CN105846889A - 分布式天线高铁高速车地通信系统 - Google Patents

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郭建
许璟华
李定明
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Abstract

本发明涉及一种分布式天线高铁高速车地通信系统，为解决高铁宽带通信问题，由四大部分：机车电台(LS)、分布式天线(DA)、光纤通信矩阵(FOCM)、集总式调制解调器(LM)组成；机车电台(LS)安装在高铁机车(Train)上，机车电台(LS)与分布式天线(DA)构成无线通信连接，分布式天线(DA)按一定间隔分布在铁路路基上，若干个分布式天线(DA)与光纤通信矩阵(FOCM)连接，光纤通信矩阵(FOCM)通过集总式调制解调器(LM)连接到铁路专用网(LAN)上。所述分布式天线(DA)将其天线收到的无线信号转换为光信号送到光纤(FL)上，再将光纤(FL)送来的调制后的信号转换为电信号经过其天线发射出去。具有传播损耗低、频带宽的优点。

Description

分布式天线高铁高速车地通信系统
技术领域
本发明涉及一种铁路通讯系统，特别是涉及一种分布式天线高铁高速车地通信系统。
技术背景
现在所有已知的高铁无线通信系统基本都是基于大功率长距离基站的设计方式实施的。而这种方式都面临着功耗大、造价高、多径严重、干扰严重、多普勒效应明显等问题。为了消除或减少无线传输方式的多普勒效应甚至提出了拉远基站与铁轨直线距离的解决方式，但是这种方式也将会带来加大射频功率、抢占周围基站信号频道以及多径严重化的诸多问题，新建基站还会大量占地导致造价升高。
另外一种是泄露电缆辐射方式，这种方式造价高功耗较大，并且不能灵活变换通信频率是其致命弱点。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种传播损耗低、频带宽的分布式天线高铁高速车地通信系统。
为实现上述目的，本发明分布式天线高铁高速车地通信系统由四大部分机车电台LS(locomotive Station)、分布式天线DA(Distributed Antenna)、光纤通信矩阵FOCM(FiberOptic Communications Matrix)、集总式调制解调器LM(Lumped Modem)组成；机车电台LS安装在高铁机车(Train)上，机车电台LS与分布式天线DA构成无线通信连接，分布式天线DA按一定间隔分布在铁路路基上，若干个分布式天线DA与光纤通信矩阵FOCM连接，光纤通信矩阵FOCM通过集总式调制解调器LM连接到铁路专用网LAN上。其中分布式天线具有传播损耗低、抗多径能力强、多普勒效应改善、功耗低、频带宽、无需额外征地等诸多特点。系统可以认为是泄露电缆辐射方式的一种进化方式，系统利用短距离微功率分布式天线系统替代了原有的大型大功率基站通信系统，充分利用了微波短距离通信损耗低多径少等无线电传输的固有特点，本发明的最大特点是把大型大功率通信基站改为由光纤连接的分布式天线辐射的微功率通信系统，使得整套系统能够在时速高达1000km/h的高速铁路应用中获得大于1000Mbps的可靠数据速率通信。由于光纤信息容量大、损耗低等特点，在结合了光纤拉远等技术因素下可以使其充分发挥技术优势将在高铁无线通信系统里得到良好的使用效果。具有传播损耗低、频带宽的优点。
作为优化，所述机车电台LS由网络接口LAN、支持其它部分的电源模块PM、控制模块CM、基带调制解调模块BM、射频模块RM、控制模块CM配接的GPS、宽带定向天线ANT、保护其它部件的防护外壳HULL等组成；控制模块CM根据事先约定的通信规则，控制基带调制解调模块BM及射频模块RM在相应的频率上通过宽带定向天线ANT使用特定的带宽进行通信，机车电台LS将来自网络接口LAN的数据按照约定好的通信协议经过调制后发送出去，再将天空中约定协议的无线电信号经过解调后送往网络接口LAN。
