CN1702982A - 机车无线通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机车无线通信系统，包括列尾主机，至少一个操作显示终端和与其相连接的主机，所述主机包括主控模块和天线馈线模块，以及与主控模块和天线馈线模块连接的800MHz列尾和列车安全预警车载电台、GSM－R话音模块、GSM－R数据模块、450MHz机车电台、450MHz调度命令模块、GPS模块、所述主机还连接有电源模块。因此，本发明机车无线通信系统同时满足了450MHz模拟通道的通信、800MHz通道上列尾和列车安全预警以及GMS－R网络下的语音和数据通信。

Description

机车无线通信系统

技术领域

本发明涉及一种机车无线通信系统，尤其是一种可以实现机车综合通信的机车无线通信系统。

背景技术

近10年来，我国铁路经历了重载运输、电气化改造、线提速和客运专线建设等一系列的改造，推动了铁路通信信号的发展。目前我国铁路营运里程已达71500km，位居世界第三位，预计到2020年，全国铁路营业里程达到10万km左右。高速铁路、客运专线已成为我国铁路的发展方向。经过近几年的不断提速，已形成13000km，速度达120～160km/h的快速铁路网，广深线已达200km/h，秦沈客运专线运营速度将达到250km/h以上。未来5至15年，我国快速铁路和高速铁路将会有很大的发展。铁路提速和客运专线网络化、智能化、综合化的行车调度指挥系统需要高度可靠、高度安全、快速接入的综合移动通信系统，以及透明、双向、大容量的车-地安全和调度指挥的信息传输通道。

在这样庞大的铁路交通运输网中，要想大幅度提高铁路复线率、电气化率、自动闭塞比重，实现主要繁忙干线客货分线运输，现有的铁路通信系统已经无法满足这些要求。

现有铁路运输中使用系统有450M列调及风压系统、800MHz列尾和列车安全预警系统。各系统中在机车上的设备有450M通用机车台主机、控制盒、列尾控制盒和800MHz列尾和列车安全预警车载电台、800M司机控制盒。为满足下一步GSM-R的使用需求，机车上还要增加相应的设备包括显示操作终端。这些系统分别由不同的研制单位生产，自成一体，在机车上分散安装，系统性不强，资源浪费严重，各类信息无法整合，导致系统综合分析能力差无法统一管理。由于机车上空间有限且各种设备都配有各自的操作显示终端，这就造成各种设备在机车上的安装困难及司机使用操作时的不便。而且各种通信系统的软硬件资源在很大程度上已经受到限制，要在此基础上进行改造、扩展容量、增加功能，基本上是不可能的。

发明内容

本发明的目的是针对现有机车通讯系统的不足提出一种机车无线通信系统实现机车无线综合通信，可以同时满足450MHz模拟通道的通信、800MHz通道上列尾和列车安全预警以及GMS-R网络下的语音和数据通信。

为实现上述目的，本发明提供了一种机车无线通信系统，包括列尾主机，至少一个操作显示终端(MMI)和与其相连接的主机，所述主机包括一800MHz列尾和列车安全预警车载电台，用于机车的安全预警和列尾的风压检测；一GSM-R话音模块，用于基于GSM-R网络时机车的话音通信；一GSM-R数据模块，用于基于GSM-R网络时数据的收发；一450MHz机车电台，用于模拟无线信道的语音传输；一450MHz调度命令模块，用于模拟无线通道上机车调度命令信息的传递；一GPS模块，为系统提供GPS原始信息和公用GPS位置信息；一天线馈线模块，与所述800MHz列尾和列车安全预警车载电台、GSM-R话音模块、GSM-R数据模块、450MHz机车电台、450MHz调度命令模块和GPS模块相连接，用于信号的接收和发送；一主控模块，与所述800MHz列尾和列车安全预警车载电台、GSM-R话音模块、GSM-R数据模块、450MHz机车电台、450MHz调度命令模块、GPS模块和操作显示终端相连接，用于协调控制与其连接的各个模块的工作、建立各模块与操作显示终端的数据及音频通道，对各个模块进行控制及数据信息的记录；一电源模块，与所述主控模块相连接，用于对各个模块提供电源。

