CN102082713B - 一种高铁移动通信系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高铁移动通信系统及其工作方法，该系统包括车载通信系统，铁轨沿线通信系统和地面通信系统。车载通信系统包括车载基站、光分布天线系统和车载超高频无线宽带通信机；车载超高频无线宽带通信机与车载基站通讯连接；车载基站通过光分布天线系统在所述车厢内形成车载接入网络。铁轨沿线通信系统包括沿铁轨铺设且用来传输通信信令和通信内容的沿线光缆、地面超高频无线宽带通信机和光传输网络；沿线光缆顺次接入地面超高频无线宽带通信机；车载超高频无线宽带通信机与地面相应的地面超高频无线宽带通信机通讯连接，且各地面超高频无线宽带通信机分别经光传输网络与相应地面通信系统通讯连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种通信系统，尤其涉及一种高铁移动通信系统及其工作方法。
背景技术
对目前高铁通信的问题铁路部门，各大运营商及各相关管理、科研机构都有相应的解决方案出台，部分较早开通的高铁路段也有试验网络用来寻求彻底解决高铁通信难题的方法。从技术工程层面上看，这些解决方案可归于以下三种方式，即沿线布设泄漏电缆的方式、采用卫星通信的方式以及沿线建设带状专网的方式。
沿线埋设泄漏电缆的方式：沿线埋设泄露电缆是解决高铁通信最简单的方式，工程简单易行。但是，泄漏电缆只适用于较低的通信频率，对于3G频率及更高的频率衰耗太大，必须特殊处理增加设备，否则无法正常使用，导致成本增加了。并且，目前宽带通信的频率已经规划到3.5G频率，第四代移动通信的频率已经规划到6G频段，但现在尚无可以支持如此高频率工作的泄漏电缆。
卫星通信方式：卫星通信的优势是完全可以消除多普勒效应，但是卫星通信的缺点也是非常明显的，主要有：通信时延过大，尤其对于语音通信来说，卫星通信的时延是无法忍受的；以及通信的不连续，会因为信号遮挡而造成通信中断，高铁线路有许多隧道，也会路过许多地形复杂的高山地区，在隧道中卫星信号完全无法达到高铁列车，不仅如此，高铁在山区运行时，由于山峰的遮挡信号也会中断；以及带宽成本高而且资源不足，毋庸置疑，卫星发射和维护的成本都是巨大的，卫星宽带设备的价格不菲，利用高价的卫星转发器来做宽带上网服务是不现实的。另外，卫星的寿命和不确定性也比较大。总之，卫星通信不适应高铁通信。
为高铁建设专用的带状网络，是许多研究机构和运营商提出的一个最可行的高铁通信方案，而且通过在一些路段的试验网络证明，这个方案可以改善移动电话的通信质量，降低掉话率。但是专用网络不能完全解决高铁列车的高速移动对乘客通信的不良影响，所有移动通信制式，尤其是3G不能承受过高的移动速度。如TD-SCDMA本身设计的要求的使用速度只有每小时120千米。专用带状网络只通过部分改善而能完全解决高铁的移动通信问题，而且也不能解决宽带上车的问题。此外，为了克服高铁车厢对无线电波的屏蔽作用，所有沿线带状网络所使用的无线收发信机都必须使用较之常规更大的功率。这样做后果就是在高铁沿线形成一条远远宽于高铁线路本身但和高铁线路一样长的特殊的电磁波干扰带，对于沿线的公共通信服务毫无疑问地会造成灾难性的污染和损害。
并且，常规的纠偏手段在接收端通过对接收到的无线电波进行载波估计和载波频偏补偿获得载波同步，纠正由于多普勒频偏所造成的子载波间的正交失真。但是，这种纠正的功效是有限的，通常不能超过子载频间隔的2％。在400公里时速下，以20G超高频通信时，最大多普勒频移可达±7407Hz，其绝对值几乎相当于第四代移动通信TD-LTE规范的子载波间隔15KHz，所以常规的纠偏手段是无效的。
