CN114554455B - 基于低轨卫星的铁路无线列调融合通信系统及实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于低轨卫星的铁路无线列调融合通信系统及实现方法。系统包括铁路无线列调卫星通信终端设备和铁路无线列调卫星/地面通信网两部分。终端设备包括具备与低轨卫星通信能力的机车台、车站台和调度台。通信网包括铁路无线列调卫星通信网、国内铁路无线列调通信网和国外铁路无线列调通信网。本系统能够通过低轨卫星进行无线列调语音和数据通信,并可与国内和国外铁路无线列调通信网互联,通过部署的低轨卫星进行通信,可实现全球无线列调通信业务覆盖,解决通信盲区的问题,并且可以解决450M,400M数字,GSM‑R,LTE‑R,5G‑R以及国外铁路通信制式互不兼容,需要安装多台终端或模块,并且建设多张网络的问题。

Description

基于低轨卫星的铁路无线列调融合通信系统及实现方法
技术领域
本发明涉及铁路无线列调通信系统,特别涉及一种基于低轨卫星的铁路无线列调融合通信系统及实现方法。
背景技术
铁路无线列调通信系统广泛应用于铁路行车调度指挥,主要用于地面车站值班员,调度员与机车司机进行无线通信。我国铁路无线列调系统从模拟450M通信,逐步过渡到GSM-R+450M通信,今后随着业务对带宽及通信速度的需求,会逐步向宽带数字化过渡,LTE-R,5G-R都在研制部署中。目前的系统都是基于地面网络建设,部署新的通信系统除了需要终端设备的支持外,核心网络,基站都需要升级或者重新建设,投资巨大,并且周期长。此外,与其他国家的铁路无线列调通信网互联互通也面临同样问题,目前的解决方式是升级或更换终端设备,增加通信模式选择,通用性不强,操作相对复杂。
发明内容
为了解决网络覆盖问题,解决铁路宽带通信需求,以及解决不同地域铁路通信制式不同,需要重新铺设网络,或者需要安装多台终端或终端需要安装多个通信模块的问题,通过利用低轨卫星转发数据进行通信,能够在满足网络覆盖、宽带通信的同时,具备卫星通信能力的机车可以实现跨境运输,不需要配备多种通信模块,满足跨境铁路运输要求。
本发明采取的技术方案是:一种基于低轨卫星的铁路无线列调融合通信系统包括铁路无线列调卫星通信终端设备和铁路无线列调卫星-地面通信网两部分;所述铁路无线列调卫星通信终端设备包括具备卫星通信能力的铁路卫星通信机车台、铁路卫星通信车站台和铁路卫星通信调度台;所述铁路无线列调卫星-地面通信网包括铁路无线列调卫星通信网、国内铁路无线列调通信网和国外铁路无线列调通信网;所述铁路无线列调卫星通信网包括低轨卫星通信网和由通信卫星服务器、通信网关服务器构成的地面通信网;所述国内铁路无线列调通信网包括450M通信网、GSM-R通信网、400M数字通信网、LTE-R通信网、5G-R通信网;其中所述低轨卫星通信网与地面通信网的通信卫星服务器相联通;通信卫星服务器与通信网关服务器相联通;所述地面通信网的通信网关服务器与国外铁路无线列调通信网相联通;所述地面通信网的通信网关服务器与国内铁路无线列调通信网相联通;所述铁路无线列调卫星通信终端设备与铁路无线列调卫星-地面通信网进行通信。
所述铁路卫星通信机车台包括机车台主机、操作显示终端、第一送受话器、第一扬声器;所述机车台主机包括110V电源单元、第一低轨卫星通信模块、450M或400M信道机、GSM-R通信模块、LTE-R通信模块、5G-R通信模块、第一控制单元、交换单元;所述110V电源单元输出13.8V电源接至所述第一低轨卫星通信模块、450M或400M信道机、GSM-R通信模块、LTE-R通信模块、5G-R通信模块、第一控制单元、交换单元;第一低轨卫星通信模块、450M或400M信道机、GSM-R通信模块、LTE-R通信模块、5G-R通信模块、第一控制单元分别通过网口与交换单元相连接,交换单元通过网口连接所述操作显示终端;操作显示终端通过音频接口连接第一送受话器和第一扬声器。
所述机车台主机的第一控制单元包括型号为LM22670的第一电源转换芯片、型号为LPC4337的第一MCU处理芯片、型号为MX66L51235F的第一存储芯片、型号为DP83848的第一以太网芯片;所述第一电源转换芯片输出的3.3V接至第一MCU处理芯片、第一存储芯片和第一以太网芯片;所述第一MCU处理芯片通过SPI端口连接第一存储芯片,通过MII端口连接第一以太网芯片;第一以太网芯片通过网口连接所述交换单元。
