CN110072211A

CN110072211A - 一种轨道交通通信方法、装置及系统

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Publication number: CN110072211A
Application number: CN201810697914.6A
Authority: CN
Inventors: 冯江华; 樊强; 尼尔万·安萨里; 罗伯托·罗哈斯-塞萨; 周孟初; 张泰然; 唐军; 粟荡; 全清华; 王大君; 蒋国涛
Original assignee: CRRC Zhuzhou Institute Co Ltd; New Jersey Institute of Technology
Current assignee: CRRC Zhuzhou Institute Co Ltd; New Jersey Institute of Technology
Priority date: 2018-01-22
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2019-07-30

Abstract

本发明实施例公开了一种轨道交通通信方法、装置及系统。其中，系统包括每个光通信基站均设置至少两个指向不同的收发器，轨道列车上安装至少两个收发器且这两个收发器不同时位于光通信基站的通信中断区域、和用于控制轨道列车上的收发器与光通信基站的切换，以实现轨道列车与各光通信基站保持持续通信的中央控制器。本申请通过在光通信基站和轨道列车上分别安装两个或两个以上收发器，使得基站前方和后方的轨道都处于基站光束的覆盖范围，极大扩展了基站的覆盖范围，减少了无线光通信基站的架设数目，有效降低了投资成本；降低了基站之间的切换频率，提高了列车与基站的连通时间，保证了列车通信的连续性，从而有效的提升了轨道列车的通信性能。

Description

一种轨道交通通信方法、装置及系统

技术领域

本发明实施例涉及列车通信技术领域，特别是涉及一种轨道交通通信方法、装置及系统。

背景技术

随着轨道交通技术和互联网技术的快速发展，高速互联网服务已成为日常生活中不可或缺的部分，高速轨道列车数量日益增长、铺设距离的增长和用户的网络需求迫使轨道列车提供宽带互联网服务。

由于无线电带宽的限制、干扰和多径传播的特性，通过现有的无线射频技术在高速列车中提供宽带数据服务无法满足现实需求，例如基于漏电同轴电缆的列车通信架构数据速率太低，最大速率仅为768kps，无法满足宽带互联网的带宽要求；基于卫星链路的技术手段由于通信时延、速率、稳定性的问题，不适合于为列车提供多媒体宽带业务；基于WiMax的架构也只能为列车提供10Mbps以下的无线通信。

自由空间光通信(Free Space Optical Communications，FSO)为以光波为载体，在真空或大气中传递信息的通信技术。自由空间光通信结合了光纤通信与微波通信的优点，既具有大通信容量、高速传输速率、超过300GHz的免许可频率，高安全性，易部署、不受多径传播和来自其他发射器的干扰等优点，又不需要铺设光纤，可为轨道列车提供大宽带、稳定的无线通信。

但是，在现有的轨道交通无线光通信方法中，每个无线光通信基站(BaseStation，BS)只能覆盖较短的轨道长度，为了使列车与地面基站连续通信，需要沿着轨道架设大量的基站，以实现无缝的覆盖整个轨道。这种方法不仅需要投入大量的基站建立资本和维护成本，且由于列车的高速移动性导致列车通信过程中需要过度、频繁的切换基站，而在基站切换过程中，列车需要协商并将操作频率切换到新的基站，在列车收发器的切换过程中，列车与基站的通信会暂时中断，大大的降低了数据的传输速率，从而降低整个轨道列车通信系统的性能。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种轨道交通通信方法、装置、设备及计算机可读存储介质，扩展了基站的覆盖范围，减少了无线光通信基站的架设数目，有效降低了投资成本；降低了基站之间的切换频率，提高了列车与基站的连通时间，保证了列车通信的连续性，从而有效的提升了轨道列车的通信性能。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

本发明实施例一方面提供了一种轨道交通通信系统，包括：

多个耦接至光纤网络的光通信基站，各光通信基站包括指向方向相反的第一收发器和第二收发器；

设置在轨道列车上的第三收发器和第四收发器，用于与各光通信基站进行数据通信；所述第三收发器和所述第四收发器通过光纤链路与车载中央控制器相连；所述车载中央控制器用于控制所述轨道列车上的收发器与光通信基站的切换，以实现所述轨道列车与各光通信基站保持持续通信；

