一种通信装置的制作方法

1.本发明涉及常导高速磁浮铁路技术领域，尤其涉及一种通信装置。


背景技术：

2.常导高速磁浮铁路列车技术发展迅猛，但目前国内尚无常导高速磁浮铁路列车多制式列车无线通信装置。
3.高速磁浮铁路迫切需要一种具备高可靠性、超低时延、高移动性、同时具备高接入带宽(如闭路电视(closed circuit television，cctv)视频流，从而实现环境/行为检测等应用)的多网融合解决方案，以满足定位数据prw(磁极相角)、多媒体调度、智能cctv以及其他各种生产无线业务的需求，并使得无线通信一套装置上实现管理及应用，提高运营管理效率与服务质量。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种通信装置。本发明实施例的技术方案是这样实现的：
5.本发明实施例提供一种通信装置，应用于高速磁浮列车，所述装置包括：通信单元、接口单元和控制单元；其中，所述通信单元包括：38g通信单元、移动通信单元和无线局域网通信单元；所述38g通信单元、移动通信单元和无线局域网通信单元分别与所述接口单元连接；所述接口单元与所述控制单元连接；
6.所述接口单元分别与所述高速磁浮列车的多个业务系统设备相连，用于传输所述通信单元与所述业务系统设备之间的数据信息以及传输所述通信单元与所述控制单元之间的数据信息；
7.所述通信单元，用于与所述高速磁浮列车外部的通信网络进行通信；
8.所述控制单元，用于根据所述通信单元的网络参数和预设优先级发送调控指令；所述调控指令用于指示所述接口单元开启或关闭所述通信单元和与所述通信单元对应的业务系统设备之间的通信。
9.在上述方案中，所述预设优先级包括：网络优先级和业务优先级。
10.在上述方案中，所述控制单元，还用于根据所述网络参数控制所述通信单元的工作状态。
11.在上述方案中，所述通信单元通过所述接口单元提供的数据传输通道与所述业务系统设备通信；其中，所述数据传输通道与所述通信单元存在对应关系；所述对应关系表征不同通信单元对应的所述数据传输通道不同。
12.在上述方案中，所述控制单元，还用于按照第一时间间隔向所述通信模块发送查询指令；根据所述通信模块基于所述查询指令反馈的网络参数确定所述通信单元的网络状态。
13.在上述方案中，所述38g通信单元、所述移动通信单元、所述无线局域网通信单元、所述接口单元以及所述控制单元均设置在第一箱体内。
14.在上述方案中，所述装置还包括：至少一个设置在所述高速磁浮列车客室内的无线局域网接入单元；所述无线局域网接入单元与所述接口单元有线连接，用于为所述高速磁浮列车客室提供无线网络服务。
15.在上述方案中，所述通信单元还包括天线组件；所述天线组件设置于所述高速磁浮列车车体外部，用于接收和发送无线电波；所述天线组件分别与所述38g通信单元、所述移动通信单元和所述无线局域网通信单元连接。
16.在上述方案中，所述移动通信单元包括：lte-m网络通信单元和第五代移动通信网络通信单元。
17.在上述方案中，所述装置工作时，所述高速磁浮列车外部的通信网络至少包括以下至少之二：38g网络，无线局域网络，lte-m网络，第五代移动通信网络。
18.本发明实施例的通信装置通过通信单元提供38g网络、移动网络和无线局域网络为列车提供了多种通信网络选择，并通过控制单元结合网络参数和预设优先级调控业务端接入的通信网络，在减少了列车有效带宽不足的问题的同时，满足了列车车辆控制、无线调度和客户服务等无线业务需求，提升了列车的管理效率和服务质量。
附图说明
19.图1是本发明实施例提供的通信装置的结构示意图；
20.图2是本发明实施例提供的一种常导高速磁浮列车无线通信装置硬件组成框图；
21.图3是本发明实施例提供的一种通信控制单元主要控制逻辑示意；
22.图4是本发明实施例提供的一种常导高速磁浮列车无线通信模块及业务接口示意图；
23.图5是本发明实施例提供的一种常导高速磁浮列车无线通信装置实施示意图。