所述交换单元包括型号为LM22670的第二电源转换芯片、型号为LPC4357的第二MCU处理芯片、型号为MX66L51235F的第二存储芯片、型号为88E6097的交换芯片;所述第二电源转换芯片输出的3.3V接至第二MCU处理芯片、第二存储芯片和交换芯片;交换芯片通过网口连接所述的第一控制单元、450M或400M信道机、GSM-R通信模块、LTE-R通信模块和5G-R通信模块。
所述铁路卫星通信车站台包括220V电源单元、第二低轨卫星通信模块、第二控制单元、第二送受话器、第二扬声器和显示屏;所述220V电源单元输出13.8V接至第二低轨卫星通信模块和第二控制单元;第二低轨卫星通信模块通过网口与第二控制单元连接;第二控制单元通过音频接口分别连接第二送受话器、第二扬声器,通过RGB接口连接显示屏,通过网口连接所述铁路卫星通信调度台。
所述第二控制单元包括型号为LM22670的第三电源转换芯片、型号为LPC4357的第三MCU处理芯片、型号为MX66L51235F的第三存储芯片、型号为DP83848的第二以太网芯片、型号为DP83848的第三以太网芯片、型号为TLV320AIC3106的音频编解码芯片;所述第三电源转换芯片输出3.3V接至所述第三MCU处理芯片、第三存储芯片、第二以太网芯片、第三以太网芯片和音频编解码芯片;第三MCU处理芯片通过SPI端口连接第三存储芯片,通过MII端口连接第二以太网芯片,通过MII端口连接第三以太网芯片,通过I2C端口连接音频编解码芯片;第二以太网芯片通过网口连接所述第二低轨卫星通信模块,第三以太网芯片通过网口连接所述铁路卫星通信调度台,音频编解码芯片通过音频接口分别连接第二送受话器、第二扬声器。
一种基于低轨卫星的铁路无线列调融合通信系统的实现方法包括由铁路卫星通信机车台、铁路卫星通信车站台和铁路卫星通信调度台组成的铁路无线列调卫星通信终端设备通过铁路无线列调卫星通信网发送和接收数据,以及铁路无线列调卫星通信终端设备通过铁路无线列调卫星通信网、国内铁路无线列调通信网或国外铁路无线列调通信网发送和接收数据两种:
一、当所述铁路无线列调卫星通信终端设备处于卫星通信模式时,发送数据步骤如下:
Ⅰ、要发送数据的铁路无线列调卫星通信终端设备向当前覆盖的铁路无线列调卫星通信网的低轨卫星申请发送数据,低轨卫星收到申请后,向所述铁路无线列调卫星通信终端设备分配信道资源,铁路无线列调卫星通信终端设备通过分配的信道向低轨卫星发送数据。
Ⅱ、低轨卫星收到数据后,通过相邻低轨卫星进行转发。
Ⅲ、覆盖地面通信卫星服务器的低轨卫星收到数据后,向地面通信卫星服务器转发数据。
Ⅳ、地面通信卫星服务器收到数据后,根据数据包中要接收数据的铁路无线列调卫星通信终端设备的信息,查询数据库,找到覆盖要接收数据的铁路无线列调卫星通信终端设备的低轨卫星,向低轨卫星发送数据。
Ⅴ、覆盖要接收数据的铁路无线列调卫星通信终端设备的低轨卫星收到数据后通知铁路无线列调卫星通信终端设备在指定信道接收数据。
二、当所述铁路无线列调卫星通信终端设备向国内铁路无线列调通信网或国外铁路无线通信网中的不具备卫星通信能力的铁路无线列调终端设备发送数据时,发送数据步骤如下:
Ⅵ、所述铁路无线列调卫星通信终端设备执行所述步骤Ⅰ-步骤Ⅲ,数据到达地面通信卫星服务器后,地面通信卫星服务器将数据转发给通信网关服务器。
Ⅶ、通信网关服务器收到数据后,通过国内铁路无线列调通信网中的450M通信网、GSM-R通信网、400M数字通信网、LTE-R通信网、5G-R通信网或国外铁路无线列调通信网发送给不具备卫星通信能力的铁路无线列调终端设备。
Ⅷ、不具备卫星通信能力的铁路无线列调终端设备收到数据。
所述铁路卫星通信机车台工作流程有如下步骤:
A、铁路卫星通信机车台上电开机;
B、各通信模块初始化;
C、机车台主机的第一控制单元判断当前是否为自动模式,如果是自动模式则进入步骤D,如果不是自动模式进入步骤G;
D、所述第一控制单元根据当前地理位置信息查询数据库;
E、所述第一控制单元判断当前区段是否是卫星通信模式,如果是则进入步骤F,如果不是进入步骤H;