作为优化，所述分布式天线DA将其天线收到的无线信号转换为光信号送到光纤FL上，再将光纤FL送来的调制后的信号转换为电信号经过其天线发射出去。
作为优化，所述分布式天线DA由支持其它部件的电源模块PM、光电转换模块OEM、射频模块RM、宽带全向天线ANT、用于保护其它部件的防护外壳HULL等组成；宽带全向天线ANT、射频模块RM、光电转换模块OEM依次相连，光电转换模块OEM再连接光纤FL。
作为优化，所述分布式天线DA按照一定间隔等距离铺设在铁路路基上，并将这些分布式天线DA全部通过光纤FL拉远至所述光纤通信矩阵FOCM，再通过电口或光口将矩阵切换后的信号送到所述集总式调制解调器LM，集总式调制解调器LM后端连接相应的网络通信系统，分布式天线DA使用全向天线用以对上下行高铁机车Train提供服务。
作为优化，所述光纤通信矩阵FOCM将高铁机车Train附近天线送来的光信号经过切换后转换成光或电信号送往集总式调制解调器LM，并将集总式调制解调器LM送来的光或电信号经过切换后送往高铁机车Train附近的天线。
作为优化，所述光纤通信矩阵FOCM由用于支持其它部件的电源模块PM、光电转换模块OEM、切换模块SM等组成；与铁路专用网LAN相连的所述切换模块SM与多个并列的光电转换模块OEM相连，光电转换模块OEM再通过电口或光口PORT将矩阵切换后的信号送到所述集总式调制解调器LM。
作为优化，所述集总式调制解调器LM将光纤通信矩阵FOCM送来的光或电信号经过解调后送往所述铁路专用网LAN的接口，再将铁路专用网LAN送来的信号按照约定的格式调制后经过光或电信号送往光纤通信矩阵FOCM；多个所述分布式天线DA同时为一列高速机车Train进行通信保障，即为了提高数据容量或增强可靠性允许多个分布式天线DA同时为一列高速机车Train进行通信保障，从而大大增强信号传输能力及稳定性。
作为优化，所述集总式调制解调器LM由支持其它部件的电源模块PM、控制模块CM、多个并列的调制解调模块MDM、网络接口LAN、与控制模块CM相连的GPS等组成；与铁路专用网LAN相连的所述控制模块CM与多个并列的调制解调模块MDM相连，调制解调模块MDM再连接电口或光口PORT。
作为优化，在高铁机车Train行进时通过无线电信标方式告知集总式调制解调器LM高铁机车Train所在的具体位置，集总式调制解调器LM根据设定好的位置表通过光纤通信矩阵FOCM开通所对应的天线，随之与之建立通信；随着高铁机车Train的移动所对应的天线也将按照设定好的切换规则进行跟踪。
采用上述技术方案后，本发明分布式天线高铁高速车地通信系统具有传播损耗低、频带宽的优点。
附图说明
图1是本发明分布式天线高铁高速车地通信系统的结构示意图；
图2是本发明分布式天线高铁高速车地通信系统中机车电台的原理框图；
图3是本发明分布式天线高铁高速车地通信系统中分布式天线的原理框图；
图4是本发明分布式天线高铁高速车地通信系统中光纤切换矩阵的原理框图；
图5是本发明分布式天线高铁高速车地通信系统中集总式调制解调器的原理框图。
具体实施方式
本发明分布式天线高铁高速车地通信系统由四大部分组成(图1)：即机车电台LS(locomotive Station)、分布式天线DA(Distributed Antenna)、光纤通信矩阵FOCM(FiberOptic Communications Matrix)、集总式调制解调器LM(Lumped Modem)。机车电台LS安装在高铁机车上，机车电台LS与分布式天线DA构成无线通信连接，分布式天线DA按一定间隔分布在铁路路基上，若干个分布式天线DA与光纤通信矩阵FOCM连接，光纤通信矩阵FOCM通过集总式调制解调器LM连接到铁路专用网LAN上。分布式天线高铁高速车地通信系统可以认为是泄露电缆辐射方式的一种进化方式，本发明的最大特点是把大型大功率通信基站改为由光纤连接的分布式微功率通信系统，使得整套系统能够在时速高达1000km/h的高速铁路应用中获得大于1000Mbps的可靠数据速率通信。图中上行铁轨标号为UL，下行铁轨标号为DL。高铁机车标号为Train。