其中，所述第三收发器与所述第四收发器不同时处于光通信基站的通信中断区域。

可选的，所述第三收发器和所述第四收发器设置在所述轨道列车的车顶。

可选的，所述第三收发器和所述第四收发器分别设置在所述轨道列车的首尾两端。

可选的，所述第一收发器有多个，所述第二收发器有多个，所述第三收发器有多个，所述第四收发器有多个。

可选的，所述第一收发器、所述第二收发器、所述第三收发器和所述第四收发器均为FSO收发器，所述第三收发器和所述第四收发器通过激光光束与所述第一收发器和所述第二收发器进行数据通信。

可选的，所述第一FSO收发器、所述第二FSO收发器、所述第三FSO收发器和所述第四FSO收发器均具有宽光束激光器。

可选的，各光通信基站的最大覆盖长度为：

光通信基站的覆盖长度由所述第一收发器的有效覆盖长度、所述第一收发器和所述第二收发器之间的暗区区域、所述第二收发器的有效覆盖长度和所述中间暗区区域构成，可根据下述公式计算：

使得：L_e≥L_t+vT；

式中，L_e为所述第一收发器或所述第二收发器的有效覆盖长度，v为所述轨道列车的运行速度，T_h为光通信基站切换的延迟时间，L_t为所述第三收发器和所述第四收发器之间的距离；L₂为所述第一收发器或所述第二收发器与最小覆盖点之间的水平距离，θ为所述第一收发器或所述第二收发器的激光源出射的激光光束半径的发散角，L₁为所述第一收发器或所述第二收发器与轨道之间的垂直距离。

可选的，相邻的第一光通信基站和第二光通信基站间的中间暗区区域的长度不大于预设距离，所述预设距离为所述第四收发器从一接收到所述第二光通信基站的第二覆盖区域对应的收发器的信号便切换至所述第二光通信基站成功的时间，与所述第三收发器断开与第一光通信基站的第一覆盖区域对应的收发器通信的时间为同一时刻对应的距离，所述第一覆盖区域和所述第二覆盖区域位于所述中间暗区区域的两侧。

本发明实施例另一方面提供了一种轨道交通通信方法，包括：

判断轨道列车的车头端收发器是否接收到目标光通信基站发送的光信号；

若是，则判断所述轨道列车的车尾端收发器在切换延时时间内是否与源光通信基站的收发器进行数据通信；

若是，则控制所述车头端收发器切换至所述目标光通信基站，以使所述车头端收发器与所述目标光通信基站的收发器进行数据通信；

其中，所述切换延时时间为所述车头端收发器切换至所述目标光通信基站所需时间，所述轨道列车从所述源光通信基站行驶至所述目标光通信基站；所述源光通信基站行驶至所述目标光通信基站均包括指向方向相反的第一收发器和第二收发器。

本发明实施例还提供了一种轨道交通通信装置，包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如前任一项所述轨道交通通信方法的步骤。

本发明实施例提供了一种轨道交通通信系统，每个光通信基站均设置至少两个指向不同的收发器，轨道列车上安装至少两个收发器且这两个收发器不同时位于光通信基站的通信中断区域、和用于控制轨道列车上的收发器与光通信基站的切换，以实现轨道列车与各光通信基站保持持续通信的中央控制器。

本申请提供的技术方案的优点在于，通过在光通信基站和轨道列车上分别安装两个或两个以上无线光通信收发器，使得光通信基站前方和后方的轨道都处于基站激光光束的覆盖，从而极大的扩展了无线光通信基站的覆盖范围，有效减少了无线光通信基站的架设数目，从而降低了无线光通信基站的部署投资成本。同时，通过结合使用轨道列车上的两个无线光通信收发器，可以实现无缝的基站漫游切换，为轨道列车提供高速稳定的宽带互联网服务，降低了基站之间的切换频率，提高了列车与基站的连通时间，保证了列车通信的连续性，从而有效的提升了轨道列车的通信性能。

此外，本发明实施例还针对轨道交通通信方法提供了相对应的实现方法及装置，进一步使得所述方法更具有实用性和可行性，所述方法及装置具有相应的优点。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的轨道交通通信系统的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种激光光束的几何模型的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种示例性双收发器覆盖范围示意图；

