息收发；天馈线单元与卫星定位单元电连接和信号连接，卫星定位单元与主控单元电连接和信号连接；天馈线单元接收卫星信号并传输至卫星定位单元，卫星定位单元对卫星信号进行处理并向主控单元输出卫星定位信息，主控单元根据卫星定位信息判断所在区域系统所使用的制式，用于实现450MHz、LTE-R和GSM-R通信制式的切换；天馈线单元与LBJ通信单元电连接和信号连接，LBJ通信单元与主控单元电连接和信号连接，主控单元与MMI单元电连接和信号连接；天馈线单元接收800MHz数据信号并传输至LBJ通信单元，LBJ通信单元将800MHz数据信号传输至主控单元，800MHz数据信号经过主控单元数据通道控制传输至与MMI单元，用于实现列车防护报警和客车列尾信息的无线通信；主控单元与交换单元电连接和信号连接，交换单元分别与450MHz通信单元、LTE-R通信单元、GSM-R通信单元、卫星定位单元、LBJ通信单元和MMI单元电连接和信号连接；主控单元与记录单元电连接和信号连接，记录单元与MMI单元电连接和信号连接；语音信号经过主控单元语音通道控制传输至与记录单元存储，数据信号经过主控单元数据通道控制传输至与记录单元存储，主控单元将卫星定位信息传输至与记录单元存储；主控单元与接口单元电连接和信号连接，接口单元与MMI单元电连接和信号连接。

通过上述技术方案，采用LTE-R、GSM-R和450MHz数模兼容三种无线通信模式并存的方式，实现LTE-R、GSM-R和450MHz数模兼容三种通信模式一体化；采用LBJ通信单元可实现800MHz数据的传输。

作为对本实用新型所述的高铁LTE－R机车综合无线通信设备的进一步说明，优选地，GSM-R通信单元包括GSM-R话音通信单元和GSM-R数据通信单元；其中，主控单元通过TTL串口分别与450MHz通信单元、GSM-R话音通信单元、GSM-R数据通信单元和电源单元电连接和信号连接，用于实现主控单元与450MHz通信单元和GSM-R通信单元进行数据通信和控制以及实现主控单元对电源单元的控制。

主控单元通过LAN总线分别与LTE-R通信单元、卫星定位单元、LBJ通信单元、交换单元、记录单元、接口单元和MMI1单元和MMI2单元电连接和信号连接，用于通过交换单元实现LAN总线上各个接口之间的数据转发。

电源单元通过电源总线分别与450MHz通信单元、LTE-R通信单元、GSM-R通信单元、卫星定位单元、LBJ通信单元、主控单元、交换单元、记录单元、接口单元和MMI1单元和MMI2单元电连接，用于提供直流13.8V电源电压。

通过上述技术方案，采用TTL串口、LAN总线和电源总线实现了主机内部450MHz通信单元、LTE-R通信单元、GSM-R通信单元、卫星定位单元、LBJ通信单元、主控单元、交换单元、记录单元、接口单元和电源单元的相互连接和通信。

作为对本实用新型所述的高铁LTE－R机车综合无线通信设备的进一步说明，优选地，主控单元设置以太网模块，所述以太网模块与MMI单元电连接和信号连接，所述以太网模块接收列车视频监控信号并发送至MMI单元显示。

通过上述技术方案，利用以太网可以实现列车视频监控信息传输。

作为对本实用新型所述的高铁LTE－R机车综合无线通信设备的进一步说明，优选地，MMI单元包括CPU、LAN总线、USB接口、RS232接口、RS422接口、RGB接口、GPIO接口、IIS接口、按键和显示屏；其中，CPU通过LAN总线与所述主机或另一所述MMI单元电连接和信号连接；CPU通过USB接口外接数据下载设备；CPU通过RS232接口与控制台电连接和信号连接；CPU通过RS422接口与打印机单元电连接和信号连接；CPU通过RGB接口与显示屏电连接和信号连接；CPU通过GPIO接口与按键电连接和信号连接；CPU通过IIS接口与语音编码解码器电连接和信号连接，所述语音编码解码器分别与送受话器和扬声器单元电连接和信号连接。