此外，所有的无线通信系统都存在一个讯号衰落的关键问题。目前OFDM的方法是以软件运算的方法去降低多径波的影响，但这运算方法却因高速移动的影响而使运算结果失真，而更复杂的运算方法，如Doppler-Rake来处理这些失真则将会产生其它的困难度，同时使得系统硬件变得复杂、昂贵而且可靠性下降。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种针对高铁通讯的高铁移动通信系统。
为实现上述目的，本发明的特点在于包括车载通信系统，所述车载通信系统包括车载基站、光分布天线系统和车载超高频无线宽带通信机；所述车载超高频无线宽带通信机与车载基站通讯连接；所述车载基站通过光分布天线系统在所述车厢内形成车载接入网络；铁轨沿线通信系统，所述铁轨沿线通信系统包括沿铁轨铺设且用来传输通信信令和通信内容的沿线光缆、地面超高频无线宽带通信机和光传输网络；所述沿线光缆顺次接入地面超高频无线宽带通信机；所述车载超高频无线宽带通信机与地面相应的地面超高频无线宽带通信机通讯连接，并且各地面超高频无线宽带通信机分别经光传输网络与相应的地面通信系统通讯连接；以及，地面通信系统，所述地面通信系统包括与光传输网络通讯连接的地面基站控制器、与地面基站控制器通讯连接的核心网和与核心网通讯连接的公共电话交换网络。
本发明的另一个目的在于提供一种高铁移动通信系统的工作方法。
为实现上述目的，所述高铁移动通信系统的工作方法为：当旅客进入高铁列车车厢时，旅客的移动通信用户终端设备即刻接收到由车载基站发出的无线电波信号，所述信号表示终端设备已经进入了一个新的移动通信信号覆盖区域；终端设备发出认证和注册信号，该认证和注册信号作为电磁波被光分布天线系统接收并转变为电信号，进而传输至车载基站；车载基站在接收所述电信号并进行处理后经车载超高频无线宽带通信机传输至地面合适位置的地面超高频无线宽带通信机，进而经光传输网络和地面基站控制器传输至核心网，所述核心网认证用户的合法身份并将用户信息保留在其来访用户数据库中。所述核心网将用户认证结果传输至地面基站控制器，地面基站控制器根据所接收的指令将用户接入的信息和指令通过光传输网络传递至正与车载超高频无线宽带通信机连接通信的地面超高频无线宽带通信机，进而经车载超高频无线宽带通信机传输至车载基站；车载基站在接受到该信息和指令后发出允许接入的指令，该允许接入的指令作为电信号被光分布天线系统接收并转换为电磁波信号，光分布天线系统将所述电磁波信号传播到高铁车厢的内部空间被终端设备接收，进而所述终端设备接入高铁移动通信网络覆盖的区域。
所述高铁移动通信系统的主叫过程为，当高铁旅客需要和地面的任意对象进行通信时，旅客操作手机发出请求通信以及通信对方的用户信息，该信息作为电磁波信号被光分布天线系统接收并转变为电信号，进而输入至车载基站；车载基站在接收所述电信号并进行处理后通过车载超高频无线宽带通信机传输至地面合适位置的地面超高频无线宽带通信机，进而经光传输网络和地面基站控制器传输至核心网，所述核心网认证用户的合法身份并向被叫用户发出呼叫。当被叫用户被接通时，所述核心网将被叫用户信息和用户信息经地面基站控制器和光传输网络传输至正与车载超高频无线宽带通信机连接通信的地面超高频无线宽带通信机，进而经车载超高频无线宽带通信机传输至车载基站；车载基站接收被叫用户接通的信息和指令并发出接通指令，所述接通指令作为电信号被光分布天线系统接收并转换为电磁波信号，光分布天线系统将所述电磁波信号传播到高铁车厢的内部空间被主叫终端设备接收，建立主叫和被叫终端设备之间的无线通信通道，从而建立通信，直到任意一方中断连接为止。