具体实施方式
24.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本发明的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
25.在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
26.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本发明实施例的目的，不是旨在限制本发明。
27.下面说明本发明实施例提供的通信装置。参见图1，图1是本发明实施例提供的通信装置的结构示意图；在一些实施例中，该通信装置可应用于高速磁浮列车；本发明实施例提供的通信装置100包括：
28.通信单元110、接口单元120和控制单元130；其中，所述通信单元110包括：38g通信单元1101、移动通信单元1102和无线局域网通信单元1103；所述38g通信单元1101、移动通
信单元1102和无线局域网通信单元1103分别与所述接口单元120连接；所述接口单元120与所述控制单元130连接；
29.所述接口单元120分别与所述高速磁浮列车的多个业务系统设备相连，用于传输所述通信单元110与所述业务系统设备之间的数据信息以及传输所述通信单元110与所述控制单元130之间的数据信息；
30.所述通信单元110，用于与所述高速磁浮列车外部的通信网络进行通信；
31.所述控制单元130，用于根据所述通信单元110的网络参数和预设优先级发送调控指令；所述调控指令用于指示所述接口单元120开启或关闭所述通信单元110和与所述通信单元110对应的所述业务系统设备之间的通信。
32.在一实施例中，所述高速磁浮列车为高速磁悬浮列车包括但不限于常导高速磁浮列车。
33.在一些实施例中，所述38g通信单元、所述移动通信单元、所述无线局域网通信单元、所述接口单元以及所述控制单元均设置在第一箱体内。
34.在一实施例中，所述高速磁浮列车外部的通信网络包括：列车外部的地面通信网络。其中，所述地面通信网络表征设置在列车轨道交通沿线地面的网络及设备。
35.在一实施例中，所述第一箱体包括但不限于列车驾驶室周边的一个设备柜。
36.在一实施例中，所述移动通信单元用于接入移动网络，进行无线通信，所述移动网络包括但不限于：lte-m(long term evolution for metro，城市轨道交通车地综合通信系统)网络、第五代移动通信网络(5th generation mobile communication technology，5g)等。其中，lte-m是针对城市轨道综合业务需求设计的td-lte系统。本实施例中的lte-m可同时承载基于通信的列车控制系统(cbtc)、视频监控(ims)、乘客信息系统(pis)、列车运行状态监控、集群调度业务等信息；lte-m网络遵循《城市轨道交通车地综合通信系统(lte-m)规范》要求，为一种专用的lte网络。
37.在一实施例中，所述移动通信单元包括：lte-m网络通信单元和第五代移动通信网络通信单元。
38.在一实施例中，所述38g通信单元用于与38ghz无线基站进行无线通信。在一实施例中，所述38ghz无线基站安装在磁浮线路轨旁。
39.在一实施例中，所述无线局域网通信单元用于接入无线局域网络进行无线通信。
40.在一实施例中，同一时刻，所述高速磁浮列车外部至少包含两个不同的通信网络。
41.在一些实施例中，所述通信装置工作时，所述高速磁浮列车外部的通信网络至少包括以下至少之二：38g网络，无线局域网络，lte-m网络，第五代移动通信网络。
42.在一实施例中，所述网络参数包括但不限于信号质量、时延、丢包、吞吐率等，其中，所述信号质量包括但不限于信号强度。
43.在一实施例中，控制单元包括但不限于处理器。例如中央处理器。
