CN116367116A - 一种铁路lte机车无线通信设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供有一种铁路LTE机车无线通信设备，包括机车壳体、设置在机车壳体外侧的保护涂层、固定安装在机车壳体内侧的MIMO天线‑Ⅰ和MIMO天线‑Ⅱ、与MIMO天线‑Ⅰ和MIMO天线‑Ⅱ之间进行连接的信号处理模块。该铁路LTE机车无线通信设备，通过车载主机信号能够将机车航线信息提供给基站卫星定位模块提前在机车行驶的路线选定靠近机车航线的4G/5G信号基站作为信号收发基站使用，同时能够通过网络中心转换模块对4G/5G信号基站中的高负载基站和低负载基站进行筛选，进一步选定低负载的4G/5G信号基站作为机车的工作基站使用，以保证机车在行驶的过程中，能够通过低负载的4G/5G信号基站为机车提供稳定的信号传输速度，进而使得车内人员能够通过无线通信设备进行上网。
Description
技术领域
本发明涉及LTE机车无线通信技术领域，具体公开一种铁路LTE机车无线通信设备。
背景技术
现存的GSM-R通信技术在引入了GSMS网络技术之后，其通信系统在构建方式和数据承载能力上都得到了一定程度的完善，但是从其技术本质上来讲，它仍然属于第二代移动通信技术；目前的GSM-R铁路移动通信技术在业务开展能力上已经难以满足现代铁路通信系统的需求，其业务处理能力必须得到改善和提高；因此，铁路通信系统必须找到新的发展出路，结合我国铁路的运营现状和未来发展动态构建符合新时期发展的铁路通信系统，结合用户对移动通信的未来需求以及国际铁路的无线通信发展趋势；根据我国的铁路通信工程发展现状，采用与国际接轨的无线通信技术方案，以解决我国在无线通信技术领域相对薄弱的技术水平和建设实践经验，通过直接分享国际已有的研究成果，来降低研发成本，降低制式选择所带来的风险性；在此大背景下，选择TD-LTE无线通信技术成为我为铁路通信发展的新方向是准确的，符合我国当前的实际情况的。
下一代铁路通信系统的TD-LTE结构与LTE/SAE技术存在着相同与相似性。与现有的GSM-R通信系统网络架构相比较，两者之间的差异性主要表现在接入网技术和核心网组建技术上。就核心网技术而言，TD-LTE网络结构与GSM-R的最大不同是前者采用全IP网络。其采用HSS归属用户服务器作为本地用户服务器，主要负责对用户的注册性资料信息进行统一管理。另一方面，TD-LTE采用IP多媒体子系统为系统提供IP多媒体服务，能够实现数据传输包的有效传输，通过会话初始化协议实现可以互操作的IP协议服务。与GSM-R网络架构相比较，TD-LTE的网络架构相对扁平和简洁，突出了系统的本质作用性和实效性，从而极大的减少了设备和网络节点维护成本，为网络部署提供了更高的便利性，节省了运营商的开发成本的运营成本，同时采用基站与核心网直接相连的关键性技术，能够大大减少信令的交换，提高了系统运行的整体效率。
高速列车的WIFI有两种:一种是纯局域网，现在一些高速列车已经配备了，用于列车内人员之间的交流，另一种是用于地铁车厢内播放视频，就是在服务器上存储了大量的视频、游戏等内容，用于局域网上的娱乐，一般我们把这种叫车载WIFI；由于国内最快的高铁已经达到了300km/h，在这样的高速行驶状态下，高铁车厢内的WiFi信号自然会时断时续，不稳定，尤其是当高铁行驶到偏僻的地方或者经过隧道的时候，车厢里的WiFi信号就成了摆设，此时，即使人们的手机显示WiFi信号良好，但实际上它没有网络，无法通过它上网，坐高铁的时候，一节车厢的人数非常多，这样一来，高铁里的WiFi信号就会过载，网速严重分流，无法上网，且在实际的TD-LTE无线信号覆盖的应用中，会受到一些因素的影响，严重影响TD-LTE的覆盖率，针对穿透列车的信号损耗情况，需要合理的对TD-LTE的接收端进行布置，尽可能的布置在车外，保障TD-LTE的信号质量。