F、铁路卫星通信机车台通过第一低轨卫星通信模块进行通信,然后进入步骤J;
G、所述第一控制单元获取上次关机前的手动工作模式;
H、所述铁路卫星通信机车台设定为当前工作模式;
I、所述铁路卫星通信机车台通过工作模式对应的450M或400M信道机、GSM-R通信模块、LTE-R通信模块、5G-R通信模块进行通信;
J、所述第一控制单元判断是否有数据发送或接收;
K、如果有则处理接收到的数据或者发送数据,然后返回步骤J,如果没有直接返回步骤J。
所述铁路卫星通信车站台或铁路卫星通信调度台工作流程有如下步骤:
a、所述铁路卫星通信车站台或铁路卫星通信调度台上电开机;
b、初始化各芯片;
c、所述铁路卫星通信车站台的第二控制单元判断第二低轨卫星通信模块或有线网口是否收到数据,如果收到则进入步骤d,如果未收到数据进入步骤i;
d、所述第二控制单元分析收到的数据包;
e、所述第二控制单元判断是否为语音数据,如果是语音数据则进入步骤f,如果不是语音数据,则为业务数据,然后进入步骤h;
f、所述第二控制单元通过音频编解码芯片将语音数据转换为模拟音频;
g、所述模拟音频通过扬声器、耳机播放,然后返回步骤c;
h、所述第二控制单元进入处理业务数据流程,然后返回步骤c;
i、所述第二控制单元判断是否发送语音,如果是则进入步骤j,如果不是进入步骤k;
j、所述第二控制单元通过音频编解码芯片将模拟音频转换为数字信息,然后进入步骤l;
k、所述第二控制单元判断是否发送数据,如果是则进入步骤l,如果不是返回步骤c;
l、所述第二控制单元通过所述第二低轨卫星通信模块或有线网口发送信息,然后返回步骤c。
本发明的有益效果如下:
1、本系统能够通过低轨卫星进行无线列调语音和数据通信,并可与国内和国外铁路无线列调通信网互联,其主要特点是通过部署的低轨卫星进行通信,可实现全球无线列调通信业务覆盖,解决通信盲区的问题,并且可以解决450M,400M数字,GSM-R,LTE-R,5G-R以及国外铁路通信制式互不兼容,需要安装多台终端或模块,并且建设多张网络的问题。
2、解决了铁路无线列调网络覆盖问题,在没有网络或者宽带网络的地域实现快速覆盖,不需要重新建设地面网络。
3、提供一种统一的铁路无线列调通信制式,跨境铁路开通后,在当地部署通信卫星服务器和通信网关服务器,或者部署具有与低轨卫星通信能力的铁路卫星车站台和铁路卫星通信调度台,就可以实现具备与低轨卫星通信能力的跨境铁路列车走出国门直接进行通信的能力。
4、方案可在多个地区复制,不需要重新设计机车台,机车上不需要增加新设备或者新的单元。
本发明为今后跨境铁路以及今后铁路无线列调网络建设提供了一种新的模式,减少了地面网络的重复建设,节约了后续投资,减少了机车台需要根据不同地面网络配备多种模块的问题,具有较长的生命周期。
附图说明
图1为本发明系统组成框图;
图2为图1中铁路卫星通信机车台组成框图;
图3为图2中铁路卫星通信机车台第一控制单元电路框图;
图4为图2中铁路卫星通信机车台交换单元电路框图;
图5为图1中铁路卫星通信车站台组成框图;
图6为图5中铁路卫星通信车站台第二控制单元电路框图;
图7为本发明系统一个实施例中的工作流程途径简图;
图8为铁路卫星通信机车台工作流程图;
图9为铁路卫星通信车站台或铁路卫星通信调度台工作流程图。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明,以下结合附图详细描述如下:
如图1所示,基于低轨卫星的铁路无线列调融合通信系统包括铁路无线列调卫星通信终端设备(以下简称终端设备)和铁路无线列调卫星-地面通信网两部分(以下简称通信网)。终端设备包括铁路卫星通信机车台、铁路卫星通信车站台和铁路卫星通信调度台。通信网包括铁路无线列调卫星通信网、国内铁路无线列调通信网和国外铁路无线列调通信网。铁路无线列调卫星通信网包括低轨卫星通信网和由通信卫星服务器、通信网关服务器构成的地面通信网;国内铁路无线列调通信网包括450M通信网、GSM-R通信网、400M数字通信网、LTE-R通信网、5G-R通信网;其中低轨卫星通信网与地面通信网的通信卫星服务器相联通;通信卫星服务器与通信网关服务器相联通;地面通信网的通信网关服务器与国外铁路无线列调通信网相联通,通信网关服务器和国内铁路无线列调通信网中的450M通信网、GSM-R通信网、400M数字通信网、LTE-R通信网、5G-R通信网相联通;终端设备与通信网进行通信。
