CN104935360B - 采用mimo信号双向馈入泄漏电缆的线状覆盖传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用MIMO信号双向馈入泄漏电缆的传输系统，包括射频单元，至少一根双向泄漏电缆，第一三端口环形器，匹配负载，射频电光转换器，光纤，射频光电转换器，时延补偿模块和第二三端口环形器。射频单元输出的双路信号从两端分别馈入泄漏电缆内。在泄漏电缆的双端加入环路器保证双向馈入信号的单向流通性，并通过光纤拉远以及时延补偿模块保证MIMO信号的正交性。以双路MIMO信号双向馈入泄漏电缆结构进行扩展来实现多路信号传输。该系统使传统多根泄漏电缆MIMO信号传输的泄漏电缆传输传输数量减少一半，无须改变发射机架构，兼容性高，可用于线状覆盖通信场景，提升线状覆盖通信场景下的通信性能。

Description

采用MIMO信号双向馈入泄漏电缆的线状覆盖传输系统

技术领域

本发明涉及一种采用MIMO信号双向馈入泄漏电缆的线状覆盖传输系统，属于通信与电子技术领域。

背景技术

泄漏电缆由于具有良好的均匀辐射特性，被广泛应用于巷道、地下通道、矿井以及隧道等线状覆盖通信场景。新一代通信系统物理层核心技术的MIMO(Multiple InputMultiple Output)，带来了频谱效率和吞吐率的大幅提升。针对于MIMO无线通信系统覆盖，广泛采用方式是分布式天线系统，射频单元的多路信号使用射频电缆接入发射天线，天线间设置足够距离来保证不同信道间的独立性。在线状覆盖场景下（如廊道、地下通道、隧道等），天线穿透损耗增大，空间信号覆盖不均匀，常需要增加中继或者信号放大设备以延长传输距离。

针对上述这种线状覆盖通信场景而言，目前广泛使用的泄漏电缆覆盖方案是采用每一路输出对应一根泄漏电缆的方式进行通信，基带数字信号处理后的各路信号调制到射频后通过馈线馈到各自单泄漏电缆上进行辐射，利用多根泄漏电缆组成天线阵列。每根漏缆相隔要保证一定间距，并根据实际环境和覆盖需求调整每根泄漏电缆的开槽朝向。多根泄漏电缆的铺设必然带来大量的成本投入，同时也会增加工程难度。

另外，也有方案提到室内双向环形泄漏电缆MIMO覆盖的方法，针对室内场景下发射端与泄漏电缆双端较近的情况，并不满足线状场景下的通信覆盖需求。

发明内容

为了解决多根泄漏电缆铺设带来的高昂成本和施工开销，以及线状场景下的采用泄漏电缆的MIMO信号覆盖，本发明的目的是提供一种采用MIMO信号双向馈入泄漏电缆的线状覆盖传输系统。适用于单向的大速率数据传输，如广播式信号覆盖，流媒体数据服务等，使传统多根泄漏电缆MIMO信号传输系统的泄漏电缆数量减少一半，具有较低的MIMO信道相关性，保证了高效的MIMO性能，无须改变发射机架构，兼容性高，可用于线状覆盖通信场景，提升通信性能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种采用MIMO信号双向馈入泄漏电缆的线状覆盖传输系统，包括射频单元，单根双向泄漏电缆，第一三端口环形器，匹配负载，射频电光转换器，光纤，射频光电转换器，时延补偿模块和第二三端口环形器；所述时延补偿模块连接第一三端口环形器，所述第一三端口环形器的另外两个端口分别连接匹配负载和单根双向泄漏电缆的一端，所述单根双向泄漏电缆的另一端连接第二三端口环形器，所述第二三端口环形器的另外两个端口分别连接匹配负载和射频光电转换器，所述射频光电转换器依次连接光纤和射频电光转换器，形成环路，环路两端的时延补偿模块和射频电光转换器连接射频单元，形成闭合回路；所述双向泄漏电缆为具有双端口的可双向馈入MIMO信号的泄漏电缆，所述第一三端口环形器方向为逆时针；第二三端口环形器方向为顺时针。

所述射频单元包括多路射频输出端口，多路射频输出端口输出的信号为满足信号间正交性的多路数据信号，或者具备能够被接收机分离的多路数据信号；所述采用MIMO信号双向馈入泄漏电缆的线状覆盖传输系统还包括多根双向泄漏电缆，多个所述环路连接在一个射频单元上，各个环路上的单根双向泄漏电缆之间设置足够的间距，保证不同的单根双向泄漏电缆辐射信号间的不相关性。

