CN105873152A - 用于高铁的追逐式无线连接系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高铁的追逐式无线连接系统，为解决高铁宽带通信问题，是在高铁沿线路基上按一定间隔布设路基无线路由器(RR)，并连接成一个串联状网络(SN)；这个串联状网络(SN)通过交叉站(XS)用光缆(FL)连接到控制中心(CC)；通过控制中心(CC)连接到互联网(Internet)；安装在高铁列车(Train)上的列车无线路由器(TR)通过本身的天线与路基无线路由器(RR)的天线进行无线连接和通讯，通过与列车上的其他应用终端连接实现列车上互联网(Internet)的覆盖和稳定的无线移动通信；当高铁列车(Train)沿铁轨运行时精确地获取高铁列车(Train)的位置，把与高铁列车位置相邻的一组路基无线路由器(RR)激活并与高铁列车(Train)上的列车无线路由器(TR)进行通讯连接。具有可以完全达到车上用户的无线宽带上网和稳定无线移动通信要求的优点。

Description

用于高铁的追逐式无线连接系统

技术领域

本发明涉及一种铁路通信系统，尤其涉及一种用于高铁的追逐式无线连接系统。

技术背景

对目前高铁通信的问题铁路部门、各大运营商及各相关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，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：卫星通信的优势是可以消除部分多普勒效应，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。总之，卫星通信不适应高铁通信。

建设专用的带状网络：这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。

根据多方调研，目前还没有一种车地连接技术适用于高速列车与地面间的通信连接，本发明装置的目的恰好解决了这个难题。

高速列车运行速度越来越快。目前正在运行的高速铁路高速列车速度已经达到并超过了350km/h，对高速环境下通信服务的种类和质量的要求也越来越高，这无疑对铁路无线通信提出了更为苛刻的要求。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种可以完全达到车上用户的无线宽带上网和稳定无线移动通信要求的用于高铁的追逐式无线连接系统。

为实现上述目的，本发明用于高铁的追逐式无线连接系统由控制中心CC、通讯光缆FL、交叉站XS、路基无线路由器RR和列车无线路由器TR等五大单元组成；在高铁沿线路基上按一定间隔布设路基无线路由器RR，并连接成一个串联状网络SN；这个串联状网络SN通过交叉站XS用光缆FL连接到控制中心CC；通过控制中心CC连接到互联网Internet；安装在列车上的列车无线路由器TR通过本身的天线与路基无线路由器RR的天线进行无线连接和通讯，通过与高铁列车Train上的其他应用终端连接实现列车上互联网Internet的覆盖和稳定的无线移动通信；当高铁列车Train沿铁轨运行时，我们可以精确地获取高铁列车Train的位置，把与高铁列车位置相邻的一组路基无线路由器RR激活并与高铁列车Train上的列车无线路由器TR进行通讯连接；就可以实现高铁列车Train与地面不间断的自动追逐、主动切换式互通互联。即在高铁沿线路基上按一定间隔布设天线，并连接成一个整体网络进行管理和控制，当高铁列车沿铁轨运行时，我们可以精确地知道高铁列车的位置，把与高铁机车位置相邻的一组天线激活并与高铁列车上的天线进行通讯连接。换句话说，相当于在高铁沿线路基上有一组天线通过主动切换一直在自动追逐列车，以高铁列车完全一致的速度与列车保持相对距离基本不变，实现与高铁列车上的天线进行近距离稳定通讯连接，就可以实现高铁列车与地面不间断的互通互联。本发明装置可以自动适应高铁列车从0-1000KM/h的速度，并可以达到1000MBPS或以上的列车与地面数据传输速率。本发明装置的特征可以总结为自动追逐、主动切换。本发明系统采用具有“自动追逐、主动切换”特征的无线连接系统和技术解决了高速列车的无线通信问题，并可以完全达到车上用户的无线宽带上网和稳定无线移动通信要求，是实现高铁列车高速运行时的车地无线通讯技术。具有可以完全达到车上用户的无线宽带上网和稳定无线移动通信要求的优点。