终端设备通过通信网实现设备之间的有线或无线通信;国内、国外无线列调通信网通过铁路无线列调卫星通信网互联。
铁路无线列调卫星通信网通过通信网关服务器与国内铁路无线列调通信网和国外铁路无线列调通信网进行互联。终端设备之间通过通信网可以只通过卫星进行通信,也可以实现利用铁路无线列调通信网进行通信,通过低轨卫星进行转发通信。
地面通信网包括通信卫星服务器和通信网关服务器,通信卫星服务器可以向低轨卫星通信网发送或接收终端用户数据,也可以通过通信网关服务器向国内或国外铁路无线列调通信网转发用户数据。通信卫星服务器具有存储和更新当前终端用户所连接的卫星信息的功能。通信卫星服务器具有存储铁路个呼,组呼,紧急呼叫业务所必须的用户数据功能。
如图2所示,铁路卫星通信机车台由机车台主机、操作显示终端(MMI)、第一扬声器、第一送受话器组成。机车台主机由110V电源单元、第一控制单元、交换单元、第一低轨卫星通信模块、450M或400M信道机、GSM-R通信模块、LTE-R通信模块,5G-R通信模块组成。110V电源单元选用电源模块VI-2T2-CV,第一控制单元的第一MCU处理芯片选用LPC4337,交换单元的第二MCU处理芯片选用LPC4357, 交换单元的交换芯片选用88E6097,第一低轨卫星通信模块选用银河航天通信模块。110V电源单元输出13.8V电源接至第一低轨卫星通信模块、450M或400M信道机、GSM-R通信模块、LTE-R通信模块、5G-R通信模块、第一控制单元、交换单元;第一低轨卫星通信模块、450M或400M信道机、GSM-R通信模块、LTE-R通信模块、5G-R通信模块、第一控制单元分别通过网口与交换单元相连接,交换单元通过网口连接操作显示终端;操作显示终端通过音频接口连接第一送受话器和第一扬声器。
终端设备采用银河航天的第一低轨卫星通信模块,通过网线与终端设备的网口连接,终端设备可以在卫星通信模式和铁路无线列调通信制式之间进行自动或手动切换。终端设备可以进行基于低轨卫星通信的铁路无线列调话音或数据传输业务,包括个呼,组呼,紧急通信,无线车次号数据业务,调度命令数据业务,接近预警,报警业务等。
如图3所示,机车台主机的第一控制单元由13.8V转3.3V的第一电源转换芯片LM22670、第一MCU处理芯片LPC4337、第一以太网芯片DP83848、第一存储芯片MX66L51235F组成。第一电源转换芯片为印制板上的芯片供电。第一存储芯片存储铁路卫星通信机车台的车次号,铁路卫星通信机车号等关键信息。第一电源转换芯片输出的3.3V接至第一MCU处理芯片、第一存储芯片和第一以太网芯片;第一MCU处理芯片通过SPI端口连接第一存储芯片,通过MII端口连接第一以太网芯片;第一太网芯片通过网口连接交换单元。
如图4所示,交换单元由13.8V转3.3V的第二电源转换芯片LM22670、第二MCU处理芯片LPC4357、交换芯片88E6097、第二存储芯片MX66L51235F组成。第二电源转换芯片输出的3.3V接至第二MCU处理芯片、第二存储芯片和交换芯片;交换芯片通过网口连接第一控制单元、450M或400M信道机、GSM-R通信模块、LTE-R通信模块和5G-R通信模块。第二电源芯片为印制板上的芯片供电,第二MCU处理芯片对交换芯片进行初始化配置;第二存储芯片用来存储交换芯片配置信息。
如图5所示,铁路卫星通信车站台由220V电源单元、第二低轨卫星通信模块、第二控制单元、第二送受话器、第二扬声器和显示屏组成。220V电源单元输出13.8V接至第二低轨卫星通信模块和第二控制单元;第二低轨卫星通信模块通过网口与第二控制单元连接;第二控制单元通过音频接口分别连接第二送受话器、第二扬声器,通过RGB接口连接显示屏,通过网口连接铁路卫星通信调度台。铁路卫星通信车站台采用与机车台相同的低轨卫星通信模块。铁路卫星通信车站台电源单元为220V电源供电,选用明纬220V转13.8V电源模块。铁路卫星通信车站台可以通过有线网口与铁路卫星通信调度台进行连接。