本发明的原理是：

双向馈入泄漏电缆的MIMO信号在不同槽点辐射前经历了不同的泄漏电缆内信道，达到足够的信道差异性，实现了空间增益。两路信号中的一路输出给时延补偿模块，另一路输出给射频电光转换器。信号经过单根双向泄漏电缆后通过对端三端口环形器被匹配负载吸收，三端口环形器和匹配负载阻隔回波以减少非期望信号对发射机的干扰。所述射频电光转换器，光纤，射频光电转换器的作用是减少信号长距离传输的损耗以及传输时延，所述射频电光转换器的作用是将射频的电信号转换成光信号，以便光纤进行传输，所述射频光电转换器的作用是将光信号转换成射频电信号。所述时延补偿模块的作用是很大程度上减少了传输时延，并保证了泄漏电缆双向馈入的MIMO信号的正交性。所述时延补偿模块中时延补偿的值由射频电光转换器，光纤，射频光电转换器产生的固定时延确定。

与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：

本发明应用于线状覆盖通信场景采用MIMO信号双向馈入泄漏电缆的传输系统，实现多路信号传输，可减少一半的泄漏电缆铺设数量，满足较低的信道相关性，具有较高的信道容量，无须改变发射机架构，兼容性高。可用于线状覆盖通信场景，提升线状覆盖通信场景下的通信性能的同时，大大降低工程成本，简化施工和维护。

附图说明

图1是传统采用MIMO双路信号馈入单根泄漏电缆的传输系统结构图。

图2是采用MIMO双路信号双向馈入单根泄漏电缆的传输系统结构图。

图3是采用MIMO多路信号双向馈入多根泄漏电缆的传输系统结构图。

图4是不同信号在单根双向泄漏电缆不同槽点辐射形成的等效发射分集示意图。

图5是不同信号在单根双向泄漏电缆不同槽点辐射形成的“虚拟MIMO”示意图。

图6是本发明用于廊道场景的采用MIMO双路信号双向馈入单根泄漏电缆的传输系统实例图。

具体实施方式

以下将参考附图更充分地描述本发明的实施例。本实施例所述的泄漏电缆均为具有双端口的可双向馈入MIMO信号的泄漏电缆。所述单路，双路，多路分别表示为单路、双路、多路数据。其中所述多路数据为大于双路的偶数路数据。所采用的MIMO传输模式均为空分复用，即不同MIMO信号传输不同的数据流。所采用的信号传输方向为下行，即馈入泄漏电缆的发射端信号辐射出来被终端接收。

如图1所示，传统采用MIMO双路信号馈入单根泄漏电缆的传输系统，包括射频单元1，双根泄漏电缆2。所述射频单元1输出的两路信号分别连接双根泄漏电缆2的每一根。由射频单元1输出的双路信号的每一路输出对应一根泄漏电缆的方式进行通信，双根泄漏电缆2形成MIMO信号双路传输方式。所述双根泄漏电缆2的间距设置足够大以满足不同泄漏电缆间的低相关性，来达到高效的MIMO性能。

如图2所示，一种采用MIMO双路信号双向馈入单根泄漏电缆的传输系统，包括射频单元1，单根双向泄漏电缆3，第一三端口环形器4，匹配负载5，射频电光转换器6，光纤7，射频光电转换器8，时延补偿模块9和第二三端口环形器10；所述时延补偿模块9连接第一三端口环形器4，所述第一三端口环形器4的另外两个端口分别连接匹配负载5和单根双向泄漏电缆3的一端，所述单根双向泄漏电缆3的另一端连接第二三端口环形器10，所述第二三端口环形器10的另外两个端口分别连接匹配负载5和射频光电转换器8，所述射频光电转换器8依次连接光纤7和射频电光转换器6，形成环路，环路两端的时延补偿模块9和射频电光转换器6连接射频单元1，形成闭合回路；所述第一三端口环形器4方向为逆时针；第二三端口环形器10方向为顺时针。

