CN103795449B - 射频通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种射频通信系统，用于运行线路的交通系统，包括：第一天线，设置在交通工具中；多个第二天线，以预定间隔设置在运行线路上，其中，第一天线和多个第二天线均是定向天线，多个第二天线被定向为与第一天线的方向相对，第一天线与多个第二天线中接入信号强度最大的天线进行射频通信。本发明的有益效果在于增加带宽、在地铁运行人流密度大时能够满足上网需求，提高用户体验等。

Description

射频通信系统

技术领域

本发明总体上涉及通信领域，更具体地，涉及射频通信系统。

背景技术

近年来，交通问题一直是困扰城市发展的顽疾。为了应对交通问题，许多运行线路的交通工具应运而生，其中最具代表性的当属地下铁路。地下铁路简称地铁或者地下铁，狭义上专指在地下运行为主的城市铁路系统或者捷运系统；在广义上，由于许多此类的系统为了配合修筑的环境，可能也会有地面化的路段存在，因此通常涵盖了都会地区各种地下与地面上的高密度交通运输系统。

随着地铁逐渐成为城市人口出行的首选交通工具，人们花在乘坐地铁上的时间也越来越多，由此对与地铁的通信系统提出了更高的要求。由于地铁线路复杂，地铁列车的入库出库方式与一般交通工具不同，因此现有的交通通信系统难以适于地铁列车的通信，尤其难以适于地铁交通系统的无线局域网络(WLAN)铺设。

目前，在运行线路的交通系统中，尤其是在地铁轨道中，已经可以布局基本可用的通信系统。然而，目前的通信系统，尤其是无线网络的传输速度并不突出，还不能顺畅的实现视频通话、高速下载等操作，还无法满足广大人民群众对无线通信流量和速率的日益增长的需求。此外，目前在地铁运行过程中经常遇到掉线、数据误传问题，这是由于目前设置在地铁轨道中的无线网络并不稳定，掉包率、误码率都比较高。因此，业界急需一种高性能的无线覆盖方案，以满足民众日益增长的终端设备如智能手机、平板电脑等对互联网访问的需求，并保证网络访问的安全性和稳定性。

发明内容

为解决上文提到的高速无线传输的问题，本发明提供了一种射频通信系统，用于运行线路的交通系统，包括：第一天线，设置在交通工具中；多个第二天线，以预定间隔设置在运行线路上，其中，第一天线和多个第二天线均是定向天线，多个第二天线被定向为与第一天线的方向相对，第一天线与多个第二天线中接入信号强度最大的天线进行射频通信。

其中，运行线路上设置有侧壁，多个第二天线以预定间隔设置在侧壁上。

其中，运行线路上设置有多个支撑体，多个第二天线以预定间隔一一对应地设置在多个支撑体上。

其中，运行线路上设置有顶壁，多个第二天线以预定间隔设置在顶壁上。

其中，预定间隔为1米至1000米。

其中，预定间隔为1米至800米。

其中，预定间隔为1米至500米。

其中，预定间隔为1米至200米。

其中，交通工具中还设置有交换机，交换机与第一天线通信连接，用于提供网络通信的接入点。

其中，交通工具包括但不限于地铁、轻轨、海底隧道列车、航空交通工具、海运交通工具、高铁或公共汽车。

其中，交通工具包括多个车厢，交换机提供与车厢个数相同的接入点。

其中，多个第二天线均通信连接至网络数据中心。

此外，本发明还提供了一种交通工具，用于运行线路的交通系统，包括：网桥天线，设置在交通工具中；其中，网桥天线是定向天线，网桥天线被定向为交通工具的行进方向，以及其中，网桥天线，包括：形成有至少一个馈源的第一层板、和形成有至少一个网桥天线振子的第二层板，馈源由设置在第一板层上的功分电路形成，在第一层板上对应于每个馈源的位置处，分别形成有供电磁波穿过的缝隙，通过从缝隙穿过的电磁波，网桥天线振子与馈源一一对应地耦合，其中，第一层板和第二层板彼此间隔地固定连接。