44.在一些实施例中，所述控制单元，还用于根据所述网络参数控制所述通信单元的工作状态。例如若通信单元的信号强度低于预设值，则控制所述通信单元停止工作。
45.在一些实施例中，所述控制单元，还用于按照第一时间间隔向所述通信模块发送查询指令；根据所述通信模块基于所述查询指令反馈的网络参数确定所述通信单元的网络状态。在一实施例中，若网络参数在预设范围内则通信单元的网络状态良好，否则网络状态
不好。预设范围可由用户根据业务需求任意设置。
46.在一实施例中，若控制单元监控到通信单元的网络状态不好，则控制单元控制所述通信单元停止工作，并切换替他的通信单元替换该通信单元与业务端进行通信。
47.在一实施例中，所述预设优先级包括：网络优先级和业务优先级。
48.具体的，在一实施例中，业务系统设备存在不同业务需求，不同的业务需求对应不同的业务优先级，所述业务优先级表征存在多个业务需求时，满足业务需求的先后顺序。当存在适宜的通信网络可适用于业务需求时，优先将该适宜的通信网络分配给业务优先级高的业务系统设备。
49.在一实施例中，每种业务需求存在多个通信网络可接入使用，所述网络优先级表征通信网络针对业务需求的适宜程度的先后顺序。对于一业务需求，优先采用网络优先级高点的通信网络与业务系统设备通信。
50.在一实施例中，若同时存在多个业务需求时，先根据业务优先级以及此时通信单元的网络参数，对业务优先级高的业务需求优先分配网络状态良好的通信网络，若通信网络的网络状态均良好，则对其分配网络优先级高的通信网络。在一实施例中，通信网络的网络参数在业务需求对应的预设范围内时，其网络状态良好。否则网络状态差。
51.在一实施例中，不同业务系统设备对应不同业务需求，业务需求包括但不限于:列车定位、运行控制、乘客服务等。其中，与列车行驶相关的业务需求的业务优先级高于服务于乘客的相关业务需求，从而减少因通信带宽不足导致的列车行驶故障，保证了列车行驶安全。
52.在一实施例中，所述业务系统设备包括但不限于运控系统设备、集群调度系统、车辆系统、pis系统等等。接口单元分别与各个业务系统设备相连，可实现车地之间的无缝数据连接。
53.在一实施例中，所述业务系统设备不包含列车定位系统。
54.在一实施例中，接口单元具有数据交换与接口功能，包括但不限于rj45接口、usb接口、四线音频接口、can接口、rs422接口等，实现各个无线通信单元之间的通信与控制。
55.在一些实施例中，所述通信单元通过所述接口单元提供的数据传输通道与所述业务系统设备通信；其中，所述数据传输通道与所述通信单元存在对应关系；所述对应关系表征不同通信单元对应的所述数据传输通道不同。根据控制单元的调控指令，业务数据从不同通信网络通过不同路由最后汇总到业务端。由此，对业务而言，网络是透明的，即业务端根据接收数据路由的不同即可知晓该数据是通过哪个通信网络获取的数据，当通信网络发生故障时可实现定位到故障的通信网络。
56.在一些实施例中，所述装置还包括：至少一个设置在所述高速磁浮列车客室内的无线局域网接入单元；所述无线局域网接入单元与所述接口单元有线连接，用于为所述高速磁浮列车客室提供无线网络服务。
57.在一实施例中，无线局域网接入单元包括但不限于：无线局域网(wireless local area network，wlan)客室接入点。所述wlan客室接入点设置在列车客室内，每客室设置1～2台，通过数据线与接口单元互联，主要通过移动通信单元中的5g及wlan通信单元与列车外部通信网络进行无线数据通信。
58.在一些实施例中，所述通信单元还包括天线组件；所述天线组件设置于所述高速
磁浮列车车体外部，用于接收和发送无线电波；所述天线组件分别与所述38g通信单元、所述移动通信单元和所述无线局域网通信单元连接。
59.在一实施例中，通信单元还包括收发器和无线数据处理单元，各通信单元的天线、收发器设置在列车车体外部整流罩内，通过馈线或者数据线接入所述无线数据处理单元。所述无线处理单元安装在所述第一箱体内。