图4为本发明实施例提供的一种示例性光通信基站切换过程示意图；

图5为本发明实施例提供的一种轨道列车对地面通信的示意图；

图6为本发明实施例提供的当L₂＝50米时的对应不同发散角的接收功率的图形化示意图；

图7为本发明实施例提供的在发散角为9毫弧度的情况下对应最小覆盖点的不同距离的接收功率的图形化示意图；

图8为本发明实施例提供的最小覆盖点的距离和发散角的函数的激光束的有效覆盖长度的图形化示意图；

图9为本发明实施例提供的最小覆盖点的距离和发散角的函数的光通信基站的总覆盖长度的图形化示意图；

图10为本发明实施例提供的不同轨道交通通信系统在100km内的BS的数量的的图形化示意图；

图11为本发明实施例提供的不同天气条件下的激光束的接收功率的图形化示意图；

图12为本发明实施例提供的在重雾情况下的不同轨道交通通信系统的轨道列车接收功率的图形化示意图；

图13为本发明实施例提供的不同轨道交通通信系统的连接时间的比较图形化示意图；

图14为本发明实施例提供的一种轨道交通通信方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

本申请的发明人经过研究发现，由于每个无线光通信基站上只装有一个单相收发器，因此BS只能覆盖一定的轨道长度。

为了确保地面与列车之间的无缝连接，需要沿铁路轨道部署大量的BS，而进行BS部署需要巨大的资本支出。因此，扩大相邻BS之间的距离，即增加每个BS的覆盖长度以减少BS的数量是非常重要的。

由于HST(High-Speed Train，高速列车)的速度通常能够高达300km/h，所以HST非常快地通过BS，并且然后切换到下一个BS。在这种情况下，列车的收发器经历频繁的切换，因而减少了地面与列车之间的连接时间，而且使一些实时流式互联网服务例如Skype和Youtube的性能恶化。因此，高效FSO系统必须确保在切换过程期间短的切换延迟，以减轻HST中的频繁切换的影响。

基于上述现状，本领域技术人员亟待解决的问题就是如何保持高数据率的地面对列车FSO通信以及实现数据的不间断传输的切换延迟。

鉴于此，本申请通过在光通信基站和轨道列车上分别安装两个或两个以上收发器，使得基站前方和后方的轨道都处于基站光束的覆盖范围，极大扩展了基站的覆盖范围，解决了上述问题。

在介绍了本发明实施例的技术方案后，下面详细的说明本申请的各种非限制性实施方式。

首先参见图1，图1为本发明实施例提供的轨道交通通信系统的一种具体实施方式下的结构示意图，本发明实施例可包括以下内容：

轨道交通通信系统包括沿轨道每隔一定距离架设的多个光通信基站和位于轨道列车上的无线通信系统，轨道列车中的无线通信系统通过车载的收发器与光通信基站的收发器进行数据通信。本申请提供的技术方案适用于自由空间光通信，也同样适合应用于可见光通信中。

当应用于自由空间光通信中，光通信基站的收发器和轨道列车上的车载收发器均为FSO收发器，也即第一收发器、第二收发器、第三收发器和第四收发器均为FSO收发器，第三收发器和第四收发器通过激光光束与第一收发器和第二收发器进行数据通信。

在地面上，每个光通信基站均耦合至光纤骨干网络中，每个光通信基站包括两个或两个以上的收发器(第一收发器和第二收发器)，其中，这两个收发器的指向不同，例如第一收发器沿轨道指向光通信基站的前方，第二收发器沿轨道指向光通信基站的后方，当光通信基站中有2个以上的收发器时，至少有两个收发器的指向应不同，即至少两个收发器中的至少一个指向向前方向或“沿轨道上行”方向，并且至少两个收发器中的至少一个指向向后方向或“沿轨道下行”方向。

光通信基站的多收发器可以扩展其覆盖范围。虽然每个收发器的覆盖范围有限，但基站上的两个收发器可以通过指向不同的方向来扩展基站的覆盖范围。当轨道列车通过某个基站时，轨道列车上的无线通信系统中的中央控制器可以选择该基站上最合适的收发器来接入。同时，通过轨道列车上的两个收发器的协调配合，该无线通信系统能够使轨道列车在行驶过程中实现无缝基站切换。