所述系统还包括高速数据模块，与所述天线馈线模块和主控模块相连接。所述主控模块还连接有录音模块，用于记录系统通话的话音。所述主控模块具有应用数据接口，用于为各个模块和数据应用提供接口。所述操作显示终端还连接有打印机。所述操作显示终端包括主板和与主板相连接的显示器、送受话器、扬声器、按键、电源开关和外部接口。所述主控模块包括一CPU和与CPU连接的闪存、实时时钟、总线接口、RAM和一个以上串口，所述800MHz列尾和列车安全预警车载电台、GSM-R话音模块、GSM-R数据模块、450MHz机车电台、450MHz调度命令模块和GPS模块通过总线接口与主控模块的CPU相连接。

因此，本发明机车无线通信系统同时满足了450MHz模拟通道的通信、800MHz通道上列尾和列车安全预警以及GMS-R网络下的语音和数据通信。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明机车无线通信系统的结构图。

图2为本发明机车无线通信系统操作显示终端的结构示意图。

图3为本发明机车无线通信系统主控模块的结构示意图。

图4为本发明机车无线通信系统的通信方法的第一流程图。

图5为本发明机车无线通信系统的通信方法的第二流程图。

图6为本发明机车无线通信系统在GSM-R网络下进行语音通信时，如果天线馈线模块又接收到语音被叫信息的处理流程图。

具体实施方式

本发明的思想是将现有的各种机车无线通信系统进行整合，不仅可以适用450MHz模拟通道的通信、800MHz通道上列尾和列车安全预警还可以适用GMS-R网络下的语音和数据通信。建立一个统一的工作平台，将各个通信设备以标准功能模块单元置于工作平台上，这样可以实现现有的各个通信系统设备统一制式，统一标准和综合利用，满足机车上无线通信的业务逐渐增加的要求，综合利用操作终端。

如图1所示，为本发明机车无线通信系统的结构示意图。包括一台主机1，主机1连接有两台MMI2，各MMI2上均连接有打印机3，主机包括主控模块10，主控模块10上利用RS-422串行总线连接有450MHz机车电台11、450MHz调度命令模块12、800MHz列尾和列车安全预警车载电台13、GSM-R话音模块14、GSM-R数据模块15、高速数据模块16、GPS模块17、录音模块18、电源模块19，主控模块10还具有应用数据接口4；450MHz机车电台11、450MHz调度命令模块12、800MHz列尾和列车安全预警车载电台13、GSM-R话音模块14、GSM-R数据模块15、高速数据模块16、GPS模块17均与天线馈线模块5相连接，还有一列尾主机6。

各个部件的功能如下：

1)、450MHz机车电台11：在主控模块10的控制下实现450MHz的调度通信即话音传输、车次号的传送和450MHz通道上的列尾操作。

2)、450MHz调度命令模块12：在主控模块10的控制下实现450MHz调度命令的传递。

3)、800MHz列尾和列车安全预警车载电台13：用于列车的安全预警和列尾风压的检测。

4)、GSM-R话音模块14：用于GSM-R调度语音通信。

5)、GSM-R数据模块15：用于数据的收发(支持GPRS方式、电路连接方式)。

6)、高速数据模块16：支持IEEE 802.11b标准中规定的通用数据传输功能。

7)、GPS模块17：为系统提供GPS原始信息和公用GPS位置信息，其中时钟信息作为设备的标准时钟。

8)、录音模块18：用于记录系统的通话。

9)、电源模块19：将机车提供的直流电压进行变换为整个机车无线通信系统的各个设备提供工作供电，以及断电后的备用电源。

10)、应用数据接口4：提供系统内部各个模块以及为数据应用提供接口。

11)、天线馈线模块5：用于信号的接受和传送。

12)、主控模块10：协调控制主机各单元的工作、建立各功能单元与MMI的数据及音频通道，对各个模块进行控制及数据信息的记录。

13)、打印机3：在MMI2的控制下打印输出纸质调度命令等信息。

14)、MMI2：负责将司机的各项操作以数据形式发送至主机，并将机车的工作状态及必要接收数据进行易读显示。

15)、列尾主机6：为现有的列尾主机，与800MHz列尾和列车安全预警车载电台13进行通信。

如图2所示，为MMI的结构示意图，包括主板26以及和主板26连接的显示器20、送受话器21、扬声器22、按键23、电源开关24和外部接口25。

如图3所示，为主控模块10的结构示意图，包括一CPU90，以及与CPU90连接的闪存91、实时时钟92、总线接口93、RAM94和一个以上串口95。因此与主控模块连接的各个模块均通过总线接口与主控模块的CPU90相连接。

