支持5G宽带语音AMR-WB调度通信的机车CIR主机及调度通信方法与流程

支持5g宽带语音amr-wb调度通信的机车cir主机及调度通信方法
技术领域
1.本发明涉及机车无线通信技术领域，尤其是涉及一种支持5g宽带语音amr-wb调度通信的机车cir主机及调度通信方法。


背景技术：

2.gsm-r系统主要用于铁路无线调度和无线列控通信，既有机车综合无线通信设备(cir)在铁路gsm-r无线调度通信中已经得到了大规模的使用，是现在铁路日常语音调度通信业务的关键车载设备。随着移动通信技术的发展，为了适应时代发展的需要，gsm-r将在2030年左右逐步退出铁路市场，铁路行业正在深入研究5g专用通信系统，以满足铁路未来移动通信发展的需要。
3.未来铁路5g专网的调度通信系统将采用宽带语音(amr-wb)技术，既有机车综合无线通信设备(cir)主要采用十多年前的技术设计，主要是基于单片机加串口总线的总体思想来设计的，难以利用现有主控单元满足铁路5g宽带语音(amr-wb)调度通信的要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种为机车提供更高质量的语音通信、改造成本低、方便快捷、通用性强的支持5g宽带语音amr-wb调度通信的机车cir主机及调度通信方法。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种支持5g宽带语音amr-wb调度通信的机车cir主机，cir主机通过在既有cir主机上更换主控单元实现，cir主机包括背板，所述的主控单元包括底板和核心板；所述的核心板安装在底板上；所述的底板与背板相连；所述的底板上设有以太网口，cir主机通过以太网接口与5g通信模块相连，实现5g宽带语音amr-wb调度通信。
7.优选地，所述的cir主机还包括机框、a子架和b子架；所述的a子架和b子架分别安装在机框上；所述的主控单元安装在a子架上；
8.所述的a子架上安装有分别与主控单元相连的电源单元、高速数据单元、gsm-r话音单元、gsm-r数据单元、卫星定位单元和记录转接单元；
9.所述的b子架上安装有450mhz机车电台单元、lbj报警单元和接口单元；所述的450mhz机车电台单元、lbj报警单元通过接口单元和背板及a子架的主控单元通信。
10.更加优选地，所述的a子架设有插槽；所述的主控单元通过插槽与a子架进行插拔式连接。
11.优选地，所述的核心板包括：
12.cir语音业务内部协议处理模块，收发语音调度操作信令消息，实现cir语音调度业务内部协议处理，并将内部协议转换成5g语音调度控制操作，通过消息队列实现与5g语音呼叫控制协议处理模块的通信；
13.5g语音呼叫控制协议处理模块，实现与cir语音业务内部协议处理模块的通信，同时通过udp/ip和以太网与5g通信模块进行信令交互；
14.amr-wb音频编解码模块，用于实现将音频码流在pcm编码与amr-wb编码的转换；
15.rtp协议处理模块，用于将amr-wb音频编码封装为rtp包，并通过udp/ip和以太网通道与5g通信模块进行语音媒体流的交互，还用于从rtp包中抽取arm-wb音频码流。
16.优选地，所述的核心板设有驱动模块。
17.更加优选地，所述的驱动模块包括串口驱动、音频驱动和网口驱动。
18.一种用于上述任一项所述机车cir主机的5g宽带语音amr-wb调度通信方法，所述的5g宽带语音amr-wb调度通信方法包括：
19.语音调度操作信令收发通信子方法，用于实现cir内部语音调度操作信令的收发；
20.语音媒体流发送子方法，用于将语音媒体流由cir发送至5g通信模块；
21.音频流接收子方法，用于接收由5g通信模块发送的音频流；
22.所述的cir主机通过语音调度操作信令收发通信子方法、语音媒体流发送子方法和音频流接收子方法实现与既有5g语音调度业务服务器的通信调度。
23.优选地，所述的语音调度操作信令收发通信子方法具体为：
24.cir语音业务内部协议处理模块通过特定串口收发语音调度操作信令消息，实现cir语音调度业务内部协议处理，并将内部协议转换成5g语音调度控制操作，通过消息队列实现与5g语音呼叫控制协议处理模块的通信；
25.5g语音呼叫控制协议处理模块一方面实现与cir语音业务内部协议处理模块进行消息交互，另一方面实现5g语音调度控制协议，其信令消息通过udp/ip和以太网，与5g通信模块进行信令交互，通过5g网络最终实现与5g语音调度业务服务器的信令沟通。