针对每个光通信基站，两个指向不同的收发器的覆盖区域不相接，他们之间存在通信中断区域(也即暗区区域)，请参阅图3所示的d₂区域；对相邻的两个光通信基站而言，定义沿列车行驶方向的前一个光通信基站为第一光通信基站，后一个光通信基站为第二光通信基站，第一光通信基站中指向第二光通信基站的收发器的覆盖区域、与第二光通信基站中指向第一光通信基站的收发器的覆盖区域不相接，他们之间也存在通信中断区域，可称为中间暗区区域，如图3所示的d₄区域。相邻的第一光通信基站和第二光通信基站间的中间暗区区域的长度不大于预设距离，预设距离为第四收发器从一接收到第二光通信基站的第二覆盖区域对应的收发器的信号便切换至第二光通信基站成功的时间，与第三收发器断开与第一光通信基站的第一覆盖区域对应的收发器通信的时间为同一时刻对应的距离，第一覆盖区域和第二覆盖区域位于中间暗区区域的两侧。

针对轨道列车的无线通信系统，可包括两个或两个以上的收发器(第三收发器和第四收发器可以分别有1个，也可分别有多个)、列车车厢内的无线接入点、路由器、车载中央控制器，以下简称中央控制器(Central Controller，CC)和光纤链路，光纤链路将所有车载收发器及无线接入节点(Access Point，AP)均连接到CC。每个车载收发器耦接至CC)，CC耦接至移动路由器以及至少一个无线接入点AP。可以使用光纤链路将离散的安装在轨道列车上的收发器耦接至CC，并且将无线接入点AP耦接至CC以在列车内部提供移动网络。接入点AP允许乘客连接至移动网络。车载收发器与位于铁轨旁边的光通信基站进行通信。轨道列车中的无线接入点用于在光通信基站和移动终端之间中继数据。当轨道列车沿着轨道行驶时，只有车载收发器需要执行基站切换过程，而车内的用户始终处于其无线接入点的覆盖范围内。

车载收发器可以安装在轨道列车内部，也可安装在轨道列车的外部，这均不影响本申请的实现。在一种可选的实施方式中，车载收发器可以轨道列车车顶上，此外，最佳的，列车车顶安装了两个收发器，第一个位于列车的前端或列车的车头端或者靠近列车的前端，而第二个安装在列车的后端或者是车尾端或者靠近列车的后端，例如第三收发器和第四收发器分别设置在轨道列车的首尾两端。

如图3所示，本申请从两个方面来扩展光通信基站的总覆盖范围。首先，光通信基站的第一收发器和第二收发器可以分别向前和向后发射，在轨道上形成两个覆盖区域，使得基站的覆盖范围得到延伸。其次，由于基站的两个收发器的覆盖区域不相连，这两个覆盖区域之间会形成一个暗区区域(blackout)。可以利用轨道列车上的第三收发器和第四收发器的合作来消除该暗区区域的影响。可设置第三收发器处于轨道列车的车头(前端收发器)，第四收发器处于车尾(后端收发器)，列车上两个收发器之间有一定的距离。由于第三收发器与第四收发器不同时处于光通信基站的通信中断区域，故当轨道列车的一个收发器进入暗区时，另一个将处于相邻的覆盖区域。这样，基站两个覆盖区域之间的暗区也转变为该基站总覆盖范围的一部分。因此，基站的总覆盖长度得到进一步扩展，从而减小了所需基站的数目。

由于基站的覆盖范围得到了很大的扩展，轨道列车与一个基站可以保持长时间的通信，所需的切换次数就减少了。

本申请利用轨道列车和地面光通信基站上多收发器的合作，可以实现无缝的基站切换，从而消除切换延时带来的影响。当列车的一个收发器检测到下个基站的信号并开始切换到下一个基站时，列车的另一个收发器依然处于上一基站的覆盖范围并与其保持通信，从而保证连续的通信。如图4所示，列车从Source BS驶向Target BS，当列车的前端收发器到达Target BS的区域d₁时，CC开始控制其切换到Target BS。此时列车的后端收发器依然位于Source BS的覆盖区域d3中，因此，在前端收发器的切换过程中，列车依然可以通过后端收发器保持与地面基站的通信。当列车的前端收发器完成切换后，CC转换到前端收发器与Target BS通信。通过本多收发器的协调配合，可以实现无缝切换，从而保证了通信的连续性。