作为优化，所述自动追逐、主动切换是当高铁列车Train沿铁轨运行时，我们可以精确地获取高铁列车Train的位置，把与高铁列车位置相邻的一组路基无线路由器RR激活并与高铁列车Train上的列车无线路由器TR进行通讯连接。换句话说，相当于在高铁沿线路基上有一组天线通过主动切换一直在自动追逐列车，以与高铁列车完全一致的速度与列车保持相对距离基本不变，实现路基无线路由器RR与高铁列车上的列车无线路由器TR进行近距离稳定通讯连接，就可以实现高铁列车与地面不间断的互通互联。本发明装置解决了高速列车的车地无线通信问题，并可以完全达到车上用户的无线宽带上网和稳定无线通信要求。

作为优化，所述控制中心CC由服务器S、大型显示屏Display、用户计算机Computer、交换机Switch、路由器Router、应用软件Software等组成；服务器S作为控制计算机，通过在服务器S上运行的应用软件Software控制整个系统的运行，大型显示屏Display作为显示界面显示整个系统的运行状况，用户计算机Computer作为人机交互界面对系统进行人为控制和维护，路由器Router把系统连接到公共互联网Internet，交换机Switch连接服务器S、大型显示屏Display、用户计算机Computer和路由器Router。控制中心CC通过光缆FL与交叉站XS连接，并连接到公共互联网Intemet。

作为优化，所述交叉站XS通过光缆FL连接路基无线路由器RR组成的串联状网络SN和控制中心CC。

作为优化，所述路基无线路由器RR在高铁沿线路基上按一定间隔布设并连接成一个串联状网络SN，这个串联状网络SN通过路基无线路由器RR的依次激活实现路基无线路由器RR虚拟自动追逐列车。

作为优化，所述列车无线路由器TR根据与路基无线路由器RR的位置关系进行主动切换，实现路基无线路由器RR与高铁列车上的列车无线路由器TR近距离稳定通讯连接。

作为优化，所述自动追逐是通过无线定位方式实时获取列车的位置；本发明装置可以自动适应高铁机车从0至1000KM/H的速度，并可以达到1000MBPS或以上的机车与地面数据传输速率。即，本发明装置用于高铁的追逐式无线连接系统中的自动追逐技术需要实时获取列车的位置，这个位置可以通过无线定位方式获得。

作为优化，所述自动切换采用下一组路基无线路由器RR复制前面一组路基无线路由器RR的现场参数来实现，使得列车无线路由器TR似乎一直在与同一组路基无线路由器RR进行通讯联络。

作为优化，自动追逐功能可以自动追逐单列列车，也可以实现同时自动追逐多列列车。

作为优化，由于列车无线路由器TR与路基无线路由器RR的位置关系和相互运动速度可以精确计算获得，所以可以精确地掌握多普勒效应的规律和响应特性，从而可以进行精确的补偿和恢复。

高速列车运行速度越来越快。目前正在运行的高速铁路高速列车速度已经达到并超过了350km/h，对高速环境下通信服务的种类和质量的要求也越来越高。本发明采用具有“自动追逐、主动切换”特征的无线连接系统解决了高速列车的无线通信问题，并可以完全达到车上用户的无线宽带上网和稳定无线移动通信要求。