26.优选地，所述的语音媒体流发送子方法具体为：
27.cir将集到的模拟语音通过背板的模拟音频通道将声音发送主控单元；
28.主控单元核心板的音频驱动从对应的音频通道进行音频采集和模数转换，形成pcm数字音频流；
29.amr-wb音频编解码模块将音频码流实现从pcm编码到amr-wb编码的转换，形成amr-wb音频码流，满足5g宽带语音通信的要求；
30.rtp协议处理模块将arm-wb封装成rtp包，通过udp/ip和以太网将rtp包发送至5g通信模块，通过5g通信模块和5g网络将语音媒体流发送到5g语音调度业务服务器。
31.优选地，所述的音频流接收子方法具体为：
32.cir的主控单元通过udp/ip和以太网，从5g通信模块收到5g语音调度业务服务器发送过来的宽带语音rtp媒体流；
33.rtp协议处理模块依次对rtp媒体流进行解包，从中取出arm-wb音频码流；
34.amr-wb音频编解码模块将amr-wb音频码流解码成pcm音频码流；
35.主控单元核心板的音频驱动将pcm音频码流送入声卡，进行数模转换，形成模拟音频，并通过背板的模拟音频通道将声音发送到与cir主机相连的操作显示终端mmi；
36.mmi将模拟语音通过喇叭将声音播放。
37.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
38.一、为机车提供更高质量的语音通信：本发明中的支持5g宽带语音amr-wb调度通
信的机车cir主机及调度通信方法相比gsm-r的fr/hr的语音编解码，cir设备通过改造后可支持更高质量的5g宽带语音(amr-wb)编解码，为机车提供更高质量的语音通信。
39.二、改造成本低：本发明中的支持5g宽带语音amr-wb调度通信的机车cir主机不改变既有机车综合无线通信设备(cir)的总体架构，兼容既有cir的背板硬件设计，无需更换既有cir除主控单元以外的其它单元，保护既有cir设备投资。
40.三、方便快捷：本发明中的支持5g宽带语音amr-wb调度通信的机车cir主机只需更换主控单元就可支持5g宽带语音调度通信要求，并且主控单元通过插槽与a子架进行插拔式连接，改造时方便快捷。
41.四、通用性强：本发明中的支持5g宽带语音amr-wb调度通信的机车cir主机及通信方法使用高性能硬件，语音编解码全部使用软件实现，可灵活支持今后其它类型的多媒体编码，通用性强。
附图说明
42.图1为本发明中cir主机的模块结构示意图；
43.图2为本发明中主控单元的结构示意图；
44.图3为本发明中cir主机的结构示意图。
45.图中标号所示：
46.1、主控单元，2、机框，3、a子架，4、b子架，5、电源单元，6、高速数据单元，7、gsm-r话音单元，8、gsm-r数据单元，9、卫星定位单元，10、记录转接单元，11、450mhz机车电台单元，12、lbj报警单元，13、接口单元，101、底板，102、核心板，103、以太网接口，1021、cir语音业务内部协议处理模块，1022、5g语音呼叫控制协议处理模块，1023、amr-wb音频编解码模块，1024、rtp协议处理模块。
具体实施方式
47.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
48.一种支持5g宽带语音amr-wb调度通信的机车cir主机，其结构如图1、图2和图3所示，cir主机通过在既有cir主机上更换主控单元1实现，cir主机包括背板，主控单元1包括底板101和核心板102，核心板102安装在底板101上，底板101与背板相连，底板101上设有以太网口103，cir主机通过以太网接口103与5g通信模块相连，实现5g宽带语音amr-wb调度通信。
49.cir主机还包括机柜2、a子架3和b子架4，a子架3和b子架4分别安装在机框2上，主控单元1安装在a子架3上。a子架3上安装有分别与主控单元1相连的电源单元5、高速数据单元6、gsm-r话音单元7、gsm-r数据单元8、卫星定位单元9和记录转接单元10，b子架4上安装有450mhz机车电台单元11、lbj报警单元12和接口单元13，450mhz机车电台单元11、lbj报警单元12通过接口单元13和背板与a子架的主控单元1通信。
50.a子架3设有插槽，主控单元1通过插槽与a子架3进行插拔式连接。