通过上述技术方案，LAN总线与主机或其他MMI连接，实现语音、数据和指令等信息的交换；USB接口与外接数据下载设备连接，实现高速数据下载功能；RS232接口与控制台连接，实现Linux控制台功能；RS422接口与打印机单元连接，实现图文的打印功能；RGB接口与显示屏连接，实现视频和图文的液晶显示功能；GPIO接口与按键连接，实现对8x8的按键进行扫描功能；IIS接口与语音编码解码器连接，实现语音编码或解码功能。

作为对本实用新型所述的高铁LTE－R机车综合无线通信设备的进一步说明，优选地，电源单元包括DC110V转DC13.8V电源稳压模块。

通过上述技术方案，电源单元为其他各单元提供稳定可靠的DC13.8V工作电压。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型具有450MHz通信单元、LTE-R通信单元、GSM-R通信单元和LBJ通信单元，实现了LTE-R、GSM-R和450MHz数模兼容三种通信模式一体化，以及可实现800MHz数据的传输，满足铁路多种通信模式平滑过渡的特殊需求；

2、本实用新型采用TTL接口连接450MHz通信单元和GSM-R通信单元，采用LAN总线连接LTE-R通信单元和LBJ通信单元，即用两条通道进行四路通信，可以实现利用两条通道同时进行两路通信，加快了通信的传输速度。

附图说明

图1为本实用新型的高铁LTE－R机车综合无线通信设备的总体架构图；

图2为本实用新型的主机的结构示意图；

图3为本实用新型的主机的拓扑连接示意图；

图4为本实用新型的主控单元的原理框图；

图5为本实用新型的MMI单元的原理框图。

附图标记说明如下：

天馈线单元1；450MHz通信单元2；LTE-R通信单元3；GSM-R通信单元4；GSM-R话音通信单元41；GSM-R数据通信单元42；卫星定位单元5；LBJ通信单元6；主控单元7；交换单元8；记录单元9；接口单元10；电源单元11；MMI单元12(即，MMI1单元和MMI2单元)；CPU120；LAN总线121；USB接口122；RS232接口123；RS422接口124；RGB接口125；GPIO接口126；IIS接口127；按键128；显示屏129；打印机单元13；送受话器14；扬声器单元15。

具体实施方式

为了能够进一步了解本实用新型的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，并非限定本实用新型。

如图1所示，图1为本实用新型的高铁LTE－R机车综合无线通信设备的总体架构图；所述高铁LTE－R机车综合无线通信设备包括天馈线单元1、主机和MMI单元12；其中，所述主机包括450MHz通信单元2、LTE-R通信单元3、GSM-R通信单元4、卫星定位单元5、LBJ通信单元6、主控单元7、交换单元8、记录单元9、接口单元10和电源单元11；其中，天馈线单元1分别与450MHz通信单元2、LTE-R通信单元3、GSM-R通信单元4、卫星定位单元5和LBJ通信单元6电连接和信号连接；450MHz通信单元2、LTE-R通信单元3、GSM-R通信单元4、卫星定位单元5、LBJ通信单元6、交换单元8、记录单元9、接口单元10、电源单元11和MMI单元12分别与主控单元7电连接和信号连接；采用LTE-R、GSM-R和450MHz数模兼容三种无线通信模式并存的方式，实现LTE-R、GSM-R和450MHz数模兼容三种通信模式一体化；450MHz通信单元2、LTE-R通信单元3、GSM-R通信单元4、卫星定位单元5、LBJ通信单元6、主控单元7、交换单元8、记录单元9、接口单元10和MMI单元12分别与电源单元11电连接；电源单元11包括DC110V转DC13.8V电源稳压模块，电源单元为其他各单元提供稳定可靠的DC13.8V工作电压；MMI单元12分别与打印机单元13、送受话器14和扬声器单元15电连接和信号连接。

如图1所示，天馈线单元1分别与450MHz通信单元2、LTE-R通信单元3和GSM-R通信单元4电连接和信号连接，450MHz通信单元2、LTE-R通信单元3和GSM-R通信单元4分别与主控单元7电连接和信号连接，主控单元7与MMI单元12电连接和信号连接，用于实现铁路调度业务语音、数据和指令的信息收发；天馈线单元1接收语音信号、数据信号或指令信号并传输至450MHz通信单元2、LTE-R通信单元3和/或GSM-R通信单元4，450MHz通信单元2、LTE-R通信单元3和/或GSM-R通信单元4将语音信号、数据信号或指令信号传输至主控单元7，语音信号经过主控单元7语音通道控制传输至与MMI单元12，数据信号经过主控单元7数据通道控制传输至与MMI单元12，指令信号经过主控单元7传输至MMI单元12；或者，MMI单元12连接的送受话器14发送语音信号至主控单元7，主控单元7发送语音信号至GSM-R话音通信单元41、LTE-R通信单元3或450MHz通信单元2进行发送，同时发送至记录单元9进行录音；语音通信包括列车调度通信、车站(场)通信、站间行车通信、各工种专用通信等。