60.在一实施例中，本实施例的通信装置还可应用于高速磁浮列车尤其是常导高速磁浮列车的通信系统中。在一实施例中，该通信系统在磁浮线路区间、车站、场段等区域内采用38ghz无线基站及1.8ghz lte-m基站信号进行全面覆盖。5g和wlan网络的覆盖范围根据现场情况做到尽力覆盖。38ghz系统和lte-m、5g网络的基站部署在磁浮线路轨旁，覆盖全部线路、车站及场段。wlan网络主要设置在车站、场段、紧急停车区域等位置。上述网络的在磁浮区域是重叠覆盖的，因此可以保证本列车装置最少能同时处在两张网络的覆盖之下。
61.以下结合上述实施例提供一个具体示例：
62.国内尚无常导高速磁浮铁路列车多制式列车无线通信装置。基于此，本示例对目前的无线通信系统进行了分析：
63.上海磁浮工程中采用38ghz车地无线通信系统。十一五期间电子科大所仿制升级的38ghz车地无线设备在同济大学试验线投入使用。该系统可以满足磁浮列车定位数据prw从列车传输到地面的严格时延要求(≤5ms)，同时具备语音及数据业务(8mbps)的传输能力。但由于技术诞生于2000年之前，数据传输能力过低，难以满大带数据的使用需求，如高清视频流、乘客上网业务等等，限制了该技术的进一步应用。例如，在区间救援场景下，无法提供无线的现场视频传输，也不能给救援人员提供语音及多媒体调度通信。
64.2015年工信部下发[2015]65号文“关于重新发布1785-1805mhz频段无线接入系统频率使用事宜的通知”与2016年中城协发布的lte-m首批规范，推进了lte-m在城市轨道交通领域的快速应用。据统计自2016年以来，国内95％以上的轨道交通线路采用了lte-m系统，具有速率高、覆盖广、移动性(600km/h通过抗频偏算法)好等优点，基于lte-m的宽带调度通信可以同时承载语音、视频等业务类型逐渐成为产业发展共识，目前在行业专网领域如：轨道交通、机场、港口等项目中正在快速应用。但受限于可用频率不超过20mhz的国家政策限制，其实用边缘速率不高于30mbps，难以满足更大带宽的智能化应用。此外，该系统无法满足磁浮列车定位数据prw业务的低时延要求。
[0065]
目前，经过一年发展国内5g基站已经超过80万个，终端用户超过4亿，其商用化已经初步实现，下阶段5g将与各个垂直行业发生强结合，轨道交通行业进展尤其迅猛。其三大特性是增强型移动宽带、超高可靠与低延迟的通信和大规模机器类通信很好的满足的轨道交通智能化智慧化的发展趋势。目前大铁及城市轨道交通行业均对5g的使用场景进行了深入的研究和探讨，可以实现高清视频监控(cctv)、pis信息实时下载、无人驾驶、远程操作、智慧工地等等以及乘客宽带接入等，是未来轨道交通发展的重要趋势。5g有较好的高速移动特性，目前可以满足500km/h的运营场景，但对于600km/h情况下，误码率会增加，带宽会下降。此外，5g网络目前主要由中国铁塔及各个运营商建设，带宽可以达到1gbps左右。但由于建设问题，不一定能全覆盖磁浮线路，因此现阶段仅推荐承载非安全类业务。
[0066]
wlan最新的wifii6制式使用ims频段，理论速率达9.6gbps，有效速率400～600mbp(可以接入80～120路左右的1080p视频流)。但受限于使用开放频段资源，容易受到非运营
相关wifi设备的干扰，不宜用来承载关键无线业务，可靠性不足。此外该技术目前不支持高速移动性，超过200km时就无法正常工作。因此目前该系统只能在车站、场段及车站附近1～2km区间内使用。因此仅推荐承载非安全类业务。除列车通信之外，wlan还可以乘客服务业务。磁浮列车客室因电磁防护需要设置屏蔽层，一般信号难以穿透车体，个人手机及便携电脑难以有效进行无线数据通信。设置客室wlan接入点为旅客提供无线接入服务，将极大方便商务人士出行及办公。
[0067]
基于上述分析，本示例提出了一种常导高速磁浮列车无线通信装置，如图2所示，包括：通信控制单元、接口及交换单元以及wlan客室接入点。其中，通信单元包括：38g通信单元、lte-m通信单元、5g通信单元、wlan通信单元。