51.主控单元1的底板采用型号为din4162的插座与cir主机背板连接，插座接口的定义遵循既有cir的各单元接口定义标准，实现与既有cir的其它各单元的连接，便于既有cir设备的平滑升级。主控单元1的底板的前面板通过m12 female d coding的4芯插座对外提供一个100m以太网口，与外部5g通信模块连接。主控单元1的核心板通过内部私有接口与主控单元1的底板连接，实现5g宽带语音调度通信的信令流和媒体流的处理。
52.核心板102包括：
53.cir语音业务内部协议处理模块1021，收发语音调度操作信令消息，实现cir语音调度业务内部协议处理，并将内部协议转换成5g语音调度控制操作，通过消息队列实现与5g语音呼叫控制协议处理模块1022的通信；
54.5g语音呼叫控制协议处理模块1022，实现与cir语音业务内部协议处理模块1021的通信，同时通过udp/ip和以太网与5g通信模块进行信令交互；
55.amr-wb音频编解码模块1023，用于实现将音频码流在pcm编码与amr-wb编码的转换；
56.rtp协议处理模块1024，用于将amr-wb音频编码封装为rtp包，并通过udp/ip和以太网通道与5g通信模块进行语音媒体流的交互，还用于从rtp包中抽取arm-wb音频码流。
57.核心板102设有驱动模块，包括串口驱动、音频驱动和网口驱动。
58.5g宽带语音amr-wb调度通信方法包括：
59.语音调度操作信令收发通信子方法，用于实现cir内部语音调度操作信令的收发，
60.语音媒体流发送子方法，用于将语音媒体流由cir发送至5g通信模块，
61.音频流接收子方法，用于接收由5g通信模块发送的音频流，
62.cir主机通过语音调度操作信令收发通信子方法、语音媒体流发送子方法和音频流接收子方法实现与既有5g语音调度业务服务器的通信调度。
63.语音调度操作信令收发通信子方法具体为：
64.cir的mmi是语音调度业务的操作终端，可以对个呼、功能号呼、组呼、紧急呼叫等相关语音调度业务操作进行处理，通过cir主机背板的串口总线和主控单元1的特定串口实现cir内部语音调度操作信令的收发。主控单元1的核心板102上的cir语音业务内部协议处理模块1021通过特定串口收发的mmi的语音调度操作信令消息，实现cir语音调度业务内部协议处理，并将内部协议转换成5g语音调度控制操作，通过消息队列实现与5g语音呼叫控制协议处理模块1022的通信。5g语音呼叫控制协议处理模块1022一方面实现与软件模块的消息交互；另一方面实现5g语音调度控制协议，其信令消息通过udp/ip和百兆网口提供的以太网通道，与5g通信模块进行信令交互，通过5g网络最终实现与5g语音调度业务服务器的信令沟通，实现5g语音调度业务的信令处理和主控单元的5g语音业务媒体流的控制。
65.语音媒体流发送子方法具体为：
66.cir将语音媒体流发送到5g通信模块流程如下：cir的mmi将从话筒采集到的模拟语音通过既有cir背板的模拟音频通道将声音发送主控单元1；核心板102的音频驱动从相应的音频通道进行音频采集和模数转换，采集频率为16khz，采样量化深度16bit，形成pcm数字音频流；amr-wb音频编解码模块1023将音频码流实现从pcm编码到amr-wb编码的转换，形成速率为23.85kbit/s的amr-wb音频码流，满足5g宽带语音通信的要求；rtp协议处理模块1024将arm-wb封装成rtp包，通过udp/ip和百兆网口提供的以太网通道，通过5g通信模块
和5g网络将语音媒体流发送到5g语音调度业务服务器。
67.音频流接收子方法具体为：
68.cir的主控单元通过udp/ip和百兆网口提供的以太网通道，从5g通信模块收到5g语音调度业务服务器发送过来的宽带语音rtp媒体流，rtp协议处理模块将依次对rtp流进行解包，从中取出arm-wb音频码流；amr-wb音频编解码模块将amr-wb音频码流解码成pcm音频码流；主控单元核心板的音频驱动将pcm音频码流送入声卡，进行数模转换，形成模拟音频，并通过cir背板的模拟音频通道将声音发送到cir的mmi；mmi将模拟语音通过喇叭将声音播放。
69.在主控单元1上安装有linux操作系统，上述软件流程部分均通过linux操作系统实现。
70.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。