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本申请旨在提供一种铁路LTE机车无线通信设备，包括机车壳体、设置在机车壳体外侧的保护涂层、固定安装在机车壳体内侧的MIMO天线-Ⅰ和MIMO天线-Ⅱ、与MIMO天线-Ⅰ和MIMO天线-Ⅱ之间进行连接的信号处理模块、与信号处理模块之间进行连接的中央处理模块以及分别与中央处理模块之间进行连接的机车卫星定位模块和车载速度计算模块，所述MIMO天线-Ⅰ连接有手机信号和车载主机信号，所述手机信号和车载主机信号能够将信号需求传递给MIMO天线-Ⅰ进行处理，所述MIMO天线-Ⅱ分别与手机信号和车载主机信号之间进行连接，所述中央处理模块连接有IP地址记录模块，所述IP地址记录模块连接有IP地址信息缓存模块，所述机车卫星定位模块连接有基站卫星定位模块，所述基站卫星定位模块连接有与MIMO天线-Ⅰ之间进行连接的网络分配模块，所述网络分配模块连接有与MIMO天线-Ⅰ之间进行连接的4G/5G信号基站。
优选的，所述IP地址记录模块可将手机信号和车载主机信号的信号需求按照IP地址分成信号需求1~n进行记录，且IP地址记录模块能够将记录的信息对应分配给IP地址信息缓存模块1~n进行缓存，确保手机信号和车载主机信号的信号需求不会丢失。
优选的，所述车载主机信号可将机车航线提前提供基站卫星定位模块，且基站卫星定位模块能够根据机车航线提前选定4G/5G信号基站作为预选基站进行使用。
优选的，所述4G/5G信号基站包括信号切换模块，且信号切换模块能够根据高铁运营和高铁停运的状况，将4G/5G信号基站切换成对应的高铁服务使用和非高铁服务使用两种状态。
优选的，所述4G/5G信号基站连接有网络中心转换模块，且网络中心转换模块能够根据4G/5G信号基站的负载状况，将低负载的4G/5G信号基站作为工作基站进行使用。
优选的，所述网络分配模块包括信号分化调度模块，且分化调度模块可根据手机信号的需求大小将同一个信号分化成1~n个单一信号，所述网络分配模块将多个单一信号1~n分配给对应数量的4G/5G信号基站1~n单独进行处理。
优选的，所述信号处理模块包括信号解析模块，且信号解析模块连接有信息缓存模块，所述信号解析模块可将4G/5G信号基站1~n进行解析并缓存至信息缓存模块的内部，所述信号处理模块能够通过中央处理模块获取手机信息，并将信息缓存模块内部的缓存信息分配对应的手机信息需求，且信号处理模块能够将处理后的信息进行信号整合，将其整合成同一个手机信号所需要的完整数据，并传递给MIMO天线-Ⅱ进行信号传输。
优选的，所述机车壳体位于MIMO天线-Ⅰ的上方设置有矩形通槽。
优选的，所述信号处理模块的顶部设置有套装在矩形通槽内侧且位于顶部MIMO天线-Ⅰ外侧的屏蔽层。
优选的，所述MIMO天线-Ⅱ安装在机车壳体内侧的顶部，且MIMO天线-Ⅱ采用U型分布，所述MIMO天线-Ⅰ和MIMO天线-Ⅱ在每节车厢的前端和后端均至少安装一个。
有益效果：1、该铁路LTE机车无线通信设备，通过车载主机信号能够将机车航线信息提供给基站卫星定位模块提前在机车行驶的路线选定靠近机车航线的4G/5G信号基站作为信号收发基站使用，同时能够通过网络中心转换模块对4G/5G信号基站中的高负载基站和低负载基站进行筛选，进一步选定低负载的4G/5G信号基站作为机车的工作基站使用，以保证机车在行驶的过程中，能够通过低负载的4G/5G信号基站为机车提供稳定的信号传输速度，进而使得车内人员能够通过无线通信设备进行上网。
2、该铁路LTE机车无线通信设备，通过网络分配模块内部的信号分化调度模块能够根据手机信号的需求大小将同一个信号分化成1~n个单一信号，并通过网络分配模块将多个单一信号分配给对应数量的4G/5G信号基站1~n，进而通过4G/5G信号基站1~n对多个单一信号同步进行数据处理，且4G/5G信号基站1~n能够通过MIMO天线-Ⅰ将1~n个信号传递给信号处理模块内部的信号解析模块进行处理，将其整合成同一个手机信号所需要的完整数据，由于4G/5G信号基站1~n分段选定，进而在机车高速行驶经过4G/5G信号基站1~n的过程中，4G/5G信号基站1~n都会交替提前对手机信号的信号需求进行处理，确保信号的传输速度能够跟得上机车的行驶速度，减少信号的延迟，确保网络能够正常使用进行上网。