所述高铁移动通信系统的被叫过程为，当核心网接到公共电话交换网络的呼叫后，通过查询所述来访用户数据库得到被叫用户的注册信息，得知被叫用户终端设备处于高铁中，所述核心网向该列高铁对应的地面基站控制器发出呼叫指令；所述地面基站控制器将接收到呼叫指令经光传输网络传输至正与车载超高频无线宽带通信机连接通信的地面超高频无线宽带通信机，进而经车载超高频无线宽带通信机传输至车载基站；车载基站接收的呼叫指令作为电信号被光分布天线系统接收并转换为电磁波信号，光分布天线系统将所述电磁波信号传播到高铁车厢的内部空间由被叫终端设备接收，建立主叫和被叫终端设备之间的无线通信通道，从而建立通信，直到任意一方中断连接为止。
进一步的，所述高铁移动通信系统采用主动纠偏方法以消除多普勒频偏；所述主动纠偏方法为，超高频无线宽带通信机通过对对方通信机发射的标准测试信号进行测频获得自身相对移动速度，并因此调整发射载频的基准频率，使之到达收信机时的载频频率正好可以补偿因高速移动而产生的多普勒频偏。
进一步的，所述高铁移动通信系统采用高铁天馈系统以隔离多径波，所述高铁天馈系统，以硬件的模式隔离多径波，其主要方法包括：采用超低旁瓣天线，且利用天线极化和反极化的功能；采用精确的加工和调整；以及，采用高灵敏的数字信号处理系统选择最佳的天线信号。
进一步的，所述高铁移动通信系统采用传输通道划分方法，所述传输通道划分方法为将以太网通信通道划分成三个部分，同步实时通道、非同步实时通道和非实时通道。
本发明的有益效果在于，采用所述高铁移动通信系统的结构和工作方法，克服了目前所采用的沿线布设泄漏电缆的方式、采用卫星通信的方式以及沿线建设带状专网的方式三种解决方案存在的问题，实现了高铁车厢内的移动通信；有效克服了多普勒效应的影响；有效解决了通信过程中讯号衰落的问题；应用传输技术划分技术使得实时数据得以优先传输，减少了通信排除处理延时，提高了实时以太网通信的实时性和确定性。
附图说明
图1示出了高铁移动通信系统的原理示意图。
图2示出了高铁移动通信系统中光分布天线系统的原理示意图。
图3示出了高铁移动通信系统中超软切换技术的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1示出了高铁移动通信系统的原理示意图。所述高铁移动通信系统包括车载通信系统，铁轨沿线通信系统以及地面通信系统。所述车载通信系统，包括车载基站1、光分布天线系统2和车载超高频无线宽带通信机3；所述车载超高频无线宽带通信机3与车载基站1通讯连接，所述车载基站1通过光分布天线系统2在所述车厢内形成车载接入网络。所述铁轨沿线通信系统，包括沿铁路轨铺设且用来传输通信信令和通信内容的沿线光缆、地面超高频无线宽带通信机4和光传输网络5；所述沿线光缆顺次接入地面超高频无线宽带通信机4；所述车载超高频无线宽带通信机3与地面相应的地面超高频无线宽带通信机4通讯连接，并且各地面超高频无线宽带通信机4分别经光传输网络5与相应的地面通信系统通讯连接；所述两相邻地面超高频无线宽带通信机4的距离范围为1～10公里。所述地面通信系统包括与光传输网络5通讯连接的地面基站控制器6、与地面基站控制器6通讯连接的核心网7以及与核心网7通讯连接的公共电话交换网络8。
图2示出了高铁移动通信系统中光分布天线系统2的原理示意图。所述光分布天线系统2包括与车载基站1通讯连接的电/光转换器20，光分路器21，光/电转换器22和天线；所述电/光转换器20经光分路器21和光/电转换器22与所述天线通讯连接。
