CN102790633A

CN102790633A - 一种传输线以及乘客信息系统

Info

Publication number: CN102790633A
Application number: CN2011101296413A
Authority: CN
Inventors: 张洁; 马蒂尔斯·兰普
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2012-11-21
Also published as: WO2012156276A1

Abstract

本发明公开了一种提供多径信道的传输线，包括：至少两个部分，所述至少两个部分中至少有一个部分由泄漏馈线构成，且所述至少两个部分中任意两个相邻的部分具有不同的电磁波传输特性，电磁波在经过所述任意两个相邻部分的交界面时同时发生透射和反射。相应的，本发明还公开了一种利用上述传输线的乘客信息系统。

Description

一种传输线以及乘客信息系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术，特别涉及一种提供多径信道的传输线以及应用这种传输线的乘客信息系统。

背景技术

泄漏同轴电缆(Leaky Coaxial Cable)可以在其整个长度上辐射射频能量，并且由于泄漏同轴电缆提供的无线覆盖通常仅限于泄漏同轴电缆附近(例如，数米之内)，因此，使用泄漏同轴电缆的系统可以避免受到来自其他系统的干扰或者干扰其他系统。由于上述原因，对于某些需要在确定路线上提供无线覆盖的应用(例如隧道或高架运输系统等等)来讲，选择泄漏同轴电缆作为无线通信系统的传输线是非常适合的。但是，随着业务类型以及通信数据量的增加，无线通信系统对数据速率的要求也越来越高，在这样的情况下，使用单根泄漏同轴电缆作为传输线将无法满足无线通信系统对于高数据速率的需求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的实施例提出了一种可以提供多径信道的传输线以及应用这种传输线的乘客信息系统(PIS)。

本发明所提供的传输线包括：至少两个部分，所述至少两个部分中至少有一个部分由泄漏馈线构成，且所述至少两个部分中任意两个相邻的部分具有不同的电磁波传输特性，电磁波在经过上述任意两个相邻的两个部分的交界面时同时发生透射和反射；以及连接至不同部分的至少两个信号接入点。

根据本发明的一个方面，上述至少两个部分均由泄漏馈线构成，且所述至少两个部分中任意两个相邻的部分具有不同的横截面形状。

根据本发明的另一个方面，上述至少两个部分均由泄漏馈线构成，且所述至少两个部分中任意两个相邻的部分具有不同的阻抗。

根据本发明的又一个方面，上述至少两个部分中至少一个部分由非泄漏馈线构成，其他部分由泄漏馈线构成，任意两个相邻的部分具有不同的阻抗，以及与由非泄漏馈线构成的部分相邻的部分是由泄漏馈线构成的。

其中，由非泄漏馈线构成的部分的长度短于所用载波的一个波长。

上述传输线进一步包括：至少一个端部分，其中，上述端部分连接至泄漏传输线的一端，且包括至少一个由非泄漏馈线构成的子部分；若上述端部分包括多于一个子部分，则任意两个相邻的子部分具有不同的阻抗。

根据本发明的又一个方面，上述至少两个部分中至少一个部分由微波传输带构成，其他部分由泄漏馈线构成，任意两个相邻的部分具有不同的阻抗，以及与由微波传输带构成的部分相邻的部分是由泄漏馈线构成的。

上述泄漏馈线为泄漏同轴电缆或泄漏波导管；非泄漏馈线为非泄漏同轴电缆或非泄漏波导管。

本发明还提供了应用了上述传输线的乘客信息系统。

在本发明中，由于所提供的传输线包括串行连接的至少两个部分，且传输线上相互连接的两个部分的电磁波传输特性不同，当电磁波通过任意两个相互连接的部分的交界面时将同时发生透射和反射，从而在传输线中产生多径传输，也即在传输线中以及传输线的周围空间中实现衰落的多径信道。

附图说明

图1为本发明所述传输线的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的传输线的示例性结构示意图；

图3(a)和(b)显示了一个传输线的示例、电磁波在该传输线中传输路径以及辐射出的信道冲激响应。

具体实施方式

无线通信的发展一直受到有限的频谱资源以及复杂的无线传输环境的限制。其中，信道的多径效应以及信道的衰落特性通常被认为是无线通信系统的不利因素，然而，多输入多输出(MIMO)技术可以利用信道的多径效应以及衰落特性来提高系统的吞吐量及可靠性，这使得MIMO技术一经提出就成为目前无线通信标准中使用的最重要的技术之一。如果使用泄漏同轴电缆作为天线的无线通信系统可以支持MIMO技术，也即如果泄漏同轴电缆本身能提供MIMO通信所需的多径信道，就可以利用MIMO技术大大提高系统的吞吐量以及可靠性，从而解决使用单根泄漏同轴电缆作为天线而无法满足无线通信系统对于高数据速率需求的问题。