如图6所示,铁路卫星通信车站台的控制单元由13.8V转3.3V的第三电源转换芯片LM22670,第三MCU处理芯片LPC4357、两片以太网芯片DP83848、第三存储芯片MX66L51235F、音频编解码芯片TLV320AIC3106组成。第三电源转换芯片输出3.3V接至第三MCU处理芯片、第三存储芯片、第二以太网芯片、第三以太网芯片和音频编解码芯片;第三MCU处理芯片通过SPI端口连接第三存储芯片,通过MII端口连接第二以太网芯片,通过MII端口连接第三以太网芯片,通过I2C端口连接音频编解码芯片;第二以太网芯片通过网口连接第二低轨卫星通信模块,第三以太网芯片通过网口连接铁路卫星通信调度台,音频编解码芯片通过音频接口分别连接第二送受话器、第二扬声器。
第三电源转换芯片为印制板上的芯片供电,第三存储芯片存储铁路卫星通信车站台配置信息,第三MCU处理芯片通过两片以太网芯片分别与铁路卫星通信模块和铁路卫星通信调度台进行网口连接。铁路卫星通信车站台接收话音时,第三MCU处理芯片将以太网或者低轨卫星通信模块传输来的音频数字信息,通过音频编解码芯片转换成模拟音频信号传输给送受话器耳机或者扬声器。车站台发送话音时,第三MCU处理芯片通过音频编解码芯片将送受话器发送的模拟音频信号转化为数字信息,通过两片以太网芯片发送给第二低轨卫星通信模块或铁路卫星通信调度台。
本系统的铁路卫星通信调度台与铁路卫星通信车站台组成相同,显示屏采用大屏显示。铁路卫星通信调度台可以通过有线网口同铁路卫星通信车站台进行连接。
本系统可以实现只通过卫星进行通信组网,也可以实现利用铁路无线列调通信网络进行通信,通过低轨卫星进行转发通信。
1)只通过卫星进行通信组网:
适用于没有铁路无线列调通信网或没有与铁路列调通信网进行互联需求的地域,不需要进行大面积铁路沿线基站路基建设,只需要配备具备与低轨卫星通信能力的铁路卫星通信机车台,铁路卫星通信车站台和铁路卫星通信调度台。终端设备通过低轨卫星进行通信。为了减少通信延迟,可以在本地域架设通信卫星服务器。
2)利用铁路无线列调通信网进行通信,通过低轨卫星进行转发通信。
适用于地面已铺设铁路无线列调通信网,为了节约投资,只需要在本地部署通信卫星服务器和通信网关服务器,通信网关服务器与铁路无线列调通信网互联。具备与低轨卫星通信能力的铁路卫星通信机车台进入该区域后,通过低轨卫星向通信卫星服务器发送数据,通信卫星服务器收到数据后,向通信网关服务器转发数据,通信网关服务器收到数据后,向铁路无线列调通信网转发数据,实现机车与地面车站台、调度台之间的通信。
本系统实现方法包括由铁路卫星通信机车台、铁路卫星通信车站台和铁路卫星通信调度台组成的铁路无线列调卫星通信终端设备通过铁路无线列调卫星通信网发送和接收数据,以及铁路无线列调卫星通信终端设备通过铁路无线列调卫星通信网、国内铁路无线列调通信网或国外铁路无线列调通信网发送和接收数据两种:
一、当铁路无线列调卫星通信终端设备处于卫星通信模式时,发送数据步骤如下:
Ⅰ、要发送数据的铁路无线列调卫星通信终端设备向当前覆盖的铁路无线列调卫星通信网的低轨卫星申请发送数据,低轨卫星收到申请后,向所述铁路无线列调卫星通信终端设备分配信道资源,铁路无线列调卫星通信终端设备通过分配的信道向低轨卫星发送数据。
Ⅱ、低轨卫星收到数据后,通过相邻低轨卫星进行转发。
Ⅲ、覆盖地面通信卫星服务器的低轨卫星收到数据后,向地面通信卫星服务器转发数据。
Ⅳ、地面通信卫星服务器收到数据后,根据数据包中要接收数据的铁路无线列调卫星通信终端设备的信息,查询数据库,找到覆盖要接收数据的铁路无线列调卫星通信终端设备的低轨卫星,向低轨卫星发送数据。
Ⅴ、覆盖要接收数据的铁路无线列调卫星通信终端设备的低轨卫星收到数据后通知铁路无线列调卫星通信终端设备在指定信道接收数据。
二、当铁路无线列调卫星通信终端设备向国内铁路无线列调通信网或国外铁路无线通信网中的不具备卫星通信能力的铁路无线列调终端设备发送数据时,发送数据步骤如下:
Ⅵ、铁路无线列调卫星通信终端设备执行所述步骤Ⅰ-步骤Ⅲ,数据到达地面通信卫星服务器后,地面通信卫星服务器将数据转发给通信网关服务器。
Ⅶ、通信网关服务器收到数据后,通过国内铁路无线列调通信网中的450M通信网、GSM-R通信网、400M数字通信网、LTE-R通信网、5G-R通信网或国外铁路无线列调通信网发送给不具备卫星通信能力的铁路无线列调终端设备。