所述光分布天线系统2，采用无线信号再传输方法，以实现电磁波信号和电信号的双向转换。其中，电磁波信号转换为电信号的方法为，终端设备发出的电磁波信号被相应的天线接收并转换为电信号，该电信号经电/光转换器20转换成光信号，多路所述光信号传输至光分路器21并经该光分路器21合路，进而传输至光/电转换器22并转换成电信号。并且，电信号转换为电磁波信号的方法为，车载基站1接收到的电信号经电/光转换器20转换成光信号，所述光信号通过光分路器21传输至车厢内部布设的各光/电转换器22上并转换成电信号，进而通过与各所述的各光/电转换器22通讯连接的天线转换为电磁波信号。所述天线的布设方式为，例如高铁列车设计成8节车厢，二端车厢约25米，中间车厢为22米，为更好地覆盖整个列车内部空间，所述光分布系统每隔一节车厢布设一个/组天线。
所述高铁移动通信系统的结构特点为，将基站布设在高铁列车上形成车载基站1，通过车载超高频无线宽带通信机3和地面超高频无线宽带通信机4之间的通信实现车、地之间的“链路”连接，使得地面基站控制器6与位于高铁列车上的车载基站1之间具有不中断的通讯连接，通讯效果等同于车载基站1与地面基站控制器6通过光缆通讯连接的通讯效果。
所述高铁移动通信系统的工作方法为：所述高铁移动通信系统的认证注册过程为，当旅客进入高铁列车车厢时，旅客的移动通信用户终端设备即刻接收到由车载基站1发出的无线电波信号，所述信号表示终端设备已经进入了一个新的移动通信信号覆盖区域；终端设备发出认证和注册信号，该认证和注册信号作为电磁波被光分布天线系统2接收并转变为电信号，进而传输至车载基站1；车载基站1在接收所述电信号并进行处理后经车载超高频无线宽带通信机3传输至地面合适位置的地面超高频无线宽带通信机4，进而经光传输网络5和地面基站控制器6传输至核心网7，所述核心网7认证用户的合法身份并将用户信息保留在其来访用户数据库中。所述核心网7将用户认证结果传输至地面基站控制器6，地面基站控制器6根据所接收的指令将用户接入的信息和指令通过光传输网络5传递至正与车载超高频无线宽带通信机3连接通信的地面超高频无线宽带通信机4，进而经车载超高频无线宽带通信机3传输至车载基站1；车载基站1在接受到该信息和指令后发出允许接入的指令，该允许接入的指令作为电信号被光分布天线系统2接收并转换为电磁波信号，光分布天线系统2将所述电磁波信号传播到高铁车厢的内部空间被终端设备接收，进而所述终端设备接入高铁移动通信网络覆盖的区域。
所述高铁移动通信系统的主叫过程为，当高铁旅客需要和地面的任意对象进行通信时，旅客操作手机发出请求通信以及通信对方的用户信息，该信息作为电磁波信号被光分布天线系统2接收并转变为电信号，进而输入至车载基站1；车载基站1在接收所述电信号并进行处理后通过车载超高频无线宽带通信机3传输至地面合适位置的地面超高频无线宽带通信机4，进而经光传输网络5和地面基站控制器6传输至核心网7，所述核心网7认证用户的合法身份并向被叫用户发出呼叫。当被叫用户被接通时，所述核心网7将被叫用户信息和用户信息经地面基站控制器6和光传输网络5传输至正与车载超高频无线宽带通信机3连接通信的地面超高频无线宽带通信机4，进而经车载超高频无线宽带通信机3传输至车载基站1；车载基站1接收被叫用户接通的信息和指令并发出接通指令，所述接通指令作为电信号被光分布天线系统2接收并转换为电磁波信号，光分布天线系统2将所述电磁波信号传播到高铁车厢的内部空间被主叫终端设备接收，建立主叫和被叫终端设备之间的无线通信通道，从而建立通信，直到任意一方中断连接为止。
所述高铁移动通信系统的被叫过程为，当核心网7接到公共电话交换网络8的呼叫后，通过查询所述来访用户数据库得到被叫用户的注册信息，得知被叫用户终端设备处于高铁中，所述核心网7向该列高铁对应的地面基站控制器6发出呼叫指令；所述地面基站控制器6将接收到呼叫指令经光传输网络5传输至正与车载超高频无线宽带通信机3连接通信的地面超高频无线宽带通信机4，进而经车载超高频无线宽带通信机3传输至车载基站1；车载基站1接收的呼叫指令作为电信号被光分布天线系统2接收并转换为电磁波信号，光分布天线系统2将所述电磁波信号传播到高铁车厢的内部空间由被叫终端设备接收，建立主叫和被叫终端设备之间的无线通信通道，从而建立通信，直到任意一方中断连接为止。