射频单元1输出两路不同的数据信号，所述信号为满足信号间正交性的多路数据信号，或者具备能够被接收机分离的多路数据信号，所述两路信号中的一路输出给时延补偿模块9，另一路输出给射频电光转换器6。信号经过单根双向泄漏电缆3后通过对端三端口环形器被匹配负载5吸收，三端口环形器和匹配负载5阻隔回波以减少非期望信号对发射机的干扰。所述射频电光转换器6，光纤7，射频光电转换器8的作用是减少信号长距离传输的损耗以及传输时延，所述射频电光转换器6的作用是将射频的电信号转换成光信号，以便光纤7进行传输，射频光电转换器8的作用是将光信号转换成射频电信号。所述时延补偿模块9的作用是很大程度上减少了传输时延，并保证了泄漏电缆双向馈入的MIMO信号的正交性。所述时延补偿模块9中时延补偿的值由射频电光转换器6，光纤7，射频光电转换器8产生的固定时延确定。

如图3所示，所述射频单元1包括多路射频输出端口，多路射频输出端口输出的信号为满足信号间正交性的多路数据信号，或者具备能够被接收机分离的多路数据信号；本图例所述多路MIMO信号表示偶数个多路信号，MIMO方式为空分复用；多个所述环路连接在一个射频单元1上，各个环路上的单根双向泄漏电缆3之间设置足够的间距，保证不同的单根双向泄漏电缆3辐射信号间的不相关性，达到高效的MIMO性能。

现给予本发明所述方法的可行性说明。本例所述槽点指代根据物理泄漏电缆的开槽点的辐射特性，具有可以等效为辐射点源的槽点或者由多个槽点耦合形成的可以被看做为等效辐射点源的槽点簇。如图4所示，泄漏电缆的特性可以描述为：

- 泄漏电缆的每个槽点或槽点簇看作为一个信号点源；

- 所有槽点位置在泄漏电缆上呈均匀排列；

- 泄漏电缆两端具有对称性，即双向馈入的MIMO信号在经过距离两端相同的槽点辐射的信号具有相同的泄漏电缆内部信道特性。

如图4所示为不同信号在单根双向泄漏电缆不同槽点辐射形成的等效发射分集示意图。对单根泄漏电缆的双端分别馈入不同的s1与s2信号，不同信号从泄漏电缆的不同槽点辐射。接收机Rx1接收从不同槽点辐射并历经不同信道后的信号之和，对于单端馈入的信号经过不同槽点辐射的传输方式相当于不同槽点的发射分集。由双端馈入的MIMO信号从相同的槽点辐射出来并历经与槽点和接收机相对应的相同的信道到达接收机。接收机接收到从泄漏电缆双端馈入的MIMO信号，该MIMO信号经历了泄漏电缆内信道和槽点与接收机间的空间信道。

图5所示为不同信号在不同槽点辐射形成的“虚拟MIMO”示意图。对单个泄漏电缆的双端同时馈入不同的s1与s2信号，所述MIMO信号通过泄漏电缆的不同两个槽点辐射出来，与接收机的两根天线Rx1与Rx2形成了一个2x2的“虚拟MIMO”。由泄漏电缆的两个槽点与接收机的两个天线形成四个空间信道，信道间相关性由槽点间距和接收天线间距决定。由上述泄漏电缆周期性槽点最小间距大于半波长，同时接收机接收天线间距可配置，所以信道相关性很低。同时，MIMO信号在不同槽点辐射前经历了不同的泄漏电缆内信道，达到足够的信道差异性。类似的，MIMO信号在所有槽点辐射出的信号均可以形成“虚拟MIMO”，任一槽点间距大于半波长，满足信道低相关性，达到了高效的MIMO性能。同时，“虚拟MIMO”避免了由MIMO信号在相同槽点辐射形成的“孔径效应”，满足了高效的MIMO性能。