为了解决上述问题，本发明提出了一种能提供多径信道的传输线。本发明所提供的传输线如图1所示，包括至少两个部分101、102、…、10m、…，其中，上述至少两个部分中至少有一个部分是由泄漏馈线(leakyfeeder)构成的，且上述至少两个部分中任意两个相邻的部分具有不同的电磁波传输特性，使电磁波在经过上述任意两个相邻部分的交界面时同时发生透射和反射。其中，本发明所述的泄漏馈线是指可以向外辐射射频能量的传输线，例如，泄漏同轴电缆或泄漏波导管(leaky waveguide)。

除了上述至少两个部分之外，本发明所提供的传输线还包括连接到不同部分的至少两个信号接入点(AP)201、202、…、20n…。为了使传输线提供的多径信道具有显著不同的信道特性，应当尽量满足传输线上任意两个AP之间的距离足够大。

通常情况下，除了具有一定的衰减之外，电磁波在普通泄漏馈线，例如泄漏同轴电缆或泄漏波导管中的传播是非常通畅的。而在本发明中，由于所提供的传输线包括至少两个部分101、102、…、10m、…，且传输线上相邻部分的电磁波传输特性不同，当电磁波通过任意两个相邻部分的交界面时将同时发生透射和反射，从而在传输线中产生多径传输，也即在传输线中以及其周围空间中实现衰落的多径信道。假设传输线上信号接入点的数目为M，客户端有N个天线，且这N个天线之间间隔合适的距离，则使用上述传输线和客户端的无线通信系统可以被视为一个M×N的MIMO系统。这样，无线通信系统如果使用本发明所提供的传输线即可以利用MIMO技术提高系统的吞吐量以及可靠性，从而满足无线通信系统对于高数据速率的需求。

下面将结合具体的示例详细说明本发明所提供的传输线的各种结构。需要说明的是，以下各个示例仅是对本发明所提供传输线的示例性说明。除了下述示例中所提的方法之外，在实际的应用中，还可以采用各种类似或变形的方法在传输线上实现电磁波传输性能的不匹配，从而实现多径信道。

在本发明的一个实施例中，可以通过机械挤压普通的泄漏馈线，例如泄漏同轴电缆或泄漏波导管，人为地改变泄漏馈线某些部分的横截面形状，以得到上述至少两个部分101、102、…、10m、…。具体而言，在本实施例中，泄漏传输线包括至少两个部分101、102、…、10m、…，其中，上述至少两个部分均是由泄漏馈线构成的，且上述至少两个部分中任意两个相邻的部分具有不同的横截面形状。由于通过机械挤压得到的至少两个部分101、102、…、10m、…具有不同的横截面形状。由于不同横截面形状的部分具有不同的电磁波传输性能，所以当电磁波通过任意两个相邻部分的交界面时除了发生透射之外，还将发生反射，从而在传输线中产生多径传输，也即在传输线中以及传输线的周围空间中实现衰落的多径信道。本实施例通过相邻部分具有不同的横截面形状实现了电磁波传输性能的不匹配，从而产生了多径传输。

在本发明的另一个实施例中，可以直接选择具有不同阻抗的泄漏馈线作为上述至少两个部分101、102、…、10m、…，保证传输线中任意两个相邻部分具有不同的阻抗。具体而言，在本实施例中，传输线包括至少两个部分101、102、…、10m、…，其中，上述至少两个部分均是由泄漏馈线构成的，且上述至少两个部分中任意两个相邻的部分具有不同的阻抗。由于通过上述方法得到的传输线中任意两个相邻的部分具有不同的阻抗，因此当电磁波通过其上任意两个相邻部分的交界面时除了发生透射之外，还将发生反射，从而在传输线中产生多径传输，也即在传输线中以及传输线的周围空间中实现衰落的多径信道。

鉴于市场上实际可用的具有不同阻抗的泄漏馈线，例如泄漏同轴电缆或泄漏波导管的数量是非常有限的，而非泄漏馈线，例如非泄漏同轴电缆或非泄漏波导管的种类相对较多，在本发明的又一个实施例中，使用具有不同阻抗的非泄漏馈线来代替上述实施例中特定位置上的由泄漏馈线构成的部分。具体而言，在本实施例中，传输线包括至少两个部分101、102、…、10m、…，其中，上述至少两个部分中至少一个部分是由非泄漏馈线构成的，其他部分是由泄漏馈线构成的，且满足以下条件：

1)任意两个相邻的部分具有不同的阻抗；

2)与由非泄漏馈线构成的部分相邻的部分只能由泄漏馈线构成，但是与由泄漏馈线构成部分相邻的部分可以是由泄漏馈线构成的部分也可以是由非泄漏馈线构成的部分。

从上述传输线的结构可以看出，由于其中任意两个相邻的部分均具有不同的阻抗，因此当电磁波通过其上任意两个相邻部分的交界面时，除了发生透射之外，还将发生反射，从而在传输线中产生多径传输，也即在传输线中以及传输线的周围空间中实现衰落的多径信道。