如图1所示，天馈线单元1与卫星定位单元5电连接和信号连接，卫星定位单元5与主控单元7电连接和信号连接，用于实现450MHz、LTE-R和GSM-R通信制式的切换；在450MHz通信区段使用450MHz无线对讲通信制式进行调度通信，在GSM-R网络区段使用GSM-R通信制式进行调度通信，在LTE-R网络区段使用LTE-R通信制式进行调度通信；天馈线单元1接收卫星信号并传输至卫星定位单元5，卫星定位单元5对卫星信号进行处理并向主控单元7输出卫星定位信息，主控单元7根据卫星定位信息判断所在区段系统所使用的制式。在450MHz频段构建LTE-R无线传输信道，延长基站覆盖距离，满足铁路多种通信模式平滑过渡的特殊需求。LTE-R网络增加了无线信道带宽，提高数据通信效率和数据通信的可靠性，实现远程无线查询记录单元，列车安全视频监控、远程故障诊断等数据通信功能更可靠，数据通信传输速度更快捷。

如图1所示，天馈线单元1与LBJ通信单元6电连接和信号连接，LBJ通信单元6与主控单元7电连接和信号连接，主控单元7与MMI单元12电连接和信号连接，用于实现列车防护报警和客车列尾信息的无线通信；天馈线单元1接收800MHz数据信号并传输至LBJ通信单元6，LBJ通信单元6将800MHz数据信号传输至主控单元7，800MHz数据信号经过主控单元7数据通道控制传输至与MMI单元12；或者，MMI单元12发送800MHz数据信号至主控单元7进行数据整理打包，主控单元7发送800MHz数据信号至LBJ通信单元6进行发送；800MHz数据通信包括列车接近预警、列车尾部信息等。

如图1所示，主控单元7与交换单元8电连接和信号连接，交换单元8分别与450MHz通信单元2、LTE-R通信单元3、GSM-R通信单元4、卫星定位单元5、LBJ通信单元6和MMI单元12电连接和信号连接；主控单元7与记录单元9电连接和信号连接，记录单元9与MMI单元12电连接和信号连接；语音信号经过主控单元7语音通道控制传输至与记录单元9存储，数据信号经过主控单元7数据通道控制传输至与记录单元9存储，主控单元7将卫星定位信息传输至与记录单元9存储；主控单元7与接口单元10电连接和信号连接，接口单元10与MMI单元12电连接和信号连接。

再请参看图4，图4为本实用新型的主控单元的原理框图；主控单元7用于连接其他各个组成单元并进行通信，主控单元7基于ARM Cortex-A8内核微处理器进行构建，CPU集成了1路千兆网口，实现列车视频监控信息传输；通过USB接口外接数据下载设备，实现高速数据下载功能；通过RS232接口与控制台电连接和信号连接，实现Linux控制台功能；通过LAN总线控制LTE-R通信单元，实现业务信息的收发控制和优先权控制；通过LAN总线控制LBJ通信单元，实现列车防护报警和客车列尾等信息的无线通信，LBJ通信单元内置备用电池，满足实现列车防护报警的供电需求，LBJ通信单元通过LAN总线实现与MMI单元12和主控单元7通信，并向MMI单元12(MMI1单元和MMI2)和主控单元7输出自检结果；通过LAN总线控制卫星定位单元，实现北斗/GPS卫星接收切换控制，接收地理信息、标准时间信息；通过LAN总线控制记录单元通信，实现铁路调度业务语音、数据等信息的存储与查询；通过LAN总线与MMI通信，实现语音、数据和指令等信息的交换；通过UART/TTL接口控制GSM-R通信单元、450MHz通信单元，实现通信制式的切换、业务信息收发和优先权控制；通过UART/TTL接口，实现对电源单元的控制，电源输入至内置的稳压电源模块，为主控单元7提供稳定的电源电压；通过RS485接口，采集机车信号；主控单元7内置语音编码解码器，实现主机的语音编码或解码功能；主控单元7内置语音通道和数据通道，具有在GSM-R通信、LTE-R通信和450MHz通信三中制式模块输出的语音信号的自动扫描接收功能；在发送语音信号时，可以依次使用这三种通信单元发送语音信号。