因为在机车运行的各个区段的网络覆盖是不同的，有些为450MHz区段，而有些为GSM-R区段，因此在不同的网络覆盖的区段，需要进行切换，因为本发明的方法流程比较长，因此分为两幅进行描述，图中的A表示两幅图所示流程的连接点，如图4所示，为本发明的方法流程图一。

步骤100、MMI根据路段所覆盖的网络进行切换，如果为GSM-R网络所覆盖的路段则操作与显示终端向主控模块发送GSM-R语音模块和GSM-R数据模块的启用信息，主控模块启动GSM-R语音模块和GSM-R数据模块工作，执行步骤200，如果为450MHz网络所覆盖的路段则操作与显示终端向主控模块发送450MHz机车电台和450MHz调度命令模块的启用信息，主控模块启动450MHz机车电台和450MHz调度命令模块工作，执行步骤300；

步骤200、如果天线馈线模块接收到GSM-R网络侧发出的语音被叫信息，则执行步骤210，如果天线馈线模块接收到GSM-R网络侧的调度命令则执行步骤220，如果发起语音通信则执行步骤230，语音通信包括单呼主叫、组呼主叫和紧急呼叫主叫；

步骤210、天线馈线模块将该语音被叫信息发送与GSM-R语音模块；

步骤211、GSM-R语音模块通过主控模块将该语音被叫信息发送与MMI；

步骤212、MMI摘机并把摘机信息返回主控模块；

步骤213、主控模块向MMI通知当前通话列表；

步骤214、MMI判断被叫类型，如果为单呼被叫，则执行步骤215，如果为组呼被叫则执行步骤216，如果为紧急呼叫则执行步骤217；

步骤215、MMI向主控模块发送送挂断当前或保持当前电话信息，主控模块确认自动接入等候电话或切换需要接通的电话，执行步骤218；

步骤216、MMI向主控模块发送送挂断当前或保持当前电话信息，主控模块确认自动接入等候电话或切换需要接通的电话，进入通话状态下，主机的主控模块向MMI返回通话状态信息，执行步骤218；；

步骤217、MMI向主控模块发送送挂断当前或接入当前电话信息，主控模块向MMI发送通话状态信息，执行步骤218；

步骤218、MMI向主控模块发送挂机消息，结束语音呼叫，执行步骤200；

步骤220、天线馈线模块将接收到GSM-R网络侧的调度命令发送与GSM-R数据模块；

步骤221、GSM-R数据模块将该调度命令由主控模块转发与MMI；

步骤222、MMI向主控模块发送自动确认信息和列车司机及手动输入的确认信息，并在显示屏上对接收到的调度命令进行显示；；

步骤223、主控模块控制GSM-R数据模块将上述确认信息通过天线馈线模块发送给网络侧，执行步骤200；

步骤230、MMI将语音呼叫信息发送与主控模块；

步骤231、主控模块通过GSM-R语音模块利用天线馈线模块将语音呼叫信息发送至网络侧；

步骤232、交换中心收到呼叫信息后返回确认的对应信息；

步骤233、天线馈线模块收到该队应信息后通过与GSM-R语音模块发送与主控模块；

步骤234、主控模块将此对应信息发送与MMI；

步骤235、MMI摘机，将摘机信息发送与主控模块，进入通话状态；

步骤236、通话结束时，MMI向主控模块发送挂机信息；

步骤237、主控模块依据该信息控制GSM-R单元结束通话，执行步骤2

如图5所示，为本发明的方法流程图二，

步骤300、如果天线馈线模块接收到450MHz无线通道发出的语音被叫信息，则执行步骤310，如果天线馈线模块接收到450M无线通道的调度命令则执行步骤320，如果发起语音通信则执行步骤330，语音被叫信息包括车站呼叫信息、机车呼叫信息和调度呼叫信息，语音通信包括主叫车站通信、主叫机车通信和主叫调度通信；

步骤310、天线馈线模块将该语音被叫信息通过450MHz机车电台发送与主控模块；

步骤311、主控模块将该语音被叫信息转发与MMI；

步骤312、MMI摘机后，将摘机信息通过主控模块发送与450MHz机车电台；

步骤313、450MHz机车电台将接收到的车站话音通过音频通道传送至MMI，由MMI对话音进行还原回放；

在通话过程中，MMI随司机对PTT的操作将PTT信息通过RS-422串行总线接口发送给主控单元。主控单元依据该信息控制450MHz机车电台单元进行无线信道话音的收发操作；