由于在本实施例中，使用具有不同阻抗的非泄漏馈线代替特定位置上的由泄漏馈线构成的部分，因此，分别与同一段由非泄漏馈线构成的部分相邻的两个由泄漏馈线构成的部分可以具有相同的阻抗，从而可以有效解决市场上实际可用的具有不同阻抗的泄漏馈线的数量是非常有限的问题。

此外，由于非泄漏馈线不能向外辐射能量且非泄漏馈线的作用仅在于实现阻抗不匹配，因此为了避免传输线的无线覆盖出现漏洞，连接两个由泄漏馈线构成的部分的非泄漏馈线的长度应该较短。且由于在所用载波一个波长的长度内，电磁波在反射和透射时就可以产生各种不同的相位，从而可以产生多径信道，因此，上述非泄漏馈线的长度小于所用载波的一个波长即可。

更进一步，为了增加电磁波在传输线中的传播多样性，可以在传输线的两端使用多个具有不同阻抗的由非泄漏馈线构成的部分，也即本实施例所述的传输线可以进一步包括至少一个端部分，上述端部分连接至传输线的其中一端，且包括至少一个由非泄漏馈线构成的子部分。若上述端部分包括多于一个子部分，则相邻的子部分具有不同阻抗。需要说明的是，上述端部分的长度可以很长，例如大于所用载波的一个波长。

需要说明的是，为了使传输线提供更丰富的多径信道，可以增加传输线中具有不同电磁波传输特性的部分的数目，例如，若传输线上具有不同电磁波传输特性的部分越多，电磁波在传输线上的反射次数就越多，多径信道的径数也就越多。如果在传输线的两端附加了多段由不同阻抗的非泄漏馈线构成的端部分，则电磁波在此较长的端部分内部也具有多次反射，而且这些电磁波也会进入到传输线中，进一步增加多径信道的径数。

图2显示了本实施例所述的传输线的一种示例性结构。在图2所示的传输线中，不带阴影的部分101、102、…、10m、…为由泄漏馈线构成的部分；带阴影的部分301、302、…、30k…为由非泄漏馈线构成的部分。信号接入点AP201、202、…、20n…分别连接到由泄漏馈线构成的部分101、102、…、10m、…之上。从图2可以看出，由非泄漏馈线构成的部分301、302、…、30k…的长度较短。此外，在图2中，传输线的两端分别使用了包括多个子部分的端部分401、402，如图2所示，上述端部分401、402的长度比较长。

作为上述实施例的替代方案，可以使用具有不同阻抗的微波传输带代替上述非泄漏馈线来连接由泄漏馈线构成的部分。具体而言，在本实施例中，传输线包括至少两个部分101、102、…、10m、…，其中，上述至少两个部分中至少一个部分是由微波传输带构成的，其他部分是由泄漏馈线构成的，且满足以下条件：

1)任意两个相邻的部分具有不同的阻抗；

2)与由微波传输带构成的部分相邻的部分只能是由泄漏馈线构成的部分，但是与由泄漏馈线构成的部分相邻的部分既可以是由泄漏馈线构成的部分也可以是由微波传输带构成的部分。

从本实施例所述的传输线的结构可以看出，由于其中任意两个相邻的部分均具有不同的阻抗，因此当电磁波通过其上任意两个相邻部分的交界面时，除了发生透射之外，还将发生反射，从而在传输线中产生多径传输，也即在传输线中以及传输线周围空间中实现衰落的多径信道。

由于在本实施例中，使用具有不同阻抗的微波传输带代替特定位置上的由泄漏馈线构成的部分，因此，与同一段由微波传输带构成的部分相邻的两个由泄漏馈线构成的部分可以具有相同的阻抗，从而可以有效解决市场上实际可用的具有不同阻抗的泄漏馈线的数量是非常有限的问题。另外，由于微波传输带是印制在电路板上的，其长度不可能很长，因此，微波传输带只适合用在传输线的内部用于连接两个由泄漏馈线所构成的部分，而不适用于传输带的两端。

通过上述描述可以看出，在本发明的实施例中，仅使用一个传输线就可以提供多径信道，从而可以利用MIMO技术实现较高的系统吞吐量。

另外需要说明的是，在上述实施例中，如果适当改变传输线的设计参数，例如，各个部分的长度，各个部分的排列方式及传输线上信号接入点的位置等等，可以优化传输线的系统性能。事实上，传输线的各个设计参数的选择应当根据客观条件以及无线通信系统的实际应用环境来进行，例如，根据市场上实际可用的具有不同阻抗的泄漏同轴电缆或泄漏波导管的数量、或传输线所要覆盖的距离等等实际情况来选择传输线各个设计参数。