采用上述技术方案后，本发明用于高铁的追逐式无线连接系统具有可以完全达到车上用户的无线宽带上网和稳定无线移动通信要求的优点。

附图说明

图1是本发明用于高铁的追逐式无线连接系统的结构示意图；

图2本发明用于高铁的追逐式无线连接系统的控制中心原理框图。

具体实施方式

本发明用于高铁的追逐式无线连接系统由五大单元组成(见图1)：控制中心CC、通讯光缆FL、交叉站XS、路基无线路由器RR和列车无线路由器TR等组成；在高铁沿线路基上按一定间隔布设路基无线路由器RR，并连接成一个串联状网络SN；这个串联状网络SN通过交叉站XS用光缆FL连接到控制中心CC；通过控制中心CC连接到互联网Internet；安装在高铁列车Train上的列车无线路由器TR通过本身的天线与路基无线路由器RR的天线进行无线连接和通讯，通过与高铁列车Train上的其他应用终端连接实现列车上互联网Internet的覆盖和稳定的无线移动通信；当高铁列车Train沿铁轨运行时，我们可以精确地知道高铁列车Train的位置，把与高铁列车位置相邻的一组路基无线路由器RR激活并与高铁列车Train上的列车无线路由器TR进行通讯连接；就可以实现高铁列车Train与地面不间断的互通互联。本发明装置可以自动适应高铁机车从0至1000KM/H的速度，并可以达到1000MBPS或以上的机车与地面数据传输速率。

该系统可以总结为自动追逐、主动切换。当高铁列车Train沿铁轨运行时，我们可以精确地知道高铁列车Train的位置，把与高铁列车位置相邻的一组路基无线路由器RR激活并与高铁列车上的列车无线路由器TR进行通讯连接。换句话说，相当于在高铁沿线路基上有一组天线通过主动切换一直在自动追逐列车，以与高铁列车完全一致的速度与列车保持相对距离基本不变，实现路基无线路由器RR与高铁列车上的列车无线路由器TR进行近距离稳定通讯连接，就可以实现高铁列车与地面不间断的互通互联。本发明装置解决了高速列车的车地无线通信问题，并可以完全达到车上用户的无线宽带上网和稳定无线通信要求。

如图2所示，所述控制中心CC由服务器S、大型显示屏Display、用户计算机Computer、交换机Switch、路由器Router、应用软件Software等组成。服务器S作为控制计算机，通过在服务器S上运行的应用软件Software控制整个系统的运行，大型显示屏Display作为显示界面显示整个系统的运行状况，用户计算机Computer作为人机交互界面对系统进行人为控制和维护，路由器Router把系统连接到公共互联网Internet，交换机Switch连接服务器S、大型显示屏Display、用户计算机Computer和路由器Router。控制中心CC通过光缆FL与交叉站XS连接，并连接到公共互联网Internet。图中用户计算机Computer，即客户终端标号为C1-C3。

其中交叉站XS通过光缆FL连接路基无线路由器RR组成的串联状网络SN和控制中心CC。

所述路基无线路由器RR在高铁沿线路基上按一定间隔布设并连接成一个串联状网络SN，这个串联状网络SN通过路基无线路由器RR的依次激活实现路基无线路由器RR虚拟自动追逐列车。

所述列车无线路由器TR根据与路基无线路由器RR的位置关系进行主动切换，实现路基无线路由器RR与高铁列车上的列车无线路由器TR近距离稳定通讯连接。

其自动追逐技术需要实时获取列车的位置，这个位置可以通过无线定位方式获得。

本发明用于高铁的追逐式无线连接系统中的自动切换技术采用下一组路基无线路由器RR复制前面一组路基无线路由器RR的现场参数来实现，使得列车无线路由器TR似乎一直在与同一组路基无线路由器RR进行通讯联络。

本发明用于高铁的追逐式无线连接系统的自动追逐功能可以自动追逐单列列车，也可以实现同时自动追逐多列列车。

由于列车无线路由器TR与路基无线路由器RR的位置关系可以精确计算获得，所以可以精确地掌握多普勒效应的规律和响应特性，从而可以进行精确的补偿和恢复。

具体一种实施可以为：在高铁沿线路基上按100米间隔布设路基无线路由器RR，在8节车厢(长度为200米左右)为一组的高速列车的头部和尾部各安装一组列车路由器TR，使得列车无线路由器TR与路基无线路由器RR保持在100米以内。通过这种短距离的无线通信实现高铁列车与地面不间断的互通互联。虽然高铁路基需要以每100米的间隔布设路基无线路由器，但由于采用低成本的无线路由器由器，所以整体成本远远小于采用布设无线基站的方式。