[0068]
本示例提供的一种常导高速磁浮列车无线通信装置中的通信控制单元、接口及交换单元、38g通信单元、lte-m通信单元、5g通信单元、wlan通信单元主要部署在磁浮列车驾驶室附近设备柜内。而各个通信单元的天线、收发器设置在车体外部整流罩内，通过馈线或者数据线接入所述通信单元，实现各个通信单元收发无线电波，避免因为车体屏蔽作用而导致信道恶化。各个通信单元的网络参数，如信号质量、时延、丢包、吞吐率等等通过所述通信控制单元进行实时监控。
[0069]
通信控制单元实时监控各个通信单元的网络参数，如信号质量、时延、丢包、吞吐率等等；并根据上述参数，控制各个通信模块工作状态。如图3通信控制单元主要控制逻辑示意图所示，通信控制单元通过接口及交换单元提供的通信总线，从各个通信单元获取上述网络参数，从而控制各个通信模块工作，并指派接口及交换单元开启或关闭或切换响应的数据通道，实现与对应的南向业务侧接口进行传输通信。所述通信控制单元周期性向各个通信模块发送网络质量报告指令，检测网络状态。所述通信控制单元设置优先级控制，主要关系如下按网络38g＝lte-m＞5g＞wlan进行排序，业务关系按必选＞宜选＞可选。其网络及业务的逻辑如下表所示：
[0070]
表1一种常导高速磁浮列车无线通信装置支持网络及业务表
[0071][0072]
其中，必选
☆
√宜选
○
可选优先级1至9从高到低
[0073]
接口及交换单元具备数据交换与接口功能，具备rj45接口、usb接口、四线音频接
口、can接口、rs422接口等，可实现通信控制单元与各个无线通信单元之间的通信与控制。同时与各个列车除列车定位以外的业务系统设备相连，即与各个车载业务端设备互联，如运控系统、集群调度系统、车辆系统、pis系统等等，从而实现各个无线通信单元与各个业务系统的无缝连接。列车定位系统因为具有最高优先级，并且对时延特别明感，因此不通过接口及交换单元获取业务数据。
[0074]
38g通信单元由38ghz天线、38g射频模块(毫米波射频模块)及第一数据处理模块等组成，用于接入磁浮线路轨旁的38ghz无线基站和无线数据传输。其中，38ghz天线与毫米波射频模块相连，所述毫米波射频模块与通信控制单元相连。
[0075]
lte-m通信单元由lte-m宽频天线、lte-m射频模块及第二数据处理模块等组成，用于接入磁浮轨旁的专用lte-m网络和无线数据传输。
[0076]
5g通信单元由5g mimo天线、5g模组及第三数据处理模块等组成，用于接入运营商5g网络和无线数据传输。
[0077]
wlan通信单元由wlan天线、wlan车载无线网桥等组成，用于接入ims(industrial scientific medical，工业科学医学)频段的轨旁wlan网络和无线数据传输。
[0078]
wlan客室接入点设置有一体化客室wlan无线访问接入点(access point，ap)，用于提供车内乘客无线数据接入及服务功能。
[0079]
如图2所示，38g通信单元负责接入38g网络实现终端和网络间通信。lte-m通信单元负责接入lte-m网络实现终端和网络间通信。5g通信单元负责接入5g网络实现终端和网络间通信。wlan通信单元负责接入wlan网络实现终端和网络间通信。wlan客室接入点设置在列车客室内，每客室设置1～2台，通过数据线与接口及交换单元互联，主要通过5g及wlan通信单元与列车外部网络进行无线数据通信。接口及交换单元与各个业务系统(除列车定位)设备互联，如运控系统、集群调度系统、车辆系统、pis系统等等，车地之间的无缝数据连接。
[0080]