无线接入点可以是本领域普通技术人员已知的任何合适的无线接入点。无线接入点可以位于列车车厢或客舱内。合适的无线接入点的示例可以包括诸如LTE、WiMax和WiFi的多种接入技术的无线电接口。可以用作无线接入点的商业上可购买的装置包括但不限于IEEE802.11无线接入点、小型蜂窝BS和光接入点(可见光通信)。列车上的乘客经由一个或更多个接入点来接入互联网服务。无线接入点可以经由光纤被耦接并且聚合无线流量并且将流量传送至CC以进行如下文所述的处理。

CC用于控制所述轨道列车上的收发器与光通信基站的切换，以实现轨道列车与各光通信基站保持持续通信。

以图3为例来说，光通信基站BS1的总覆盖范围包括从d₁到d₄的四个区域，其中d₁和d₃为光通信基站收发器的覆盖区域，d₂和d₄为暗区区域。当第三收发器驶入基站BS1的覆盖区域d₁时，CC控制其与BS1通信；当第三收发器继续驶入BS1的暗区d₂时，第四收发器仍然位于区域d₁，此时CC转而控制第四收发器与BS1通信；当第三收发器驶入BS1的区域d₃时，此时CC控制其与BS1通信；最后当列车第三收发器驶入BS1的区域d₄时，此时第四收发器仍然处于区域d₃，CC再次转换到第四收发器并与BS1通信。可见，虽然光通信基站的总覆盖范围得到了显著的扩展，其连续可靠的通信依然可以得到保证。

CC还负责管理系统以优化网络性能。CC可以是一个或多个计算机及处理器，一个或更多个计算机或处理器可以使用已知的硬件、固件和/或软件以及用于执行实现本发明的实施方式的理想的特定功能和动作的专用软件来实现。例如，CC可以包括计算机，该计算机包括通过数据和/或指令总线操作地耦接的数据处理单元(或处理器)和存储器。处理器可以是利用任何已知的硬件来实现，例如数字微处理器，计算机(诸如便携式，固定和/或分布式计算系统)或任何其它已知的计算系统数据处理单元。存储器可以采用单独的硬件或设置在数据处理单元内，以及任何已知的可以实现存储功能的硬件和/或软件。

数据优选的可通过输入/输出设备(或I/O接口)进入或输出到数字处理单元。CC的操作者可通过借助于合适的链路(例如线缆、无线链路等)耦接至I/O接口的外部存储器将软件程序和/或数据输入到计算机中。外部存储器可以用闪存驱动器、硬盘或位于远程的存储设备等来实现。

CC还可包括可通过电缆、无线链路等合适的链路连接到I/O接口的接口设备。接口设备可以包括至少一个显示器，以及诸如键盘，鼠标，语音识别系统等输入设备。CC的操作技术人员可以利用接口设备向控制系统提供信息和程序。显示器还可用于显示与第三收发器和第四收发器当前通信的光通信基站信息和提供给用户的当前宽带流量值。

CC根据本发明的各种实施方式经由合适的软件代码来操纵数据，并且将结果显示在显示器上供操作人员参考。根据已知的技术，也可以将存储结果保存在CC的存储器内，或输出并保存在外部存储器设备上和/或以多种其他方式中的任何方式被提供。

CC包含可操作以管理系统来优化网络性能的计算机程序，并且还可以包括可操作以调度乘客的流量以保持用户之间的公平性并且充分利用系统的容量的计算机程序。

综上所述，CC可分配用户的流量需求到合适的收发器并控制系统来优化网络性能。

在本发明实施例提供的技术方案中，通过在光通信基站和轨道列车上分别安装两个或两个以上无线光通信收发器，使得光通信基站前方和后方的轨道都处于基站激光光束的覆盖，从而极大的扩展了无线光通信基站的覆盖范围，有效减少了无线光通信基站的架设数目，从而降低了无线光通信基站的部署投资成本。同时，通过结合使用轨道列车上的两个无线光通信收发器，可以实现无缝的基站漫游切换，为轨道列车提供高速稳定的宽带互联网服务，降低了基站之间的切换频率，提高了列车与基站的连通时间，保证了列车通信的连续性，从而有效的提升了轨道列车的通信性能。