3、该铁路LTE机车无线通信设备，通过在机车壳体的内部设置矩形通槽能够对MIMO天线-Ⅰ进行避位，进而使得信号更容易穿透机车，同时利用屏蔽层能够减少MIMO天线-Ⅰ的信号散失，降低信号的损耗，使得信号能够在机车内外侧进行稳定的传输，且MIMO天线-Ⅱ采用U型分布，使得回传的数据能够向车厢内的各个角落进行信号传递，确保手机能够接收到信号。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明结构的系统框图；
图2为本发明IP地址记录模块信号处理框图；
图3为本发明车载主机信号工作示意框图；
图4为本发明4G/5G信号基站系统框图；
图5为本发明4G/5G信号基站的工作示意框图；
图6为本发明网络分配模块的系统框图；
图7为本发明信号处理模块的系统框图；
图8为本发明MIMO天线-Ⅰ的安装示意图；
图9为本发明矩形通槽的示意图；
图10为本发明MIMO天线-Ⅱ的安装示意图。
图中：1、机车壳体；2、保护涂层；3、MIMO天线-Ⅰ；4、MIMO天线-Ⅱ；5、信号处理模块；6、中央处理模块；7、机车卫星定位模块；8、车载速度计算模块；9、手机信号；10、车载主机信号；11、IP地址记录模块；12、IP地址信息缓存模块；13、基站卫星定位模块；14、网络分配模块；15、4G/5G信号基站；16、网络中心转换模块；17、信息缓存模块；18、矩形通槽；19、屏蔽层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
本发明实施例中的附图：图中不同种类的剖面线不是按照国标进行标注的，也不对元件的材料进行要求，是对图中元件的剖视图进行区分。
请参阅图1-10，一种铁路LTE机车无线通信设备，包括机车壳体1、设置在机车壳体1外侧的保护涂层2、固定安装在机车壳体1内侧的MIMO天线-Ⅰ3和MIMO天线-Ⅱ4、与MIMO天线-Ⅰ3和MIMO天线-Ⅱ4之间进行连接的信号处理模块5、与信号处理模块5之间进行连接的中央处理模块6以及分别与中央处理模块6之间进行连接的机车卫星定位模块7和车载速度计算模块8，MIMO天线-Ⅰ3连接有手机信号9和车载主机信号10，手机信号9和车载主机信号10能够将信号需求传递给MIMO天线-Ⅰ3进行处理，MIMO天线-Ⅱ4分别与手机信号9和车载主机信号10之间进行连接，中央处理模块6连接有IP地址记录模块11，IP地址记录模块11连接有IP地址信息缓存模块12，机车卫星定位模块7连接有基站卫星定位模块13，基站卫星定位模块13连接有与MIMO天线-Ⅰ3之间进行连接的网络分配模块14，利用基站卫星定位模块13能够对分布在机车航线附近的4G/5G信号基站15进行定位搜寻，确保选定的4G/5G信号基站15位于机车航线的距离较近，网络分配模块14连接有与MIMO天线-Ⅰ3之间进行连接的4G/5G信号基站15。
其中，IP地址记录模块11可将手机信号9和车载主机信号10的信号需求按照IP地址分成信号需求1~n进行记录，且IP地址记录模块11能够将记录的信息对应分配给IP地址信息缓存模块1~n进行缓存，确保手机信号9和车载主机信号10的信号需求不会丢失，同时在信号进行回传时，能够保证整合后的信号能够传递给对应的手机信号9进行接收，避免车厢内的信号较多互相干扰，导致信号的传输延迟。
其中，车载主机信号10可将机车航线提前提供基站卫星定位模块13，且基站卫星定位模块13能够根据机车航线提前选定4G/5G信号基站15作为预选基站进行使用，同时配合机车卫星定位模块7能够实时检测机车与预选基站之间的距离，确保预选基站能够提前被对应车次的机车预选，防止多个机车预选用同一个基站使用，造成基站负载过高，严重影响信号的传输速度，且能够配合机车卫星定位模块7和车载速度计算模块8对机车的位置和运行速度进行实时检测，进一步保证选定基站的传输速度能够满足机车的行驶速度，确保信号不会滞后。