进一步的，所述高铁移动通信系统中采用20G超高频无线通信。首先，由于高铁通信的特殊性，需要包容各种通信制式以及宽带通信，以及未来第四代移动通信的需求，所以自身的通信带宽就需更高的载波频率。目前，频率资源日益匮乏，第三代移动通信系统的频率规划已经达到6G，在6G以下频率范围内使用任何频段都会干扰到公共或专用无线通信，6G到20G之间的频率规划基本已被划段使用，多数用于军方雷达、通信或卫星通信使用。20G以上频率基本规划为星地或星际通信，而且由于频率太高，无法获得制造如此高频率无线通信机的器件和部件。而20G频段(20.2G～21.2G)是国家无线管理机构划定用于移动通信的频段，因此，申请此段频率作为高铁通信专用频率是非常合适的。
其次，20G频段的频率特征符合高铁通信需求，由于此段频率的空气衰耗率比较低，是少数几个适用于大气层内无线传输的超高频段，而高铁无线通信虽然跨地域范围大但还是完全在大气层内进行的。此外，目前此段频率相关的无线电设备、器件、部件以及检测设备有很多，较易获得，这对生产20G频段超高频通信机带来很大便利，而且由于20G频段的收发信机的几何尺寸比较小，可以容易地安装在高铁列车的有限空间内，或是做成符合高铁空气动力学要求的几何形状。
进一步的，所述高铁移动通信系统采用主动纠偏技术消除多普勒效应。主动纠偏技术的原理是超高频通信机通过对对方通信机发射的标准测试信号进行测频获得自身相对移动速度，并因此调整发射载频的基准频率，使之到达收信机时的载频频率正好可以补偿因高速移动而产生的多普勒频偏。比如当列车相对固定在路轨边的超高频无线宽带通信机高速运行，其车载超高频无线宽带通信机3侦听到地面通信机发射的20255000000Hz基准频率由于多普勒效应实际频率变为20255006095Hz，计算得到相对移动速度325KM/h。此时，车载超高频无线宽带通信机3计算出将发射的基础载频20215000000Hz的频率差为6083Hz，并以此为依据调整发射基础载频的频率，以使其被地面超高频无线宽带通信机4接收到时其多普勒频移偏差被适当地补偿。由于高铁的移动速度是变化的，而超高频宽带通信机侦听的时刻到计算机发射有一定的时间间隔，因此虽经补偿仍然会有一定的频率偏差。但是只要调整侦听的时间间隔(如每秒钟侦听、调整一次)，最大程度减少频率偏差的影响使多普勒效应减小到接收端通信机载波同步调整频偏的范围之内，就达到了主动纠偏的根本目的。
进一步的，所述高铁移动通信系统采用天馈系统，以硬件的模式隔离多径波，其主要方法有三点：使用能产生非常干净和狭小的天线波形的天线即超低旁瓣天线，并且利用天线极化和反极化的功能，这二种技术的同时使用可以将多径波消减最小而使得最强的直接波的衰落降到最低；经过精确的加工和调整提高天线的有效增益使得系统处理讯号能力增强；以及，采用高灵敏的数字信号处理系统，选择最佳的天线信号以适应通信环境因高铁移动而发生的变化。
进一步的，所述高铁移动通信系统在地面通信系统以外均采用《EPA高性能实时工业以太网现场总线协议》作为基础网络通信协议。EPA是一种双向、串行、多节点的开放实时以太网数字通信技术，将EPA技术应用于移动通信领域是实时以太网技术的一项创新；EPA的关键技术保证了移动通信系统的通信信令和通信内容的准确、实时、安全的传输需求，这些关键技术包括分布式精确时钟同步技术、确定性通信技术、强实时性通信技术和网络可靠性与高可用性技术。