Ⅷ、不具备卫星通信能力的铁路无线列调终端设备收到数据。
本系统铁路无线列调卫星通信终端设备中的铁路卫星通信机车台、铁路卫星通信车站台和铁路卫星通信调度台在本系统工作流程中基本相同。以下以铁路卫星通信机车台向铁路卫星通信车站台或调度台发送数据为例对本系统工作流程进行说明。
如图7所示,当铁路卫星通信机车台处于卫星通信模式时,铁路司机操作MMI进行呼叫车站值班员、调度员等呼叫操作。以下8个步骤分别对应图7中的8个工作流程途径:1、铁路卫星通信机车台向当前覆盖的低轨卫星申请发送数据,低轨卫星收到申请后,向其分配信道资源,铁路卫星通信机车台通过分配的信道向低轨卫星发送数据。2、低轨卫星收到数据后,通过相邻卫星进行转发。3、覆盖地面通信卫星服务器的低轨卫星向地面通信卫星服务器转发数据。4、地面通信卫星服务器收到数据后,根据数据包中被呼终端(铁路卫星通信车站台或调度台)的信息,查询数据库,找到覆盖被呼终端(铁路卫星通信车站台或调度台)的低轨卫星,向其发送数据。5、被呼终端(铁路卫星通信车站台或调度台)所连卫星收到数据后通知被呼终端在指定信道接收数据。6、终端用户(铁路卫星通信机车台)向国内或国外铁路无线列调通信网络发送数据时,数据到达地面通信卫星服务器后,地面通信卫星服务器将数据转发给通信网关服务器。7、通信网关服务器收到数据后,发送给国内或国外铁路无线列调通信网进行寻呼。8、通信网连接的终端用户(不具备卫星通信能力的铁路通信车站台或调度台)收到数据。
如图8所示,本系统的铁路卫星通信机车台工作流程有如下步骤:
A、铁路卫星通信机车台上电开机;
B、第一低轨卫星通信模块,450M或400M信道机、GSM-R通信模块、LTE-R通信模块、5G-R通信模块初始化;
C、机车台主机的第一控制单元判断当前是否为自动模式,如果是自动模式则进入步骤D,如果不是自动模式进入步骤G;
D、所述第一控制单元根据当前地理位置信息查询数据库;
E、所述第一控制单元判断当前区段是否是卫星通信模式,如果是则进入步骤F,如果不是进入步骤H;
F、铁路卫星通信机车台通过第一低轨卫星通信模块进行通信,然后进入步骤J;
G、所述第一控制单元获取上次关机前的手动工作模式;
H、所述铁路卫星通信机车台设定为当前工作模式;
I、所述铁路卫星通信机车台通过工作模式对应的450M或400M信道机、GSM-R通信模块、LTE-R通信模块、5G-R通信模块进行通信;
J、所述第一控制单元判断是否有数据发送或接收;
K、如果有则处理接收到的数据或者发送数据,然后返回步骤J,如果没有直接返回步骤J。
如图9所示,本系统的铁路卫星通信车站台或铁路卫星通信调度台工作流程有如下步骤:
a、所述铁路卫星通信车站台或铁路卫星通信调度台上电开机;
b、第三存储芯片、第二以太网芯片、第三以太网芯片、音频编解码芯片初始化;
c、所述铁路卫星通信车站台的第二控制单元判断第二低轨卫星通信模块或有线网口是否收到数据,如果收到则进入步骤d,如果未收到数据进入步骤i;
d、所述第二控制单元分析收到的数据包;
e、所述第二控制单元判断是否为语音数据,如果是语音数据则进入步骤f,如果不是语音数据,则为业务数据,然后进入步骤h;
f、所述第二控制单元通过音频编解码芯片将语音数据转换为模拟音频;
g、所述模拟音频通过扬声器、耳机播放,然后返回步骤c;
h、所述第二控制单元进入处理业务数据流程,然后返回步骤c;
i、所述第二控制单元判断是否发送语音,如果是则进入步骤j,如果不是进入步骤k;
j、所述第二控制单元通过音频编解码芯片将模拟音频转换为数字信息,然后进入步骤l;
k、所述第二控制单元判断是否发送数据,如果是则进入步骤l,如果不是返回步骤c;
l、所述第二控制单元通过所述第二低轨卫星通信模块或有线网口发送信息,然后返回步骤c。

Claims (9)

