基于无线通信的铁路FSK信号传输系统及其高可靠传输方法与流程

本发明涉及铁路信号传输，尤其涉及一种基于无线通信的铁路fsk信号传输系统及其高可靠传输方法。

背景技术：

1、铁路上的fsk信号传输技术在现代铁路通信系统中得到广泛应用，它是一种基于频率变化的数字调制技术，通过改变信号的频率来传输信息。目前，铁路fsk信号传输主要用于列车间的行车状态。这种技术可以提供可靠的通信质量和较高的抗干扰性能，适用于长距离和高速移动环境。fsk信号通常通过线缆方式传输。在线路传输中，信号经过调制后通过铁路线路传输到目标设备。

2、fsk信号线缆传输虽然在一些应用中被使用，但也存在一些缺点。以下是一些常见的缺点：

3、1. 信号干扰：线缆传输会面临一定程度的电磁干扰，例如来自电力设备、其他信号线路、电磁场等因素的干扰，可能会导致信号变形或丢失。

4、2. 传输距离限制：线缆传输的信号损耗会随着传输距离的增加而增加，由于信号衰减，可能会导致传输质量下降。

5、3. 成本和复杂度：线缆的铺设和维护成本较高，特别是在大规模的铁路系统中，需要耗费大量的资源和劳动力。此外，线缆传输的设备和系统需要复杂的调试和运维。

6、根据上述存在的问题，亟需一种基于无线通信的铁路fsk信号传输系统及其高可靠传输方法对上述存在的问题进行解决。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有方法的局限，本发明的目的在于提出一种基于无线通信的铁路fsk信号传输系统及其高可靠传输方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供基于一种基于无线通信的铁路fsk信号传输系统及其高可靠传输方法，所述方法包括以下步骤：

3、一种基于无线通信的铁路fsk信号传输系统，其特征在于，所述系统包括fsk信号接收卡、fsk信号发送卡和无线通信模块；

4、所述fsk信号接收卡的主要功能是接收铁轨上过来的调制模拟信号，并把信号转换为数字信号，通过无线网络转发出去；

5、fsk发送控制卡主要功能是通过无线接收来自发送卡的相关信号和信息，并进行数模转换，把数字信号还原为模拟信号，并按照系统规定要求输送出去；

6、所述fsk信号接收卡和所述fsk信号发送卡均包含mcu模块和lcd显示模块；所述lcd显示模块把系统控制状态和信号相关信息显示在液晶屏幕。

7、进一步地，所述fsk信号接收卡包括阻抗匹配选择模块、模拟信号幅值自动识别模块、选频滤波模块、整形模块和adc采集模块；

8、所述fsk信号发送卡还包括dac模块、fsk信号控制发射模块、高压大功率电源模块和数据监控模块。

9、进一步地，所述fsk信号接收卡接收到外部信号后通过所述阻抗匹配选择模块和所述模拟信号幅值自动识别模块作隔离与衰减处理，然后通过所述选频滤波模块获得滤波信号；所述整形模块将滤波信号转换成模拟信号；所述adc采集模块将模拟信号转换为数字信号；mcu模块通过所述无线通信模块将数字信号发送到fsk信号发送卡；

10、所述高压大功率电源模块为fsk模拟信号提供足够功率输出；所述fsk信号发送卡通过所述无线通信模块接收来自所述fsk信号接收卡的相关信号和信息，并通过所述dac模块将数字信号还原为模拟信号，然后按照系统规定要求输送出去。

11、进一步地，一种基于无线通信的铁路fsk信号高可靠传输方法，所述方法包括以下步骤：

12、s1、开机，设置允许网络注册附着网络，如果设置不成功，停滞在此步骤，并且在屏幕中显示异常；设置成功，进入下一步；

13、s2、附着网络，选择附着在铁路专网的网络，判断是否附着成功；不成功等待一定时间，具体执行该命令；成功则进入下一步；

14、s3、使用专用账户和密码登录在，登录不成功则返回步骤s1，登录成功进入下一步；

15、s4、发起gprs连接，确定使用的网络连接方式为gprs连接；连接不成功在此步骤等待，连接成功进入下一步；

16、s5、获取ip地址，获取ip地址异常在则此步骤等待，获取ip地址正确后则进入到下一步；

17、s6、查询当前网络状态，查询当前网络状态是否正常，网络状态ok则进入下一步，否则等待；

18、s7、设置网络连接的端口号和通信方式，采用了tcp连接方式；成功设置tcp连接则进入到下一步，tcp连接异常则重新发此命令并进行等待；

19、s8、连接对端，发起对端连接，该步骤是在所述步骤s1-s7运行成功后，开始启动和对端进行通信；发起连接命令后，直接进入到下一步；

20、s9.等待连接是否成功，如果反馈连接成功，直接进入下一步；如果反馈连接不成功，需要退回到步骤s8；如果没有反馈连接是否成功，并且计数器显示连接超时，则判定为反馈连接不成功，退回到步骤s8；

21、s10、发送业务数据，此步骤需要设置传输的业务数据量大小，在进行数据传输，数据传输后进入到下一步；

22、s11、发送心跳包，为了保持端点在线，隔一段时间发送心跳包，确认网络在线和对端检测发送端是否在线；

23、s12.检查对端发送的心跳包，通过对端的心跳包检测对端是否在线，发现对端已经不在线情况下，需要退回到s1；如果对端在线情况下，检测有无最新业务数据需要发送，如果有，跳转到s10；如果没有，跳转到s11循环。