进一步的，所述高铁移动通信系统采用传输通道划分技术。对于实时性要求极高的语音数据会以相同的等级以控制数据的形式在网内传输，其他通信内容会被按照各自的QOS等级传输。将以太网通信通道划分成三个部分，即同步实时通道、非同步实时通道和非实时通道，将不同需求的传输内容采用不同通道传输以便实现通信的确定性和通信效率。其中，同步实时通道的优先级最高，用来传输有最高通信响应要求的同步数据，在高铁移动通信系统中，这个通道用于传输通信信令和高铁运行及铁路管理的数据；非同步实时通道用于传输有较高响应性能要求的非同步数据传输，如组态数据等，其优先级次高，在高铁移动通信系统中该通道被用于传输语音、监控和管理的图像及其他重要数据；非实时通道用于传输普通数据(如HTTP协议包)等对通信实时性无特殊要求的标准以太网数据报文，其优先级最低，在高铁移动通信系统中，这个通道被用来传输普通上网的数据以及移动通信增值业务如短消息类的数据内容。传输通道划分技术使得实时数据得以优先传输，减少了通信排队处理延时，提高了实时以太网通信的实时性和确定性。
进一步的，为保证所述高铁移动通信系统的车载通信系统和铁轨沿线通信系统之间通信信令和通信内容的不间断传输，所述高铁移动通信采用超软切换技术。所述高铁移动通信系统中，车载通信系统配置两个车载超高频无线宽带通信机GRFa和GRFb，两个超高频无线宽带通信机轮流交替与地面的不同的无线通信机通信，不断形成两个不同的通信路径，而且在车载通信系统和铁轨沿线通信系统之间采用分布式冗余通信协议使得两个通信路径互为实时冗余备份，在任何一个通信路径中断及未被未恢复或重新建立之前，始终保持有一个路径正常通信。而另一个通信路径一旦建立，二个路径同时向通信对方传输相同的通信信令和内容，以防止其他任何一个路径由于列车移动而突然中断通信。
图3示出了高铁移动通信系统中超软切换技术的原理示意图。当车载通信系统的链路通过车载超高频无线宽带通信机GRFa与地面超高频无线宽带通信机GRFA连接形成路径aA时，车载基站1可以顺利地与远在机房内的地面基站控制器6连接通信。上述通信过程是由分别安装在车载基站1及地面基站控制器6上的EPA网桥wq和WQ来保证的，从而形成路径aA1。以此，当车载超高频无线宽带通信机GRFb与另一地面超高频无线宽带通信机GRFB连接通信时，就形成了连接车载基站1及地面基站控制器B6的另外一个路径bB以及bB1。由于在同一通信目的地形成不同的路径通道，根据EPA分布式冗余协议DRP的要求，EPA系统将会建立另一个通信通道作为原先通信通道的备份。由于这个通道的通信内容和主通道是完全相同的，所以被称之为冗余备份通道。此时，实际上有两路相同的数据使用不同的路径在车载基站1和地面基站控制器6之间通过路径aA1和bB1完成通信的过程。数据的取舍是由车载基站1和地面基站控制器6端的网桥wq和WQ完成的。
当高铁列车运动一定距离原先连接地面超高频无线宽带通信机GRFA和车载超高频无线宽带通信机GRFa的路径aA由于信号减弱超过一定限定值而被切断，此时，原先作为冗余备份的路径bB自然发挥作用成为数据传输的主通道。由于通道事先存在，而且与主路径aA同时传输相同的数据内容，所以在路径aA中断通信时，路径bB1依然畅通，通道两端的设备并不会感觉到数据传输的任何差异；同时车载超高频无线宽带通信机GRFa开始搜索新的连接点并由于列车的运动导致车载超高频无线宽带通信机GRFa与地面超高频无线宽带通信机GRFC连接形成新的路径aC。一旦路径aC形成，连接车载基站1和地面基站控制器6的EPA网桥wq和WQ便会瞬间觉察并以此通道建设新的冗余备份数据传输路径aC1。这时又恢复两路相同数据同时传输的的状态。
随着列车运动，第一车载超高频无线宽带通信机GRFa和第二车载超高频无线宽带通信机GRFb交替与地面超高频无线宽带通信机GRFA和GRFB连接，并不断地交替形成数据传输的主通道和冗余备份通道。在通信路径交替连接和中断的过程中，EPA网桥wq和WQ之间始终存在着至少一路的数据传输过程。而且在任何一个通道由于切换需要中断之前，一定会有二个通道保持二路相同的数据传输以备切换。