其中，4G/5G信号基站15包括信号切换模块，且信号切换模块能够根据高铁运营和高铁停运的状况，将4G/5G信号基站15切换成对应的高铁服务使用和非高铁服务使用两种状态，同时4G/5G信号基站15处于高铁服务使用状态时，该基站的主要任务就是为机车服务进行数据传输，以保证高铁运营期间，4G/5G信号基站15能够满足机车的使用需求，且4G/5G信号基站15处于非高铁服务使用状态时，该基站的主要任务就是为民用服务进行数据传输，以保证高铁停运期间，4G/5G信号基站15能够满足日常使用的数据传输要求，减少资源的浪费。
其中，4G/5G信号基站15连接有网络中心转换模块16，且网络中心转换模块16能够根据4G/5G信号基站15的负载状况，将低负载的4G/5G信号基站15作为工作基站进行使用，避免数据传输拥堵，合理的利用现有的基站资源，来满足机车无线通信设备的需求。
其中，网络分配模块14包括信号分化调度模块，且分化调度模块可根据手机信号9的需求大小将同一个信号分化成1~n个单一信号，网络分配模块14将多个单一信号1~n分配给对应数量的4G/5G信号基站1~n单独进行处理，将数据由大化小，分给多个基站提前进行处理，确保机车在高速行驶的过程中，同一个手机信号9能够连续交替被进行处理，保证信号的传输速度能够跟上机车的运行速度，降低信号的传输延迟，同时数据在传输的过程中，采用分段传输，即使手机刷新页面，信号也能再次通过多个基站进行交替传输，确保大容量的数据也能够在手机上查看。
其中，信号处理模块5包括信号解析模块，且信号解析模块连接有信息缓存模块17，信号解析模块可将4G/5G信号基站1~n进行解析并缓存至信息缓存模块17的内部，信号处理模块5能够通过中央处理模块6获取手机信息，并将信息缓存模块17内部的缓存信息分配对应的手机信息需求，且信号处理模块5能够将处理后的信息进行信号整合，将其整合成同一个手机信号9所需要的完整数据，并传递给MIMO天线-Ⅱ4进行信号传输。
其中，机车壳体1位于MIMO天线-Ⅰ3的上方设置有矩形通槽18，利用矩形通槽18能够对MIMO天线-Ⅰ3进行避位的同时使得MIMO天线-Ⅰ3在进行信号传输的过程中，能够减少车厢对信号的阻碍，使得信号能够通过MIMO天线-Ⅰ3快速向外界的基站进行信息传输。
其中，信号处理模块5的顶部设置有套装在矩形通槽18内侧且位于顶部MIMO天线-Ⅰ3外侧的屏蔽层19。
其中，MIMO天线-Ⅱ4安装在机车壳体1内侧的顶部，且MIMO天线-Ⅱ4采用U型分布；进而获得回传的数据能够经MIMO天线-Ⅱ4向车厢内的各个角落进行信号传递，确保手机能够接收到信号，MIMO天线-Ⅰ3和MIMO天线-Ⅱ4在每节车厢的前端和后端均至少安装一个，以此保证车厢内的手机信号能够快速的被接收处理，即使在车厢内人员较多的情况下，也能够保证车厢内的WiFi能够正常进行传输。
铁路LTE机车无线通信设备，通过车载主机信号10可将机车航线依次通过MIMO天线-Ⅰ3、信号处理模块5、中央处理模块6和机车卫星定位模块7传递给基站卫星定位模块13，且基站卫星定位模块13通过网络分配模块14根据机车航线对4G/5G信号基站15进行提前选定来作为预选基站进行使用，同时手机信号9通过MIMO天线-Ⅰ3将信号传递给信号处理模块5进行处理，处理后的信号传递给中央处理模块6，通过机车卫星定位模块7和车载速度计算模块8将机车的位置和速度提供给中央处理模块6的同时通过IP地址记录模块11记录是手机信号9的IP地址，并在IP地址信息缓存模块12的内部进行缓存，然后通过机车卫星定位模块7将信息传递给基站卫星定位模块13进行对机车航信就近的基站进行位置确认，通过网络分配模块14对4G/5G信号基站15进行选取，并进行信息传递，通过4G/5G信号基站15将回传的信号通过MIMO天线-Ⅰ3传递给信号处理模块5进行信息处理后，并通过调取对应的收集缓存信息，再通过信号处理模块5对信息进行整合处理后，通过MIMO天线-Ⅱ4将信息传递给手机信号9进行接收，本说明中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种铁路LTE机车无线通信设备，包括机车壳体（1）、设置在机车壳体（1）外侧的保护涂层（2）、安装在机车壳体（1）内