所述机车电台LS(见图2)由网络接口LAN、电源模块PM、控制模块CM、基带调制解调BM、射频模块RM、GPS、宽带定向天线ANT、防护外壳HULL。控制模块根据事先约定的通信规则，控制基带模块及射频模块在相应的频率上通过天线使用特定的带宽进行通信，机车电台将来自网络接口的数据按照约定好的通信协议经过调制后发送出去，再将天空中约定协议的无线电信号经过解调后送往网口。可以在机车上的车头或车尾安装机车电台以及指向前方或后方的定向天线。
所述分布式天线DA(见图3)由电源模块PM、光电转换模块OEM、射频模块RM、宽带全向天线ANT、防护外壳HULL等组成。分布式天线将天线收到的无线信号转换为光信号送到光纤上，再将光纤送来的调制后的信号转换为电信号经过天线发射出去。该分布式天线DA和机车电台LS构成本发明分布式天线高铁高速车地通信系统的无线通信连接。
所述分布式天线DA按照一定间隔铺设在铁路路基上，并将这些天线全部通过光纤拉远至光纤通信矩阵FOCM，再通过电口或光口PORT将矩阵切换后的信号送到集总式调制解调器LM，调制解调器后端连接相应的网络通信系统，分布式天线使用全向天线用以对上下行列车提供服务。
所述光纤通信矩阵FOCM部分(见图4)由电源模块PM、光电转换模块OEM、切换模块SM等组成。光纤通信矩阵FOCM将机车附近天线送来的光信号经过切换后转换成光或电信号送往集总式调制解调器LM，并将集总式调制解调器LM送来的光或电信号经过切换后送往机车附近的天线。即所述光纤通信矩阵FOCM由用于支持其它部件的电源模块PM、光电转换模块OEM、切换模块SM等组成；与铁路专用网LAN相连的所述切换模块SM与多个并列的光电转换模块OEM相连，光电转换模块OEM再通过电口或光口PORT将矩阵切换后的信号送到所述集总式调制解调器LM。
所述集总式调制解调器LM(见图5)由电源模块PM、控制模块CM、调制解调模块MDM、网络接口LAN、GPS等组成。集总式调制解调器LM将光纤通信矩阵送来的光或电信号经过解调后送往网络接口，再将网络送来的信号按照约定的格式调制后经过光或电信号送往光纤通信矩阵FOCM。即，所述集总式调制解调器LM由支持其它部件的电源模块PM、控制模块CM、多个并列的调制解调模块MDM、网络接口LAN、与控制模块CM相连的GPS等组成；与铁路专用网LAN相连的所述控制模块CM与多个并列的调制解调模块MDM相连，调制解调模块MDM再连接电口或光口PORT。
该系统在列车行进时通过无线电信标方式告知集总式调制解调器LM列车所在的具体位置，集总式调制解调器LM根据设定好的位置表通过光纤通信矩阵开通所对应的天线，随之与之建立通信。随着列车的移动所对应的天线也将按照设定好的切换规则进行跟踪。
为了提高数据容量或增强可靠性允许多个分布式天线同时为一列机车进行通信保障，从而大大增强信号传输能力及稳定性。

Claims (10)

1.一种分布式天线高铁高速车地通信系统，其特征在于由四大部分：机车电台(LS)、分布式天线(DA)、光纤通信矩阵(FOCM)、集总式调制解调器(LM)组成；机车电台(LS)安装在高铁机车(Train)上，机车电台(LS)与分布式天线(DA)构成无线通信连接，分布式天线(DA)按一定间隔分布在铁路路基上，若干个分布式天线(DA)与光纤通信矩阵(FOCM)连接，光纤通信矩阵(FOCM)通过集总式调制解调器(LM)连接到铁路专用网(LAN)上。