步骤314、通话结束，MMI挂机，并将挂机信息通过主控模块发送给450MHz机车电台，使该模块退出通话状态，退回守候状态，执行步骤300；

步骤320、天线馈线模块将该调度命令通过450MHz调度命令模块发送于主控模块；

步骤321、主控模块将该调度命令转发于MMI；

步骤322、MMI向主机发送自动确认信息并在显示屏上对接收到的调度命令进行显示；

步骤323、主控模块控制450MHz调度命令模块将该自动确认信息由无线通道发送给地面设备；

步骤324、MMI将签收信息通过主控模块发送与450MHz调度命令模块；

步骤325、450MHz调度命令模块通过天线馈线模块将签收信息发送与地面设备，执行步骤300；

步骤330、MMI将呼叫信息通过主控模块发送与450MHz机车电台；

步骤331、450MHz机车电台通过天线馈线模块向无线通道发送呼叫信令；

步骤332、MMI通过音频通道将话音传送至450MHz机车电台，并由450MHz机车电台转发至无线通道；

步骤333、天线馈线模块收到无线通道返回的应答信令，转发于450MHz机车电台模块；

步骤334、450MHz机车电台通过主控模块将该应答信令转发于MMI；

步骤335、MMI进入通话状态；

步骤336、450MHz机车电台在无线通道上收到的车站话音将通过音频通道传送至MMI，由MMI对车站话音进行回放；

在通话过程中，MMI随司机对PTT的操作将PTT信息通过RS-422串行总线接口发送给主控单元。主控单元依据该信息控制450MHz机车电台单元进行无线信道话音的收发操作；

步骤337、MMI挂机，并将挂机信息通过主控模块发送与450MHz机车电台；

步骤338、450MHz机车电台退出通话状态，执行步骤300。

如图6所示，当GSM-R网络下进行语音通信的时候，如果天线馈线模块又接收到GSM-R网络侧发出的语音被叫信息，则执行下述步骤：

步骤400、天线馈线模块将被叫信息通过GSM-R语音模块发送给主控模块；

步骤401、主控模块比较该呼叫与当前通话的优先极，如果优先级高于现在通话的优先级则执行步骤410，如果与现在通话的优先级相同则执行步骤420，如果低于现在通话的优先级则执行步骤430；

步骤410、主控模块结束当前通话，进入新的通话状态，向MMI发送新的通话状态信息；

步骤411、MMI收到该信息后，向主控模块回发MMI确认信息；

步骤420、主控模块将新的呼叫信息发送给MMI；

步骤421、MMI收到信息后，进行选择挂断当前通话接入新呼叫或维持当前通话；

步骤422、MMI将选择信息发送给主控模块；

步骤423、主控模块依选择信息控制GSM-R话音单元进行相应的操作，以维持当前通话或接入新的呼叫；

步骤430、主控模块将新的呼叫信息发送给MMI；

步骤431、MMI收到信息后不做显示，继续维持现在的通话。

在进行语音通信的时候，录音模块可以对语音进行录音，在调度命令到达MMI时，MMI可以通过打印模块将调度命令打印。800MHz列尾和列车安全预警车载电台与列尾主机的通信主要分为三种，一是列尾确认和注销，二为利用列尾主机进行风压查询或紧急排风，三为列尾风压警告或电压警告。