侧的MIMO天线-Ⅰ（3）和MIMO天线-Ⅱ（4）、与MIMO天线-Ⅰ（3）和MIMO天线-Ⅱ（4）之间进行连接的信号处理模块（5）、与信号处理模块（5）之间进行连接的中央处理模块（6）以及分别与中央处理模块（6）之间进行连接的机车卫星定位模块（7）和车载速度计算模块（8），其特征在于：所述MIMO天线-Ⅰ（3）连接有手机信号（9）和车载主机信号（10），所述手机信号（9）和车载主机信号（10）能够将信号需求传递给MIMO天线-Ⅰ（3）进行处理，所述MIMO天线-Ⅱ（4）分别与手机信号（9）和车载主机信号（10）之间进行连接，所述中央处理模块（6）连接有IP地址记录模块（11），所述IP地址记录模块（11）连接有IP地址信息缓存模块（12），所述机车卫星定位模块（7）连接有基站卫星定位模块（13），所述基站卫星定位模块（13）连接有与MIMO天线-Ⅰ（3）之间进行连接的网络分配模块（14），所述网络分配模块（14）连接有与MIMO天线-Ⅰ（3）之间进行连接的4G/5G信号基站（15）。
2.根据权利要求1所述的一种铁路LTE机车无线通信设备，其特征在于：所述IP地址记录模块（11）可将手机信号（9）和车载主机信号（10）的信号需求按照IP地址分成信号需求1~n进行记录，且IP地址记录模块（11）能够将记录的信息对应分配给IP地址信息缓存模块1~n进行缓存，确保手机信号（9）和车载主机信号（10）的信号需求不会丢失。
3.根据权利要求1所述的一种铁路LTE机车无线通信设备，其特征在于：所述车载主机信号（10）可将机车航线提前提供基站卫星定位模块（13），且基站卫星定位模块（13）能够根据机车航线提前选定4G/5G信号基站（15）作为预选基站进行使用。
4.根据权利要求1所述的一种铁路LTE机车无线通信设备，其特征在于：所述4G/5G信号基站（15）包括信号切换模块，且信号切换模块能够根据高铁运营和高铁停运的状况，将4G/5G信号基站（15）切换成对应的高铁服务使用和非高铁服务使用两种状态。
5.根据权利要求1所述的一种铁路LTE机车无线通信设备，其特征在于：所述4G/5G信号基站（15）连接有网络中心转换模块（16），且网络中心转换模块（16）能够根据4G/5G信号基站（15）的负载状况，将低负载的4G/5G信号基站（15）作为工作基站进行使用。
6.根据权利要求1所述的一种铁路LTE机车无线通信设备，其特征在于：所述网络分配模块（14）包括信号分化调度模块，且分化调度模块可根据手机信号（9）的需求大小将同一个信号分化成1~n个单一信号，所述网络分配模块（14）将多个单一信号1~n分配给对应数量的4G/5G信号基站1~n单独进行处理。
7.根据权利要求1所述的一种铁路LTE机车无线通信设备，其特征在于：所述信号处理模块（5）包括信号解析模块，且信号解析模块连接有信息缓存模块（17），所述信号解析模块可将4G/5G信号基站1~n进行解析并缓存至信息缓存模块（17）的内部，所述信号处理模块（5）能够通过中央处理模块（6）获取手机信息，并将信息缓存模块（17）内部的缓存信息分配对应的手机信息需求，且信号处理模块（5）能够将处理后的信息进行信号整合，将其整合成同一个手机信号（9）所需要的完整数据，并传递给MIMO天线-Ⅱ（4）进行信号传输。
8.根据权利要求1所述的一种铁路LTE机车无线通信设备，其特征在于：所述机车壳体（1）位于MIMO天线-Ⅰ（3）的上方设置有矩形通槽（18）。
9.根据权利要求1所述的一种铁路LTE机车无线通信设备，其特征在于：所述信号处理模块（5）的顶部设置有套装在矩形通槽（18）内侧且位于顶部MIMO天线-Ⅰ（3）外侧的屏蔽层（19）。
10.根据权利要求1所述的一种铁路LTE机车无线通信设备，其特征在于：所述MIMO天线-Ⅱ（4）安装在机车壳体（1）内侧的顶部，且MIMO天线-Ⅱ（4）采用U型分布，所述MIMO天线-Ⅰ（3）和MIMO天线-Ⅱ（4）在每节车厢的前端和后端均至少安装一个。
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