2.根据权利要求1所述车地通信系统，其特征在于所述机车电台(LS)由网络接口(LAN)、支持其它部分的电源模块(PM)、控制模块(CM)、基带调制解调模块(BM)、射频模块(RM)、控制模块(CM)配接的GPS、宽带定向天线(ANT)、保护其它部件的防护外壳(HULL)组成；控制模块(CM)根据事先约定的通信规则，控制基带调制解调模块(BM)及射频模块(RM)在相应的频率上通过宽带定向天线(ANT)使用特定的带宽进行通信，机车电台(LS)将来自网络接口(LAN)的数据按照约定好的通信协议经过调制后发送出去，再将天空中约定协议的无线电信号经过解调后送往网络接口(LAN)。
3.根据权利要求1所述车地通信系统，其特征在于所述分布式天线(DA)将其天线收到的无线信号转换为光信号送到光纤(FL)上，再将光纤(FL)送来的调制后的信号转换为电信号经过其天线发射出去。
4.根据权利要求3所述车地通信系统，其特征在于所述分布式天线(DA)由支持其它部件的电源模块(PM)、光电转换模块(OEM)、射频模块(RM)、宽带全向天线(ANT)、用于保护其它部件的防护外壳(HULL)组成；宽带全向天线(ANT)、射频模块(RM)、光电转换模块(OEM)依次相连，光电转换模块(OEM)再连接光纤(FL)。
5.根据权利要求1所述车地通信系统，其特征在于所述分布式天线(DA)按照一定间隔等距离铺设在铁路路基上，并将这些分布式天线(DA)全部通过光纤(FL)拉远至所述光纤通信矩阵(FOCM)，再通过电口或光口将矩阵切换后的信号送到所述集总式调制解调器(LM)，集总式调制解调器(LM)后端连接相应的网络通信系统，分布式天线(DA)使用全向天线用以对上下行高铁机车(Train)提供服务。
6.根据权利要求1所述车地通信系统，其特征在于所述光纤通信矩阵(FOCM)将高铁机车(Train)附近天线送来的光信号经过切换后转换成光或电信号送往集总式调制解调器(LM)，并将集总式调制解调器(LM)送来的光或电信号经过切换后送往高铁机车(Train)附近的天线。
7.根据权利要求6所述车地通信系统，其特征在于所述光纤通信矩阵(FOCM)由用于支持其它部件的电源模块(PM)、光电转换模块(OEM)、切换模块(SM)组成；与铁路专用网(LAN)相连的所述切换模块(SM)与多个并列的光电转换模块(OEM)相连，光电转换模块(OEM)再通过电口或光口(PORT)将矩阵切换后的信号送到所述集总式调制解调器(LM)。
8.根据权利要求1-7任一所述车地通信系统，其特征在于所述集总式调制解调器(LM)将光纤通信矩阵(FOCM)送来的光或电信号经过解调后送往所述铁路专用网(LAN)的接口，再将铁路专用网(LAN)送来的信号按照约定的格式调制后经过光或电信号送往光纤通信矩阵(FOCM)；多个所述分布式天线(DA)同时为一列高速机车(Train)进行通信保障。
9.根据权利要求8任一所述车地通信系统，其特征在于所述集总式调制解调器(LM)由支持其它部件的电源模块(PM)、控制模块(CM)、多个并列的调制解调模块(MDM)、网络接口(LAN)、与控制模块(CM)相连的GPS组成；与铁路专用网(LAN)相连的所述控制模块(CM)与多个并列的调制解调模块(MDM)相连，调制解调模块(MDM)再连接电口或光口(PORT)。
10.根据权利要求1-7任一所述车地通信系统，其特征在于在高铁机车(Train)行进时通过无线电信标方式告知集总式调制解调器(LM)高铁机车(Train)所在的具体位置，集总式调制解调器(LM)根据设定好的位置表通过光纤通信矩阵(FOCM)开通所对应的天线，随之与之建立通信；随着高铁机车(Train)的移动所对应的天线也将按照设定好的切换规则进行跟踪。
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