进一步的，所述车载超高频无线宽带通信机3和地面超高频无线宽带通信机4在一般带宽要求情况下采用无线电通信机，在带宽要求大的情况下采用无线激光通信机。
进一步的，所述高铁指中国高速铁路，包括以D字或以G字为编号头字母的列车，本发明同样适用于正在研发中的每小时500公里以上运营速度的超高铁运输系统中使用。
Claims (7)
1.一种高铁移动通信系统，其特征在于：包括，
车载通信系统，所述车载通信系统包括车载基站、光分布天线系统和车载超高频无线宽带通信机；所述车载超高频无线宽带通信机与车载基站通讯连接；所述车载基站通过光分布天线系统在所述车厢内形成车载接入网络；
铁轨沿线通信系统，所述铁轨沿线通信系统包括沿铁轨铺设且用来传输通信信令和通信内容的沿线光缆、地面超高频无线宽带通信机和光传输网络；所述沿线光缆顺次接入地面超高频无线宽带通信机；所述车载超高频无线宽带通信机与地面相应的地面超高频无线宽带通信机通讯连接，并且各地面超高频无线宽带通信机分别经光传输网络与相应的地面通信系统通讯连接；以及，
地面通信系统，所述地面通信系统包括与光传输网络通讯连接的地面基站控制器、与地面基站控制器通讯连接的核心网和与核心网通讯连接的公共电话交换网络。
2.根据权利要求1所述高铁移动通信系统的工作方法，其特征在于：其认证注册过程为，
当旅客进入高铁列车车厢时，旅客的移动通信用户终端设备即刻接收到由车载基站发出的无线电波信号，所述信号表示终端设备已经进入了一个新的移动通信信号覆盖区域；终端设备发出认证和注册信号，该认证和注册信号作为电磁波被光分布天线系统接收并转变为电信号，进而传输至车载基站；车载基站在接收所述电信号并进行处理后经车载超高频无线宽带通信机传输至地面合适位置的地面超高频无线宽带通信机，进而经光传输网络和地面基站控制器传输至核心网，所述核心网认证用户的合法身份并将用户信息保留在其来访用户数据库中；
所述核心网将用户认证结果传输至地面基站控制器，地面基站控制器根据所接收的指令将用户接入的信息和指令通过光传输网络传递至正与车载超高频无线宽带通信机连接通信的地面超高频无线宽带通信机，进而经车载超高频无线宽带通信机传输至车载基站；车载基站在接受到该信息和指令后发出允许接入的指令，该允许接入的指令作为电信号被光分布天线系统接收并转换为电磁波信号，光分布天线系统将所述电磁波信号传播到高铁车厢的内部空间被终端设备接收，进而所述终端设备接入高铁移动通信网络覆盖的区域。
3.根据权利要求2所述高铁移动通信系统的工作方法，其特征在于：其主叫过程为，
当高铁旅客需要和地面的任意对象进行通信时，旅客操作手机发出请求通信以及通信对方的用户信息，该信息作为电磁波信号被光分布天线系统接收并转变为电信号，进而输入至车载基站；车载基站在接收所述电信号并进行处理后通过车载超高频无线宽带通信机传输至地面合适位置的地面超高频无线宽带通信机，进而经光传输网络和地面基站控制器传输至核心网，所述核心网认证用户的合法身份并向被叫用户发出呼叫；
当被叫用户被接通时，所述核心网将被叫用户信息和用户信息经地面基站控制器和光传输网络传输至正与车载超高频无线宽带通信机连接通信的地面超高频无线宽带通信机，进而经车载超高频无线宽带通信机传输至车载基站；车载基站接收被叫用户接通的信息和指令并发出接通指令，所述接通指令作为电信号被光分布天线系统接收并转换为电磁波信号，光分布天线系统将所述电磁波信号传播到高铁车厢的内部空间被主叫终端设备接收，建立主叫和被叫终端设备之间的无线通信通道，从而建立通信，直到任意一方中断连接为止。