对于自由空间光通信而言，在地面与列车之间的通信期间，理想的是保持发射器与接收器之间(或收发器之间)的连续视距(line-of-sight，LOS)。FSO光束包括窄光束和宽光束两种，其中发散角小于0.0057°的激光束被认为是窄束。由于FSO链路的视距易受列车运动、轨道不规则以及大气湍流效应的影响，采用窄光束会产生明显的指向/跟踪误差。因此，窄束需要精确且复杂的对准，以防止丢失发射器与接收器之间的连接。在这种情况下，使用捕获跟踪对准(acquisition-tracking-pointing，ATP)的对准系统来获取发射器/接收器的确切位置，将发射器指向接收器，并且校正移动列车的指向误差。

而宽光束由于具有比窄束大的发散角。与窄光束相比，宽光束在相同距离处投射大的光斑尺寸，并且能够覆盖一定长度的列车或轨道，对精确对准的约束被显著放宽，在这段轨道内，列车上的收发器可以很容易的捕获到光通信基站的光信号，因此光通信基站与车载收发器可以很容易地实现LoS通信。在一种具体的实施方式中，各FSO收发器均可采用宽光束，也即第一FSO收发器、第二FSO收发器、第三FSO收发器和第四FSO收发器均具有宽光束激光器，从而能够降低ATP对准系统的复杂性或完全消除对ATP对准系统的需求。

为了使本领域技术人员更加清楚明白本申请的技术方案和原理，本申请以自由空间光通信为例，介绍本申请的技术方案，具体可包括：

请参阅图2，图2为地面对列车FSO通信中的一对发射器和接收器的示例性几何模型。BS的一个收发器发射的宽激光束可完全覆盖一定长度的轨道。在该模型中，可假定列车沿轨道从D点穿越至B点。光通信BS收发器的高度与列车上的收发器的高度相同，现有技术中可将其设置为地平面以上4米。在此，L为被光通信BS收发器的激光束覆盖的轨道的长度，θ为激光源出射的激光光束半径的发散角。L₁是光通信BS收发器与轨道之间的垂直距离，现有技术中可将其设置为1米。L₂为光通信BS收发器与最小覆盖点C之间的水平距离。另外，β和δ分别是在最小覆盖点C和最大覆盖点B处的覆盖角度。令θ_1/2表示半发散角(即，θ＝2θ_1/2)，则通过γ表示的束的倾斜角可以被表示为γ＝θ_1/2+δ，其为束的光轴与平行于轨道的水平轴之间的角度。根据三角形ΔACD和ΔABD，tanβ和tanδ分别被计算为tanβ＝L₁/L₂以及tanδ＝L₁/(L₂+L)。激光束的发散角可以表示为：

其中，高斯光束的束半径可表示为：

式中，w₀为发射处的激光源的束腰，λ为激光束的波长，代表传播的光轴，z是沿光轴距激光源的距离。

如果将x表示为三角形ΔACD中的线段的长度，则l是沿轨道距最小覆盖点C的距离，并且在范围[0，L]内变化。在此，对于覆盖区域内的任何点，相应的z是l的函数。以点B为例(即，其中，l＝L)，容易观察到，z＝|AH|+|HO|，其中，|AH|＝|AG|+|GH|。由于的长度可以通过|HO|＝(L-|CH|)*cosγ来表示，z可以被写成z＝|AH|+|GH|+(L-|CH|)*cosγ。因此，基于几何模型，z可以被表示为：

z＝lcosγ+xcosθ_1/2； (3)

将z代入式(2)产生：

令r表示内的点距光轴的正交偏移，即，r是从该点到光轴的最短距离。例如，对于B点，r等于的长度，可以表示为r＝(L-|CH|)*sinγ。因此，基于几何模型，r可以表示为：

r＝lsinγ+xsinθ_1/2； (5)