请参看图2和图3，图2为本实用新型的主机的结构示意图；图3为本实用新型的主机的拓扑连接示意图；主机包括GSM-R话音通信单元41、GSM-R数据通信单元42、主控单元7、卫星定位单元5、记录单元9、LTE-R通信单元3、交换单元8、LBJ通信单元6、接口单元10、450MHz通信单元2和电源单元11，将GSM-R通信单元4具体分为GSM-R话音通信单元41和GSM-R数据通信单元42，可以实现450MHz语音信号和450MHz数据信号的通信功能，在主机内部主控单元7通过TTL串口分别与450MHz通信单元2、GSM-R话音通信单元41、GSM-R数据通信单元42和电源单元11电连接和信号连接和信号连接；通过TTL串口控制450MHz通信单元和GSM-R通信单元，实现450MHz通信制式和GSM-R通信制式的切换、业务信息收发以及语音信号和数据信号优先权控制；通过TTL串口控制电源单元，实现对电源单元的控制。主控单元7通过LAN总线分别与LTE-R通信单元3、卫星定位单元5、LBJ通信单元6、交换单元8、记录单元9、接口单元10和MMI单元12电连接和信号连接，用于通过交换单元8实现LAN总线上各个接口之间的数据转发，在LAN总线上可以电连接和信号连接多个MMI单元12(MMI1单元和MMI2)。图3中所示为连接两个MMI单元(MMI1单元和MMI2)的示意图，采用LAN总线方式进行组网，将主机与MMI单元连接，通过LAN总线高速接口控制LTE-R通信单元，实现业务信息的收发控制和优先权控制；通过LAN总线高速接口控制卫星定位单元，实现北斗/GPS卫星接收切换控制，接收地理信息、标准时间信息；通过LAN总线高速接口控制LBJ通信单元，实现列车防护报警和客车列尾等信息的无线通信；通过LAN总线高速接口控制交换单元，提供设备内部LAN交换功能；通过LAN总线高速接口控制记录单元，实现铁路调度业务语音、数据等信息的存储与查询；通过LAN总线高速接口控制接口单元，实现在各接口之间分发数据；通过LAN总线高速接口控制MMI单元，实现语音、数据和指令等信息的交换；交换单元8通过LAN总线分别与LTE-R通信单元3、卫星定位单元5、LBJ通信单元6、记录单元9和MMI单元12电连接和信号连接；交换单元提供MMI、记录单元、LTE-R通信单元、卫星定位单元、LBJ通信单元接入的接口功能，交换单元还可实现外部LAN接入的接口功能；电源单元11通过电源总线分别与450MHz通信单元2、LTE-R通信单元3、GSM-R通信单元4、卫星定位单元5、LBJ通信单元6、主控单元7、交换单元8、记录单元9、接口单元10和MMI单元12电连接和信号连接，电源单元为其他各单元提供稳定可靠的DC13.8V工作电压。

请参看图5，图5为本实用新型的MMI单元的原理框图MMI单元12包括CPU120、LAN总线121、USB接口122、RS232接口123、RS422接口124、RGB接口125、GPIO接口126、IIS接口127、按键128和显示屏129；其中，CPU120通过LAN总线121与所述主机或另一所述MMI单元电连接和信号连接，实现语音、数据和指令等信息的交换；CPU120通过USB接口122外接数据下载设备，实现高速数据下载功能；CPU120通过RS232接口123与控制台电连接和信号连接，实现Linux控制台功能；CPU120通过RS422接口124与打印机单元13电连接和信号连接，实现图文的打印功能；CPU120通过RGB接口125与显示屏129电连接和信号连接，实现视频和图文的液晶显示功能；CPU120通过GPIO接口126与按键128电连接和信号连接，实现对8x8的按键进行扫描功能；CPU120通过IIS接口127与语音编码解码器电连接和信号连接，所述语音编码解码器分别与送受话器14和扬声器单元15电连接和信号连接，实现语音编码或解码功能。

需要声明的是，上述实用新型内容及具体实施方式意在证明本实用新型所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本实用新型保护范围的限定。本领域技术人员在本实用新型的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本实用新型的保护范围以所附权利要求书为准。