在列尾主机开机和注销时需要列尾确认和注销，其方法步骤如下所述：

步骤501、列尾主机开机时发送列尾确认信息，天线馈线模块接收到列尾信息后通过800MHz列尾和列车安全预警车载电台发送与主控模块；

步骤502、主控模块将该信息转发于MMI，由MMI进行声光提示；

步骤503、MMI将确认信息发送与主控模块；

步骤504、主控模块将该确认信息通过800MHz列尾和列车安全预警车载电台由天线馈线模块向列尾主机发送；

步骤505、列尾主机收到该确认信息，确认成功；

步骤506、需要注销时，MMI将注销信息发送与主控模块；

步骤507、主控模块将该注销信息通过800MHz列尾和列车安全预警车载电台由天线馈线模块向列尾主机发送；

步骤508、列尾主机进行注销，并将注销成功消息发送与天线馈线模块；

步骤509、天线馈线模块将注销成功的消息通过800MHz列尾和列车安全预警车载电台发送与主控模块；

步骤510、主控模块将注销成功的消息转发与MMI；

步骤511、MMI收到注销成功的消息后向主控模块发送收到应答。

利用列尾主机进行风压查询或紧急排风的方法为：

步骤601、MMI将风压查询或紧急排风的信息发送与主控模块；

步骤602、主控模块通过800MHz列尾和列车安全预警车载电台由天线馈线模块向列尾主机发送风压查询信息活紧急排风信息；

步骤603、列尾主机收到风压查询信息后在无线信道上返回列尾风压值，执行步骤603，列尾主机收到排风信息后进行排风操作；

步骤604、天线馈线模块收到风压值信息通过800MHz列尾和列车安全预警车载电台发送与主控模块；

步骤605、主控模块将风压值转发与MMI；

步骤606、MMI向主控模块返回收到信息。

列尾风压警告或电压警告的方法为：

步骤701、当列尾主机检测到列尾风压值低于规定的要求，或设备电压低于规定的要求时，列尾主机在无线信道上发送列尾风压警告信息或电压警告信息；

步骤702、天线馈线模块将受到的电压警告信息或风压警告信息通过800MHz列尾和列车安全预警车载电台发送与主控模块；

步骤703、主控模块将风压警告信息或电压警告信息发送与MMI。

当需要进行位置查询时，MMI将位置查询信息通过主控模块发送与GPS模块，GPS将查询到的GPS位置信息通过主控模块返回MMI。

因此，本发明实现了对机车上多个系统的设备的整合并提供新增功能，同时便于司机的使用操作和设备安装。设备的构成形式也可满足功能单元独立，以实现对整个设备的模块式维护。由于设备主机内有多个相对独立的功能单元，依照上述的通信方式可以保证各功能单元之间及时稳定的数据交换，从而保证整个设备的稳定工作。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1、一种机车无线通信系统，包括列尾主机，至少一个操作显示终端和与其相连接的主机，所述主机包括：

一800MHz列尾和列车安全预警车载电台，用于机车的安全预警和列尾的风压检测；

一GSM-R话音模块，用于基于GSM-R网络时机车的话音通信；

一GSM-R数据模块，用于基于GSM-R网络时数据的收发；

一450MHz机车电台，用于模拟无线信道的语音传输；

一450MHz调度命令模块，用于模拟无线通道上机车调度命令信息的传递；

一GPS模块，为系统提供GPS原始信息和公用GPS位置信息；

一天线馈线模块，与所述800MHz列尾和列车安全预警车载电台、GSM-R话音模块、GSM-R数据模块、450MHz机车电台、450MHz调度命令模块和GPS模块相连接，用于信号的接收和发送；

一主控模块，与所述800MHz列尾和列车安全预警车载电台、GSM-R话音模块、GSM-R数据模块、450MHz机车电台、450MHz调度命令模块、GPS模块和操作显示终端相连接，用于协调控制与其连接的各个模块的工作、建立各模块与操作显示终端的数据及音频通道，对各个模块进行控制及数据信息的记录；

一电源模块，与所述主控模块相连接，用于对各个模块提供电源。

2、根据权利要求1所述的机车无线通信系统，其特征在于：所述系统还包括高速数据模块，与所述天线馈线模块和主控模块相连接。

3、根据权利要求1所述的机车无线通信系统，其特征在于：所述主控模块还连接有录音模块，用于记录系统通话的话音。

4、根据权利要求1所述的机车无线通信系统，其特征在于：所述主控模块具有应用数据接口，用于为各个模块和数据应用提供接口。

5、根据权利要求1所述的机车无线通信系统，其特征在于：所述操作显示终端还连接有打印机。

6、根据权利要求1或5所述的机车无线通信系统，其特征在于：所述操作显示终端包括主板和与主板相连接的显示器、送受话器、扬声器、按键、电源开关和外部接口。

7、根据权利要求1所述的机车无线通信系统，其特征在于：所述主控模块包括一CPU和与CPU连接的闪存、实时时钟、总线接口、RAM和一个以上串口，所述800MHz列尾和列车安全预警车载电台、GSM-R话音模块、GSM-R数据模块、450MHz机车电台、450MHz调度命令模块和GPS模块通过总线接口与主控模块的CPU相连接。

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