24、进一步地，在步骤s1-s7中，所述步骤为信号传输准备步骤，在所述步骤s2中在现场环境中，存在这多种移动网络，这里选择附着在铁路专网的网络，通过at指令集方式连接铁路专网，实现无线传输可靠性发送的方法，并对各种可能的异常情况进行处理，并且判断是否附着成功，并在s4中建立gprs连接，并对所述gprs连接确定是否连接正确，确定连接网络安全，在步骤s5中，专网卡的ip地址是固定的，但是还是需要确定其ip地址，确定ip地址准确，在步骤s7中，因为通信数据量不大，而且需要稳定传输，所以采用了tcp连接方式。

25、进一步地，在步骤s8、s9、s10中，确定fsk信号接收卡端与fsk信号发送卡端通过无线通信连接，并且业务数据通过所述无线通讯传输，所述业务数据传输的方法包括以下步骤：

26、设置业务数据大小，通过fsk信号发送卡中mcu模块运行spi总线读写控制，把输入进来的fsk信号内容进行数据打包，所述fsk信号内容为业务数据，通过控制fsk信号内容进行数据打包减小传输数据量；

27、定义打包完成的fsk信号内容为si，并取一段间隔传输的fsk信号整合为传输数据流，建立具有时间顺序的空集合d，将数据流中的fsk信号加入空集合d中，然后通过数据监控模块对空集合d中的数据进行监控和分析；

28、数据监控模块设定数据库查询延迟为t0，上限为t1，当t0＞t1时，满足调频条件；

29、判断接收到的数据满足调频条件时，数据监控模块通过预设的通信协议向mcu模块发送控制指令，mcu模块根据接收到的命令去调整adc采集模块将模拟信号转换为其他频率的数字信号。

30、优选地，根据实时获取传输数据流，并将获取的传输数据流在对应专用网络中设置节点并通过节点对所述实时传输数据流进行多线程传输，对节点中多线程传输数据流进行监听，通过监听结果定义传输状态，传输状态定义为bp，bp的值取true或false，当bp取true时，表示实时传输数据流的传输状态处于平稳状态，当bp取false时，表示实时传输数据流传输出现波动，初始化设置bp的值为true，并实时更新所有节点的传输状态bp；

31、s301：当节点中bp取false时，取当前所有bp取false的节点的时间段，并将在此时间段中的实时传输数据流根据固定间隔进行采集，根据实时传输数据流差值计算出波动数值，并将采集获得的流量传输速度构建波动序列b，将波动序列中的流量传输速度构建曲线图，并获取曲线图的峰值，将峰值定义为正峰值与负峰值，求出两个相近的正峰值与负峰值之间的差ce，所述ce为相邻的峰值差，将相邻时间差ce根据时间顺序构建序列c，ce∈c，e为可变化的标号；

32、s302：根据处于bp值为false时，序列ce中的元素计算获取在波动状态下的传输速度，并构建传输速度序列rt，，为输延时序列rt中的第e位传输延时值，所述ce为序列c中的第e位元素，所述e的取值范围为[1,n]，n为序列c的元素总数量，也是序列rt的元素总数量，所述r为处于bp值为false时的流量传输速度，所述p为在采集间隔时间内的输出数据量，p为常数值，获取延时差值tl，tl=max()-min(),将所述的延时差值tl与传输速度差异值序列variance中的速度进行计算，通过计算得到当前传输通道的传输系数σ，

33、σ=）；

34、所述传输系数σ代表了bp值取false时的传输数据量的差值系数，所述mean()为求序列平均数函数，所述max()为取序列最大值函数，所述min()为取序列最小值函数，所述exp为求指数函数；

35、s303：获取bp值为true时的实时传输数据量q，获取q＜p时的传输通道，并将所述q＜p时的传输通道的q构建传输数据量序列q，q∈q，所述传输数据量序列q的元素总数为m，取传输通道中两个数据流之间的差值时间段t1的最大值max（t1）和最小值min（t1），取bp值为false时的传输通道中延时系数σ最小值的通道的两个数据流之间的差值时间段t2的平均值mean（t2），计算得到通道间的转换传输系数e，

36、e=(max（t1）-mean(t2))+；

37、所述ln（）为对数函数，为序列q中的第l位元素；

38、s304：所述通道间的转换传输系数e需满足e≥tl,若满足e≥tl则将通道间的转换传输系数e转到步骤s305，若不满足e≥tl，则将所述传输通道中两个数据流之间的差值时间段t1的最大值max（t1）删除，并将对应的通道暂时移除，并重新回到步骤s303中；

39、s305：通过将所述实时传输数据流转移到差值时间段t1的最大值max（t1）对应的通道中进行传输，并不断循环步骤s303-s305，当bp值为true时停止循环。

40、本发明所具有的有益效果：

41、1. 灵活性和便利性：无线传输消除了对线缆的依赖，减少了铺设和维护的成本和复杂性。无线传输可以更快速地进行安装和部署，适用于需要临时或移动通信的情况。

42、2. 范围广泛：无线传输可以覆盖更广泛的范围，不受线缆的传输距离限制。这使得无线fsk信号传输在需要跨越远距离或较大区域通信的场景下更加具有优势。

43、3. 灵活的可靠性和鲁棒性：无线传输相对于线缆传输更能抵御外部干扰和环境噪声的影响。它可以利用现代调制和编码技术，提供更强大的抗干扰性能，保证了信号传输的可靠性和质量。

44、4. 移动性：无线传输使得fsk信号可以和移动设备一起使用，如车载通信、移动终端等。这对于列车内部通信、列车与信号控制中心的通信以及移动应用场景非常重要。

45、5. 可扩展性：无线传输方便进行系统的扩展和更新，可以适应不同的需求和技术进步。随着无线通信技术的不断发展，新一代的通信协议和技术被引入，其带宽、速率和性能也得到不断提高。

46、总的来说，无线传输fsk信号具有灵活性、便利性、范围广泛、可靠性强以及适应移动性等优点，使其在许多应用场景中成为一种优选的通信方式。