其中，至少一个馈源的电磁波发射频率为1.8至12GHz。

其中，至少一个馈源的电磁波发射频率为4.9至6GHz。

其中，至少一个馈源的电磁波发射频率为5至5.9GHz。

其中，至少一个馈源的电磁波发射频率为2至2.6GHz。

其中，至少一个馈源的电磁波发射频率为2.4至2.5GHz。

此外，本发明还提供了一种轨道，用于运行线路的交通系统，包括：多个网桥天线，以预定间隔设置在轨道上；其中，网桥天线是定向天线，网桥天线被定向为与交通工具的行进方向相对，以及其中，网桥天线，包括：形成有至少一个馈源的第一层板、和形成有至少一个网桥天线振子的第二层板，馈源由设置在第一板层上的功分电路形成，在第一层板上对应于每个馈源的位置处，分别形成有供电磁波穿过的缝隙，通过从缝隙穿过的电磁波，网桥天线振子与馈源一一对应地耦合，其中，第一层板和第二层板彼此间隔地固定连接。

此外，本发明还提供了一种射频通信系统，用于运行线路的交通系统，包括：第一天线，设置在交通工具中；多个第二天线，以预定间隔设置在运行线路上，其中，第一天线是全向天线，多个第二天线是定向天线，多个第二天线被定向为与交通工具的运行方向相对，第一天线与多个第二天线中接入信号强度最大的天线进行射频通信。

其中，第一天线与多个第二天线中接入信号强度大于-85dB的天线进行射频通信。

此外，本发明还提供了一种射频通信系统，用于运行线路的交通系统，包括：第一天线，设置在交通工具中；多个第二天线，以预定间隔设置在运行线路上，其中，第一天线是定向天线，多个第二天线是全向天线，第一天线被定向为交通工具的运行方向，第一天线与多个第二天线中接入信号强度最大的天线进行射频通信。

此外，还提供了一种无线定位方法，用于如上描述的射频通信系统，包括以下步骤：测量第一天线与多个第二天线的接入信号强度；将接入信号强度与预定阈值进行比较；以及当接入信号强度大于预定阈值时，设定与接入信号强度相对应的天线的位置为第一天线的位置。

其中，预定阈值为-85dB。

本发明的有益效果在于增加带宽、在地铁运行人流密度大时能够满足上网需求，提高用户体验等。通过上述方案，可以显著的提升运行线路交通系统中无线通信系统的吞吐量(throughput)，当人流密度大时可以实现多人同时在线，保证上网速度。同时，通过对高性能的天线进行定向设置，大大降低了信号传输的掉包率和误码率。

附图说明

当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增加或减少

图1是本发明的交通工具天线设置的示意图；

图2是本发明的轨道天线设置的示意图；

图3是本发明的射频通信系统的第一实施例的示意图；

图4是本发明的射频通信系统的第二实施例的示意图；

图5是本发明的射频通信系统的第三实施例的示意图；

图6是本发明网桥天线的立体图；

图7是本发明网桥天线的俯视图；

图8是本发明网桥天线第一层板的仰视图；

图9是本发明网桥天线第一层板的俯视图；

图10是本发明网桥天线第二层板的俯视图。

具体实施方式

为了实施本发明的不同部件，以下描述提供了许多不同的实施例或示例。以下描述元件和布置的特定示例以简化本发明。当然这些仅仅是示例并不打算限定。再者，以下描述中第一部件形成在第二部件上可包括其中第一和第二部件以直接接触形成的实施例，并且也可包括其中额外的部件形成插入到第一和第二部件中的实施例，使得第一和第二部件不直接接触。为了简明和清楚，可以任意地以不同的尺寸绘制各种部件。

本发明的主旨在于，通过应用5G网桥天线并对其进行相对的定向设置，即，使设置在交通工具中的天线与设置在轨道线路中的天线完全相对的设置，从而一方面避免了在其他方向上辐射的浪费问题以及在各方向反射折射干扰的问题，另一方面，当交通工具运行时，交通工具上的天线仅与面对它的第一个天线进行通信，当交通工具路过该天线时，由于该天线是定向天线，其信号强度迅速衰减，而此时后面的天线的接入信号强度已经大于一定数值(-85dB)，从而直接与交通工具上的天线进行通信。