应用举例

图6所示为本发明用于廊道场景的采用MIMO双路信号双向馈入单根泄漏电缆的传输系统实例图。不限于上述双路信号与单根泄漏电缆，所述传输系统可扩展为MIMO多路信号双向馈入多根泄漏电缆，所述多路信号为大于双路的偶数路不同数据信号，MIMO方式为空分复用，所述廊道环境是由双侧墙体11构成的线状狭长空间。所述传输系统，包括射频单元1，单根双向泄漏电缆3，第一三端口环形器4，匹配负载5，射频电光转换器6，光纤7，射频光电转换器8，时延补偿模块9和第二三端口环形器10；所述单根双向泄漏电缆3长度为几百米到几公里，固定在双侧墙体11的一侧上，所述射频光电转换器8连接第一三端口环形器4，所述第一三端口环形器4的另外两个端口分别连接匹配负载5和单根双向泄漏电缆3的一端，所述时延补偿模块9连接第二三端口环形器10，所述第二三端口环形器10的另外两个端口分别连接匹配负载5和单根双向泄漏电缆3的一端，所述单根双向泄漏电缆3的另一端连接第二三端口环形器10，所述第二三端口环形器10的另外两个端口分别连接匹配负载5和射频光电转换器8。由射频单元1，射频电光转换器6，时延补偿模块9，匹配负载5和第二三端口环形器10构成本地发射装置13，由射频光电转换器8，匹配负载5和第一三端口环形器4构成远端装置12。所述射频电光转换器6依次连接光纤7和射频光电转换器8形成环路，环路两端的时延补偿模块9和射频电光转换器6连接射频单元1，形成闭合回路；所述第一三端口环形器4方向为逆时针；第二三端口环形器10方向为顺时针。

射频单元1输出两路不同的数据信号S₁和S₂，S₁信号输出给射频电光转换器6后依次通过光纤7拉远，射频光电转换器8，第一三端口环形器4馈入单根双向泄漏电缆3的一端；S₂信号输出给时延补偿模块9后通过第二三端口环形器10馈入单根双向泄漏电缆3的另一端。信号经过单根双向泄漏电缆3后通过对端三端口环形器被匹配负载5吸收，三端口环形器和匹配负载5阻隔回波以减少非期望信号对发射机的干扰。所述射频电光转换器6，光纤7，射频光电转换器8的作用是减少信号长距离传输的损耗以及传输时延，所述射频电光转换器6的作用是将射频的电信号转换成光信号，以便光纤7进行传输，射频光电转换器8的作用是将光信号转换成射频电信号。所述时延补偿模块9的作用是很大程度上减少了传输时延，并保证了泄漏电缆双向馈入的MIMO信号的正交性。所述时延补偿模块9中时延补偿的值由射频电光转换器6，光纤7，射频光电转换器8产生的固定时延确定。所述单根双向泄漏电缆3辐射出S₁和S₂的双路信号与接收端的多路信号接收形成MIMO系统。本地发射装置13为线状覆盖场景下的一组器件放置在线状场景的一端，远端装置12为线状覆盖场景下的一组器件放置在线状场景的另一端。该应用例针对典型廊道线状覆盖场景，使传统多根泄漏电缆MIMO信号传输系统的泄漏电缆数量减少一半，具有较低的MIMO信道相关性，保证了高效的MIMO性能，无须改变发射机架构，兼容性高，提升线状覆盖通信场景下的通信性能。

Claims (2)

1.一种采用MIMO信号双向馈入泄漏电缆的线状覆盖传输系统，其特征在于，包括射频单元（1），单根双向泄漏电缆（3），第一三端口环形器（4），匹配负载（5），射频电光转换器（6），光纤（7），射频光电转换器（8），时延补偿模块（9）和第二三端口环形器（10）；所述时延补偿模块（9）连接第一三端口环形器（4），所述第一三端口环形器（4）的另外两个端口分别连接匹配负载（5）和单根双向泄漏电缆（3）的一端，所述单根双向泄漏电缆（3）的另一端连接第二三端口环形器（10），所述第二三端口环形器（10）的另外两个端口分别连接匹配负载（5）和射频光电转换器（8），所述射频光电转换器（8）依次连接光纤（7）和射频电光转换器（6），形成环路，环路两端的时延补偿模块（9）和射频电光转换器（6）连接射频单元（1），形成闭合回路；所述第一三端口环形器（4）方向为逆时针；第二三端口环形器（10）方向为顺时针。

2.根据权利要求1所述的采用MIMO信号双向馈入泄漏电缆的线状覆盖传输系统，其特征在于，所述射频单元（1）包括多路射频输出端口，多路射频输出端口输出的信号为满足信号间正交性的多路数据信号，或者具备能够被接收机分离的多路数据信号；所述线状覆盖传输系统还包括多根双向泄漏电缆（3），多个所述环路连接在一个射频单元（1）上，各个环路上的单根双向泄漏电缆（3）之间设置足够的间距，保持不同的单根双向泄漏电缆（3）辐射信号间的不相关性。