本发明实施例所提出的传输线可以适用于任何需要在确定路线上提供无线覆盖的应用中，例如，地铁系统中的无线自动列车控制系统(ATC)和乘客信息系统(PIS)中。在这些系统中，本发明各实施例提供的传输线可以用于系统中控制信息、乘客信息和/或其他信息的传输。

下面将通过图3(a)和(b)所示的一个具体的示例说明本发明的基本原理以及可行性。为了说明方便，预先定义一个最小长度单位l₀，并定义电磁波传播该最小长度单位l₀所需的时间为Δt。此外，假设传输线上的每个部分的长度都是该最小长度单位l₀的整数倍，且电磁波将在传输线的两端终结，也即电磁波在传输线的两端将不再发生反射。

图3(a)和(b)显示了一个传输线的示例、电磁波在该传输线中的传输路径以及辐射出的信道冲激响应。在本例中，信号将同时从信号接入点Tx 1和Tx 2被注入到传输线中，且接收端具有两根天线。图3(a)显示了从Tx 1点注入的电磁波在传输线中的传输路径以及Tx 1与两根接收天线Rx 1和Rx 2之间的冲激响应。其中，实线代表Tx 1与Rx 1之间的冲激响应；虚线代表Tx 1与Rx 2之间的冲激响应。图3(b)显示了从Tx 2点注入的电磁波在该传输线的传输路径以及Tx 2与两根接收天线Rx 1和Rx 2之间的冲激响应。其中，点划线代表Tx 2与Rx 1之间的冲激响应；圆点线代表Tx 2与Rx 2之间的冲激响应。从图3(a)和(b)可以很明显的看出来，Tx 1和Rx 1、Tx 1和Rx 2、Tx 2和Rx 1以及Tx 2和Rx 2之间均具有不同的冲激响应，也即在不同的信号接入点和接收端天线之间构成了多径信道。

本发明上述实施例公开了一种提供多径信道的传输线，包括：至少两个部分，所述至少两个部分中至少有一个部分由泄漏馈线构成，且所述至少两个部分中任意两个相邻的部分具有不同的电磁波传输特性，电磁波在经过所述任意两个相邻部分的交界面时同时发生透射和反射。相应的，本发明还公开了一种利用上述传输线的乘客信息系统。

Claims

1.一种传输线，包括：

至少两个部分(101、102、10m)，其中，所述至少两个部分(101、102、10m)中至少有一个部分由泄漏馈线构成，且所述至少两个部分(101、102、10m)中任意两个相邻的部分具有不同的电磁波传输特性，电磁波在经过所述任意两个相邻的部分的交界面时同时发生透射和反射。

2.根据权利要求1所述的传输线，其特征在于，所述传输线进一步包括：连接至不同部分的至少两个信号接入点(201、202、20n)。

3.根据权利要求1所述的传输线，其特征在于，所述至少两个部分(101、102、10m)均由泄漏馈线构成，且所述至少两个部分(101、102、10m)中任意两个相邻的部分具有不同的横截面形状。

4.根据权利要求1所述的传输线，其特征在于，所述至少两个部分(101、102、10m)均由泄漏馈线构成，且所述至少两个部分(101、102、10m)中任意两个相邻的部分具有不同的阻抗。

5.根据权利要求1所述的传输线，其特征在于，所述至少两个部分(101、102、10m)中至少一个部分由非泄漏馈线构成，其他部分由泄漏馈线构成，任意两个相邻的部分具有不同的阻抗，以及与由非泄漏馈线构成的部分(301、302、30k)相邻的部分是由泄漏馈线构成的。

6.根据权利要求5所述的传输线，其特征在于，每个由非泄漏馈线构成的部分(301、302、30k)的长度短于所用载波的一个波长。

7.根据权利要求5所述的传输线，其特征在于，所述传输线进一步包括：至少一个端部分(401、402)，其中，所述端部分(401、402)连接至所述传输线的一端，且包括至少一个由非泄漏馈线构成的子部分，若所述端部分(401、402)包括多于一个子部分，则相邻的子部分具有不同阻抗。

8.根据权利要求1所述的传输线，其特征在于，所述至少两个部分(101、102、10m)中至少一个部分由微波传输带构成，其他部分由泄漏馈线构成，任意两个相邻的部分具有不同的阻抗，以及与由微波传输带构成的部分相邻的部分是由泄漏馈线构成的。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的传输线，其特征在于，所述泄漏馈线包括：泄漏同轴电缆或泄漏波导管；非泄漏馈线包括：非泄漏同轴电缆或非泄漏波导管。

10.一种乘客信息系统，包括如权利要求1至9中任一项所述的传输线，用于传输所述系统中的信息。