下面，我们将结合附图，详细介绍本发明的各个实施例。

首先，如图1所示，本发明提供了一种交通工具100，用于运行线路的交通系统，包括：网桥天线103，设置在交通工具上，也可以设置在交通工具中及交通工具的其他部位；优选地，网桥天线103是定向天线，网桥天线103被定向(如图1虚线箭头所示)为交通工具的行进方向(如图1大箭头所示)。

此外，如图2所示，本发明还提供了一种轨道200，用于运行线路的交通系统，包括：多个网桥天线BR1、BR2...BRN等等，以预定间隔设置在轨道上，各个天线之间的间隔可以相同也可以不同。其中，网桥天线BR1、BR2...BRN是定向天线，网桥天线BR1、BR2...BRN被定向为与交通工具101的行进方向相对。

此外，如图3所示，本发明还提供了一种射频通信系统300，用于运行线路的交通系统，包括：第一天线301，设置在交通工具303中；多个第二天线BR1、BR2...BRN，以预定间隔设置在运行线路上，其中，第一天线301和多个第二天线BR1、BR2...BRN均是定向天线，多个第二天线BR1、BR2...BRN被定向为与第一天线301的方向相对，第一天线301与多个第二天线BR1、BR2...BRN中接入信号强度最大的天线进行射频通信。

优选地，运行线路上设置有侧壁，多个第二天线BR1、BR2...BRN以预定间隔设置在侧壁上。

优选地，运行线路上设置有多个支撑体，多个第二天线BR1、BR2...BRN以预定间隔一一对应地设置在多个支撑体上。

优选地，运行线路上设置有顶壁，多个第二天线BR1、BR2...BRN以预定间隔设置在顶壁上。

优选地，预定间隔为1米至1000米。

优选地，预定间隔为1米至800米。

优选地，预定间隔为1米至500米。

优选地，预定间隔为1米至200米。

优选地，交通工具中还设置有交换机(未示出)，交换机与第一天线301通信连接，用于提供网络通信的接入点AP。

优选地，交通工具303是地铁，包括多个车厢(未示出)，交换机提供与车厢个数相同的接入点AP。

优选地，多个第二天线BR1、BR2...BRN均通信连接至网络数据中心。

备选地，如图4所示，本发明还提供了一种射频通信系统400，用于运行线路的交通系统，包括：第一天线401，设置在交通工具403中；多个第二天线BR1、BR2...BRN，以预定间隔设置在运行线路上，其中，第一天线401是全向天线，多个第二天线BR1、BR2...BRN是定向天线，多个第二天线BR1、BR2...BRN被定向为与交通工具403的运行方向相对，第一天线401与多个第二天线BR1、BR2...BRN中接入信号强度最大的天线进行射频通信。

优选地，第一天线401与多个第二天线BR1、BR2...BRN中接入信号强度大于-85dB的天线进行射频通信。

备选地，如图5所示，本发明还提供了一种射频通信系统500，用于运行线路的交通系统，包括：第一天线501，设置在交通工具503中；多个第二天线BR1、BR2...BRN，以预定间隔设置在运行线路上，其中，第一天线501是定向天线，多个第二天线BR1、BR2...BRN是全向天线，第一天线501被定向为交通工具503的运行方向，第一天线501与多个第二天线BR1、BR2...BRN中接入信号强度最大的天线进行射频通信。

此外，本发明还提供了一种无线定位方法，用于如上描述的射频通信系统，包括以下步骤：测量第一天线与多个第二天线的接入信号强度；将接入信号强度与预定阈值进行比较；以及当接入信号强度大于预定阈值时，设定与接入信号强度相对应的天线的位置为第一天线的位置。

优选地，该预定阈值为-85dB。

下面，我们将结合附图详细描述上文所涉及的定向网桥天线103。

参照图6-10，本发明的网桥天线具有第一层板1以及第二层板2，第一层板1和第二层板2彼此间隔地固定连接。其中，第一层板1形成有至少一个发射频率为5GHz电磁波的馈源3；第二层板2形成有至少一个网桥天线振子4。进一步，在第一层板1上对应于每个馈源3的位置处，分别形成有供5GHz的电磁波穿过的缝隙5，网桥天线振子4通过从缝隙5穿过的上述电磁波与馈源3一一对应地耦合。