如图4的一种常导高速磁浮列车无线通信模块及业务接口示意图，本示例提供的一种常导高速磁浮列车无线通信装置，主要部署在磁浮列车驾驶室附近设备柜内，包括所述通信控制单元、接口及交换单元、38g通信单元、lte-m通信单元、5g通信单元、wlan通信单元。各通信单元的天线、收发器设置在车体外部整流罩内，通过馈线或者数据线接入所述无线单元。所述通信控制单元对各个无线通信单元的网络参数，如信号质量、时延、丢包、吞吐率等等通过进行实时监控，该所述单元并根据上述参数，控制各个通信模块工作状态，指派通信模块与对应的南向业务侧接口进行传输通信。
[0081]
如图5所示，所述38g通信单元负责接入38g网络实现终端和网络间通信。所述lte-m通信单元负责接入lte-m网络实现终端和网络间通信。所述5g通信单元负责接入5g网络实现终端和网络间通信。所述wlan通信单元负责接入wlan网络实现终端和网络间通信。所述wlan客室接入点设置在列车客室内，列车每个客室设置1～2台，通过数据线与接口及交换单元互联，主要通过5g及wlan通信单元与列车外部网络进行无线数据通信。
[0082]
本示例提供的一种常导高速磁浮列车无线通信装置应用于高速磁浮列车尤其是常导高速磁浮列车的通信系统中。该通信系统在磁浮线路区间、车站、场段等区域内采用38ghz无线基站及1.8ghz lte-m基站信号进行全面覆盖。5g和wlan网络的覆盖范围根据现场情况做到尽力覆盖。其中，38ghz系统和lte-m、5g网络的基站部署在磁浮线路轨旁，覆盖
全部线路、车站及场段。5g网络的建设，应尽量协调该网络在沿线全面覆盖。wlan网络由于不支持高速移动性，主要设置在车站、场段、紧急停车区域等位置进行覆盖。上述网络的在磁浮区域是重叠覆盖的，因此可以保证本列车装置最少能同时处在两张网络的覆盖之下。最终各个业务信息根据控制单元的指令，从不同网络按不同路由最后汇总到业务端。对业务而言，网络是透明的。
[0083]
本示例将38g系统、lte-m系统、5g系统、wlan系统这四种在轨道交通中分别代表了关键性、通用性、先进性、易用性的无线通信系统集成在一个常导高速磁浮列车无线通信装置内，通过通信控制单元对各系统进行协调管理，使得磁浮列车在4张网络内，可以根据移动范围和业务特征进行选择性切换或漫游，克服了38g无线系统有效带宽的不足，弥补了lte-m超低时延方面的短板，又能利用5g超高带宽的新特性，还通过wlan系统进行补充和备用，该装置作为一种多网融合解决方案，可以满足常导高速磁浮铁路的定位(prw)、运控、多媒体调度、pis、cctv以及其他各种生产无线业务和乘客服务的需求，使得在上述功能在一套装置上实现管理及应用，提高运营管理效率与服务质量。此外，通过将各通信单元设置在同一设备柜中，还改变了传统车载无线通信系统分散设置的弊端，节省了磁浮列车设备安装空间、减少线缆种类和数量，提高了设备的集成度，本示例提供的装置结构简单、运行可靠，有助于磁浮列车通信平台配置的标准化，且实用方便、便于统一维护等优点。
[0084]
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本技术的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本技术的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0085]
在不背离本技术精神及其实质的情况下，本领域的技术人员当可根据本技术实施例做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本技术发明所附的权利要求的保护范围。
[0086]
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本技术旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。
[0087]
以上所述，仅为本技术的实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。