Claims (10)

1.一种用于高铁的追逐式无线连接系统，其特征在于由控制中心(CC)、通讯光缆(FL)、交叉站(XS)、路基无线路由器(RR)和列车无线路由器(TR)五大单元组成；在高铁沿线路基上按一定间隔布设路基无线路由器(RR)，并连接成一个串联状网络(SN)；这个串联状网络(SN)通过交叉站(XS)用光缆(FL)连接到控制中心(CC)；通过控制中心(CC)连接到互联网(Internet)；安装在高铁列车(Train)上的列车无线路由器(TR)通过本身的天线与路基无线路由器(RR)的天线进行无线连接和通讯，通过与列车上的其他应用终端连接实现列车上互联网(Internet)的覆盖和稳定的无线移动通信；当高铁列车(Train)沿铁轨运行时精确地获取高铁列车(Train)的位置，把与高铁列车位置相邻的一组路基无线路由器(RR)激活并与高铁列车(Train)上的列车无线路由器(TR)进行通讯连接，实现高铁列车(Train)与地面不间断的自动追逐、主动切换式互通互联。

2.根据权利要求1所述系统，其特征在于所述自动追逐、主动切换是当高铁列车(Train)沿铁轨运行时，精确地获取高铁列车(Train)的位置，把与高铁列车位置相邻的一组路基无线路由器(RR)激活并与高铁列车(Train)上的列车无线路由器(TR)进行通讯连接。

3.根据权利要求1所述系统，其特征在于所述控制中心(CC)由服务器(S)、大型显示屏(Display)、用户计算机(Computer)、交换机(Switch)、路由器(Router)、应用软件(Software)组成；服务器(S)作为控制计算机，通过在服务器(S)上运行的应用软件(Software)控制整个系统的运行，大型显示屏(Display)作为显示界面显示整个系统的运行状况，用户计算机(Computer)作为人机交互界面对系统进行人为控制和维护，路由器(Router)把系统连接到公共互联网(Internet)，交换机(Switch)连接服务器(S)、大型显示屏(Display)、用户计算机(Computer)和路由器(Router)；控制中心(CC)通过光缆(FL)与交叉站(XS)连接，并连接到公共互联网(Internet)。

4.根据权利要求1所述系统，其特征在于所述交叉站(XS)通过光缆(FL)连接路基无线路由器(RR)组成的串联状网络(SN)和控制中心(CC)。

5.根据权利要求4所述系统，其特征在于所述路基无线路由器(RR)在高铁沿线路基上按一定间隔布设并连接成一个串联状网络(SN)，这个串联状网络(SN)通过路基无线路由器(RR)的依次激活实现路基无线路由器(RR)虚拟自动追逐列车。

6.根据权利要求5所述系统，其特征在于所述列车无线路由器(TR)根据与路基无线路由器(RR)的位置关系进行主动切换，实现路基无线路由器(RR)与高铁列车上的列车无线路由器(TR)近距离稳定通讯连接。

7.根据权利要求1-6任一所述系统，其特征在于所述自动追逐是通过无线定位方式实时获取列车的位置，并自动适应高铁机车从0至1000KM/h的速度，达到1000MBPS或以上的机车与地面数据传输速率。

8.根据权利要求1-6任一所述系统，其特征在于所述自动切换采用下一组路基无线路由器(RR)复制前面一组路基无线路由器(RR)的现场参数来实现，使得列车无线路由器(TR)似乎一直在与同一组路基无线路由器(RR)进行通讯联络。

9.根据权利要求1-6任一所述系统，其特征在于自动追逐功能可以自动追逐单列列车，也可以实现同时自动追逐多列列车。

10.根据权利要求1-6任一所述系统，其特征在于列车无线路由器(TR)与路基无线路由器(RR)的位置关系和相互运动速度精确计算获得，并精确地掌握多普勒效应的规律和响应特性，进行精确的补偿和恢复。