1.一种基于低轨卫星的铁路无线列调融合通信系统,其特征在于:所述系统包括铁路无线列调卫星通信终端设备和铁路无线列调卫星-地面通信网两部分;所述铁路无线列调卫星通信终端设备包括具备卫星通信能力的铁路卫星通信机车台、铁路卫星通信车站台和铁路卫星通信调度台;所述铁路无线列调卫星-地面通信网包括铁路无线列调卫星通信网、国内铁路无线列调通信网和国外铁路无线列调通信网;所述铁路无线列调卫星通信网包括低轨卫星通信网和由通信卫星服务器、通信网关服务器构成的地面通信网;所述国内铁路无线列调通信网包括450M通信网、GSM-R通信网、400M数字通信网、LTE-R通信网、5G-R通信网;其中所述低轨卫星通信网与地面通信网的通信卫星服务器相联通;通信卫星服务器与通信网关服务器相联通;所述地面通信网的通信网关服务器与国外铁路无线列调通信网相联通;所述地面通信网的通信网关服务器与国内铁路无线列调通信网相联通;所述铁路无线列调卫星通信终端设备与铁路无线列调卫星-地面通信网进行通信。
2.根据权利要求1所述的基于低轨卫星的铁路无线列调融合通信系统,其特征在于:所述铁路卫星通信机车台包括机车台主机、操作显示终端、第一送受话器、第一扬声器;所述机车台主机包括110V电源单元、第一低轨卫星通信模块、450M或400M信道机、GSM-R通信模块、LTE-R通信模块、5G-R通信模块、第一控制单元、交换单元;所述110V电源单元输出13.8V电源接至所述第一低轨卫星通信模块、450M或400M信道机、GSM-R通信模块、LTE-R通信模块、5G-R通信模块、第一控制单元、交换单元;第一低轨卫星通信模块、450M或400M信道机、GSM-R通信模块、LTE-R通信模块、5G-R通信模块、第一控制单元分别通过网口与交换单元相连接,交换单元通过网口连接所述操作显示终端;操作显示终端通过音频接口连接第一送受话器和第一扬声器。
3.根据权利要求2所述的基于低轨卫星的铁路无线列调融合通信系统,其特征在于:所述机车台主机的第一控制单元包括型号为LM22670的第一电源转换芯片、型号为LPC4337的第一MCU处理芯片、型号为MX66L51235F的第一存储芯片、型号为DP83848的第一以太网芯片;所述第一电源转换芯片输出的3.3V接至第一MCU处理芯片、第一存储芯片和第一以太网芯片;所述第一MCU处理芯片通过SPI端口连接第一存储芯片,通过MII端口连接第一以太网芯片;第一以太网芯片通过网口连接所述交换单元。
4.根据权利要求3所述的基于低轨卫星的铁路无线列调融合通信系统,其特征在于:所述交换单元包括型号为LM22670的第二电源转换芯片、型号为LPC4357的第二MCU处理芯片、型号为MX66L51235F的第二存储芯片、型号为88E6097的交换芯片;所述第二电源转换芯片输出的3.3V接至第二MCU处理芯片、第二存储芯片和交换芯片;交换芯片通过网口连接所述的第一控制单元、450M或400M信道机、GSM-R通信模块、LTE-R通信模块和5G-R通信模块。
5.根据权利要求1所述的基于低轨卫星的铁路无线列调融合通信系统,其特征在于:所述铁路卫星通信车站台包括220V电源单元、第二低轨卫星通信模块、第二控制单元、第二送受话器、第二扬声器和显示屏;所述220V电源单元输出13.8V接至第二低轨卫星通信模块和第二控制单元;第二低轨卫星通信模块通过网口与第二控制单元连接;第二控制单元通过音频接口分别连接第二送受话器、第二扬声器,通过RGB接口连接显示屏,通过网口连接所述铁路卫星通信调度台。
6.根据权利要求5所述的基于低轨卫星的铁路无线列调融合通信系统,其特征在于:所述第二控制单元包括型号为LM22670的第三电源转换芯片、型号为LPC4357的第三MCU处理芯片、型号为MX66L51235F的第三存储芯片、型号为DP83848的第二以太网芯片、型号为DP83848的第三以太网芯片、型号为TLV320AIC3106的音频编解码芯片;所述第三电源转换芯片输出3.3V接至所述第三MCU处理芯片、第三存储芯片、第二以太网芯片、第三以太网芯片和音频编解码芯片;第三MCU处理芯片通过SPI端口连接第三存储芯片,通过MII端口连接第二以太网芯片,通过MII端口连接第三以太网芯片,通过I2C端口连接音频编解码芯片;第二以太网芯片通过网口连接所述第二低轨卫星通信模块,第三以太网芯片通过网口连接所述铁路卫星通信调度台,音频编解码芯片通过音频接口分别连接第二送受话器、第二扬声器。