在本发明的网桥天线中，因其具有第一层板1和第二层板2，由于在第一层板1上形成有至少一个发射频率为5GHz电磁波的馈源3，在第一层板1与每个馈源3对应的位置处形成有供5GHz电磁波穿过的缝隙5，而在第一层板1上形成有与穿过缝隙5的电磁波一一对应耦合的网桥天线振子4，因此，这种一一对应布置且一一对应耦合的方式可以实现优化网桥天线的覆盖性能。

继续参照图6-10，第一层板1具有面向第二层板2的第一面6、和背向第二层板2的第二面7，其中，在第二面7上形成有用以提供馈源3的功分电路8。功分电路8具有：信号输入端口10、以及至少一个第一信号馈线11，第一信号馈线11和信号输入端口10之间电连接。此外，网桥天线振子4可以形成于第二层板2的背向第一层板1的面上。作为一个可选的实施例，第一层板1可以为印刷电路板。

第一信号馈线11形成上述的馈源3，优选的，具有四个馈源3。应该理解，任何数量的馈源3都是可以的，本发明并不局限于此。

进一步，在一个优选的实施例中，第一层板1和第二层板2均为平板，并且彼此平行，此时，可提高网桥天线振子4与功分电路之间的耦合性能。并且板状的结构更适合在颠簸的环境中应用，其固定能够平稳牢固，更适合应用在运行线路的交通系统中，如地铁中。

优选地，每个馈源3之间的间隔为0.8个5GHz电磁波的波长。

具体地，参照图9，在第一层板1的第一面6上，形成有覆盖整个第一面6的导电片，在导电片与所有第一信号馈线11对应的位置上，分别形成有使第一面6从导电片露出的凹陷，该凹陷构成前述的缝隙5。优选地，缝隙5的数量与所有第一信号馈线11的数量相等。

在本发明中，由于在导电片的与所有第一信号馈线11对应的位置上，分别形成有使第一面6从第一层板1的设有导电片的一侧露出的凹陷，进一步凹陷构成所述缝隙5，因此，频率为5GHz的电磁波仅可以从缝隙5中射出，而无法从导电片处射出，所以可以实现对电磁波传播方向的定向。

另外，缝隙5可以为长方形缝隙，并且其在第一面6上的投影与相应的第一信号馈线11之间的夹角大于0°并小于180°。在一个优选的实施例中，该夹角可以为90°。当夹角为90°时，即，缝隙5在第一面6上的投影垂直于对应的第一信号馈线11，因此，在二者以这种方式布置时，可以使得馈源3与网桥天线振子4之间的耦合性能提高。

应该理解，缝隙5在第一面6上的投影与相应的第一信号馈线11之间的夹角只要在0°-180°之间即可，而90°正交为最优选的方式，本发明并不局限于此。

优选地，缝隙5可以由蚀刻导电片而形成，蚀刻方式可以是电解蚀刻、化学蚀刻等

在一个实施例中，网桥天线振子4为以蚀刻方式形成的多边形导电片。优选地，网桥天线振子4可以为导电片。导电片的方向可以为任意方向，优选的，导电片的任意一条对角线在第一面上的投影与上述的长方形缝隙成的锐角夹角为45度。应当理解，除导电片之外，网桥天线振子4的形状可以为菱形、矩形、正五边形等多种形状，正方形仅是最优选的。另外，在网桥天线振子4为正方形时，其倾斜角度也可以是任意角度，而45°是最优选的，本发明并不局限于此。

进一步，当网桥天线振子4为导电片时，其边长为：与网桥天线振子4形成耦合的5GHz电磁波的波长的二分之一。

此外，覆盖整个第一面6的导电片、以及上述多边形导电片可以为铜箔或银箔，本发明并不局限于此。

再次参照图6，第一层板1和第二层板2之间通过绝缘件固定连接。优选地，绝缘件可以为橡胶制成。但是应当理解，其他绝缘材料可是可以的，例如，塑料、陶瓷、云母等。本发明并不局限于此。