4.根据权利要求3所述高铁移动通信系统的工作方法，其特征在于：其被叫过程为，当核心网接到公共电话交换网络的呼叫后，通过查询所述来访用户数据库得到被叫用户的注册信息，得知被叫用户终端设备处于高铁中，所述核心网向该列高铁对应的地面基站控制器发出呼叫指令；所述地面基站控制器将接收到呼叫指令经光传输网络传输至正与车载超高频无线宽带通信机连接通信的地面超高频无线宽带通信机，进而经车载超高频无线宽带通信机传输至车载基站；车载基站接收的呼叫指令作为电信号被光分布天线系统接收并转换为电磁波信号，光分布天线系统将所述电磁波信号传播到高铁车厢的内部空间由被叫终端设备接收，建立主叫和被叫终端设备之间的无线通信通道，从而建立通信，直到任意一方中断连接为止。
5.根据权利要求1所述高铁移动通信系统的工作方法，其特征在于：所述高铁移动通信系统采用主动纠偏方法以消除多普勒频偏；所述主动纠偏方法为，超高频无线宽带通信机通过对对方通信机发射的标准测试信号进行测频获得自身相对移动速度，并因此调整发射载频的基准频率，使之到达收信机时的载频频率正好可以补偿因高速移动而产生的多普勒频偏。
6.根据权利要求1所述高铁移动通信系统的工作方法，其特征在于：所述高铁移动通信系统采用高铁天馈系统以隔离多径波，所述高铁天馈系统，以硬件的模式隔离多径波，其主要方法包括：采用超低旁瓣天线，且利用天线极化和反极化的功能；采用精确的加工和调整；以及，采用高灵敏的数字信号处理系统选择最佳的天线信号。
7.根据权利要求1所述高铁移动通信系统的工作方法，其特征在于：所述高铁移动通信系统采用传输通道划分方法，所述传输通道划分方法为将以太网通信通道划分成三个部分，同步实时通道、非同步实时通道和非实时通道。
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| CN103079220B (zh) * | 2012-11-15 | 2015-05-13 | 中国科学院软件研究所 | 车地协同的高速铁路宽带通信系统集散式网络管理系统及方法 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0584581A1 (de) * | 1992-08-28 | 1994-03-02 | Robert Bosch Gmbh | Breitband-Tunnelfunksystem |
| CN101353047A (zh) * | 2008-08-07 | 2009-01-28 | 中兴智能交通系统（北京）有限公司 | 一种列车的信息传输方法、系统及装置 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0584581A1 (de) * | 1992-08-28 | 1994-03-02 | Robert Bosch Gmbh | Breitband-Tunnelfunksystem |
| CN101373860A (zh) * | 2007-05-31 | 2009-02-25 | 阿尔斯通运输股份有限公司 | 嵌在铁路车辆上的波导天线 |
| CN101527973A (zh) * | 2008-03-06 | 2009-09-09 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种铁路专网覆盖的系统及方法 |
| CN101353047A (zh) * | 2008-08-07 | 2009-01-28 | 中兴智能交通系统（北京）有限公司 | 一种列车的信息传输方法、系统及装置 |
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