7.一种基于低轨卫星的铁路无线列调融合通信系统的实现方法,其特征在于:所述方法包括由铁路卫星通信机车台、铁路卫星通信车站台和铁路卫星通信调度台组成的铁路无线列调卫星通信终端设备通过铁路无线列调卫星通信网发送和接收数据,以及铁路无线列调卫星通信终端设备通过铁路无线列调卫星通信网、国内铁路无线列调通信网或国外铁路无线列调通信网发送和接收数据两种:
一、当所述铁路无线列调卫星通信终端设备处于卫星通信模式时,发送数据步骤如下:
Ⅰ、要发送数据的铁路无线列调卫星通信终端设备向当前覆盖的铁路无线列调卫星通信网的低轨卫星申请发送数据,低轨卫星收到申请后,向所述铁路无线列调卫星通信终端设备分配信道资源,铁路无线列调卫星通信终端设备通过分配的信道向低轨卫星发送数据;
Ⅱ、低轨卫星收到数据后,通过相邻低轨卫星进行转发;
Ⅲ、覆盖地面通信卫星服务器的低轨卫星收到数据后,向地面通信卫星服务器转发数据;
Ⅳ、地面通信卫星服务器收到数据后,根据数据包中要接收数据的铁路无线列调卫星通信终端设备的信息,查询数据库,找到覆盖要接收数据的铁路无线列调卫星通信终端设备的低轨卫星,向低轨卫星发送数据;
Ⅴ、覆盖要接收数据的铁路无线列调卫星通信终端设备的低轨卫星收到数据后通知铁路无线列调卫星通信终端设备在指定信道接收数据;
二、当所述铁路无线列调卫星通信终端设备向国内铁路无线列调通信网或国外铁路无线通信网中的不具备卫星通信能力的铁路无线列调终端设备发送数据时,发送数据步骤如下:
Ⅵ、所述铁路无线列调卫星通信终端设备执行所述步骤Ⅰ-步骤Ⅲ,数据到达地面通信卫星服务器后,地面通信卫星服务器将数据转发给通信网关服务器;
Ⅶ、通信网关服务器收到数据后,通过国内铁路无线列调通信网中的450M通信网、GSM-R通信网、400M数字通信网、LTE-R通信网、5G-R通信网或国外铁路无线列调通信网发送给不具备卫星通信能力的铁路无线列调终端设备;
Ⅷ、不具备卫星通信能力的铁路无线列调终端设备收到数据。
8.根据权利要求7所述的基于低轨卫星的铁路无线列调融合通信系统的实现方法,其特征在于:所述铁路卫星通信机车台工作流程有如下步骤:
A、铁路卫星通信机车台上电开机;
B、各通信模块初始化;
C、机车台主机的第一控制单元判断当前是否为自动模式,如果是自动模式则进入步骤D,如果不是自动模式进入步骤G;
D、所述第一控制单元根据当前地理位置信息查询数据库;
E、所述第一控制单元判断当前区段是否是卫星通信模式,如果是则进入步骤F,如果不是进入步骤H;
F、铁路卫星通信机车台通过第一低轨卫星通信模块进行通信,然后进入步骤J;
G、所述第一控制单元获取上次关机前的手动工作模式;
H、所述铁路卫星通信机车台设定为当前工作模式;
I、所述铁路卫星通信机车台通过工作模式对应的450M或400M信道机、GSM-R通信模块、LTE-R通信模块、5G-R通信模块进行通信;
J、所述第一控制单元判断是否有数据发送或接收;
K、如果有则处理接收到的数据或者发送数据,然后返回步骤J,如果没有直接返回步骤J。
9.根据权利要求7所述的基于低轨卫星的铁路无线列调融合通信系统的实现方法,其特征在于:所述铁路卫星通信车站台或铁路卫星通信调度台工作流程有如下步骤:
a、所述铁路卫星通信车站台或铁路卫星通信调度台上电开机;
b、初始化各芯片;
c、所述铁路卫星通信车站台的第二控制单元判断第二低轨卫星通信模块或有线网口是否收到数据,如果收到则进入步骤d,如果未收到数据进入步骤i;
d、所述第二控制单元分析收到的数据包;
e、所述第二控制单元判断是否为语音数据,如果是语音数据则进入步骤f,如果不是语音数据,则为业务数据,然后进入步骤h;
f、所述第二控制单元通过音频编解码芯片将语音数据转换为模拟音频;
g、所述模拟音频通过扬声器、耳机播放,然后返回步骤c;
h、所述第二控制单元进入处理业务数据流程,然后返回步骤c;
i、所述第二控制单元判断是否发送语音,如果是则进入步骤j,如果不是进入步骤k;
j、所述第二控制单元通过音频编解码芯片将模拟音频转换为数字信息,然后进入步骤l;
k、所述第二控制单元判断是否发送数据,如果是则进入步骤l,如果不是返回步骤c;
l、所述第二控制单元通过所述第二低轨卫星通信模块或有线网口发送信息,然后返回步骤c。
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