另外，第一层板1和第二层板2之间的距离在2mm-8mm之间。

还需指出的是，本发明的网桥天线是用于运行线路的交通系统的网桥天线。这类交通系统可以为：地铁、轻轨、海底隧道列车、航空交通工具、海运交通工具、高铁或公共汽车中的任意一种。另外，在第一层板1上还设置有固定孔12，网桥天线可以通过穿过该固定孔12的绝缘紧固件固定于上述的交通系统中。

再次参照图6-10，交流电信号从设置在第二面7上的信号输入端口10输入，然后传输至馈源3处，由于在第一层板1上对应于每个馈源3的位置处，分别形成供电磁波穿过的缝隙5，所以5GHz的电磁波定向地从缝隙5处射出，然后穿过缝隙5的电磁波与传递到网桥天线振子4，使得网桥天线振子4与馈源3一一对应地耦合。进一步，电磁波从网桥天线振子4发射出去，从而进行导向和放大电磁波。

通过上述方案，我们可以显著的提升运行线路交通系统中无线通信系统的吞吐量(throughput)，实现100人同时在线，每人以1Mbps的速度带宽浏览或视频等。同时，通过对高性能的天线进行定向设置，大大降低了信号传输的掉包率和误码率。

优选地，至少一个馈源的电磁波发射频率为1.8至12GHz。

优选地，至少一个馈源的电磁波发射频率为4.9至6GHz。

优选地，至少一个馈源的电磁波发射频率为5至5.9GHz。

优选地，至少一个馈源的电磁波发射频率为2至2.6GHz。

优选地，至少一个馈源的电磁波发射频率为2.4至2.5GHz。

注意，本发明中的交通工具为航空交通工具、海运交通工具、陆面交通工具，例如地铁、轻轨、海底隧道列车、航空工具、高铁或公共汽车等。并且，本发明所说的通信网络使用无线局域网、3G网络、4G网络、或者微波通信网络。无线局域网包括不限于wifi网络，交通工具比如地铁、海底列车可以通过wifi网络，也可以通过3G、4G网络来满足终端设备的上网需求。航空工具包括但不限于飞机，可以通过微波通信网络与机场或者临时起降点进行通信。

上面论述了若干实施例的部件，使得本领域普通技术人员可以更好地理解本发明的各个方面。本领域普通技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或更改其他用于达到与这里所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的处理和结构。本领域普通技术人员也应该意识到，这种等效构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。

Claims (6)

1.一种交通工具，用于运行线路的交通系统，其特征在于，包括：

网桥天线，设置在所述交通工具中；

其中，所述网桥天线是定向天线，所述网桥天线被定向为所述交通工具的行进方向，

以及其中，所述网桥天线包括：

形成有至少一个馈源(3)的第一层板(1)、和形成有至少一个网桥天线振子(4)的第二层板(2)，所述馈源由设置在所述第一板层(1)上的功分电路(8)形成，

在所述第一层板(1)上对应于每个所述馈源(3)的位置处，分别形成有供所述电磁波穿过的缝隙(5)，

通过从所述缝隙(5)穿过的所述电磁波，所述网桥天线振子(4)与所述馈源(3)一一对应地耦合，其中，所述第一层板(1)和所述第二层板(2)彼此间隔地固定连接。

2.根据权利要求1所述的交通工具，其特征在于，所述至少一个馈源的电磁波发射频率为1.8至12GHz。

3.根据权利要求2所述的交通工具，其特征在于，所述至少一个馈源的电磁波发射频率为4.9至6GHz。

4.根据权利要求3所述的交通工具，其特征在于，所述至少一个馈源的电磁波发射频率为5至5.9GHz。

5.根据权利要求2所述的交通工具，其特征在于，所述至少一个馈源的电磁波发射频率为2至2.6GHz。

6.根据权利要求5所述的交通工具，其特征在于，所述至少一个馈源的电磁波发射频率为2.4至2.5GHz。