利用上面的w和r，沿轨道在距离l处的接收功率可以表示为：

其中，P_rx为BS的发射功率，A_coll为接收器处的收集区域。在此，A_coll被建模为：

其中，A_det是光电检测器的面积，n是聚光器的折射率，ψ_c是接收器的半角FOV。

当光束通过大气时，会由于被大气(主要是水蒸气和二氧化碳)吸收和散射(灰尘颗粒以及来自雾、雨或雪的水滴引起的散射)造成的光功率的衰减，研究发现，散射对束功率的衰减要远大于吸收造成的光功率衰减，尤其是当颗粒直径在激光束波长的量级时，散射对光功率衰减影响非常高。通常，雾颗粒的半径为1μm至20μm，而霾颗粒具有从0.01μm至1μm的尺寸。因此，雾和霾由其尺寸接近光束波长的小颗粒组成，这就是为什么对于FSO通信最不利的环境条件是雾和霾，相对来说，雨滴的半径在0.1mm至5mm量级，对光功率衰减的影响较低，较大颗粒尺寸对较长的波长例如毫米波而非可见光具有较大影响。基于经验测量，衰减系数σ可以表示为：

其中，V为能见距离(以km为单位)，λ是激光束的波长，q是散射颗粒在不同天气条件下的尺寸分布。则，q可以示出为能见长度V的函数：

使用式(8)-式(9)，可以计算对应不同天气条件的大气衰减。在表1中给出了不同天气条件下的对应850nm的激光束的衰减系数的一些典型值。

表1不同天气条件下的大气衰减

考虑到几何损失和大气衰减，接收器处的接收功率可以表示为：

其中，P_rx为发射功率，σ为以dB/km为单位的大气衰减系数。

将发射器的有效覆盖长度定义为沿轨道从最小覆盖点C到发射器的接收功率超过接收器灵敏度(即，用于数据传输的最小所需接收功率)的最远点的距离，并且将BS的最大可达距离定义为沿轨道从BS到最远点的水平距离。发射器的有效覆盖长度被表示为L_e。基于几何模型，L_e的最远点意味着最小的接收功率。因此，对于给定的一对θ和L₂，发射器的有效覆盖长度可以表示为：

使得：P_rx(l)≥P_rs； (12)

δ＞0； (13)

其中，P_rs为接收器灵敏度，δ为最大覆盖点B处的覆盖角度。

进一步参照图3，在一种具体实施方式中，每个光通信基站例如BS1和BS2配备有指向不同方向的两个收发器。每个BS的一个收发器被定向为向前，而另一个收发器被定向为向后。因此，每个BS具有两个覆盖区域，每侧一个。在一些实施方式中，给定BS的两个收发器共享相同的光谱。由于BS的两个覆盖区域不是连续的，所以将通信中断区域(暗区区域)定义为将两个覆盖区域分隔开的区域。

在该实施方式中，轨道列车包括两个收发器：一个安装在列车前部或靠近列车前部，而另一个安装在列车后部或靠近列车后部。为简洁起见，将安装在列车前部或靠近列车前部的收发器定义为车头端收发器，将安装在列车后部或靠近列车后部的收发器定义为车尾端收发器。将两个安装在列车上的收发器之间的距离表示为L_t，并且将轨道列车的行驶速度表示为v。将BS的总覆盖长度定义为由该BS服务的区域，其包括如图3所示的两个覆盖区域(例如，d₁和d₃)和两个通信中断区域，也即暗区区域(例如，d₂和中间暗区区域d₄)。d₀表示BS的总覆盖长度。

为了确保可靠的地面对列车通信，仅需要确保在任何给定时间处至少一个安装在列车上的收发器被光通信BS的激光束所覆盖，也即轨道列车上各收发器(第三收发器和第四收发器)不同时处于暗区区域。尽管通信中断区域未被光通信基站的发射器覆盖，但是两个安装在列车上的收发器能够通过利用它们之间的距离来进行协作以实现与光通信BS的无缝连接。换言之，如果一个安装在列车上的收发器穿越通信中断区域，则另一个安装在列车上的收发器位于基站的相邻覆盖区域。

调度轨道列车和光通信BS二者的收发器，使得每个光通信BS在其覆盖区域和通信中断区域中均能够与轨道列车通信。如果列车的车头端收发器位于给定光通信BS的覆盖区域，则车头端收发器建立与光通信BS的FSO链路以使得能够进行地面对列车通信。另外，如果车头端收发器位于光通信BS的通信中断区域，则光通信BS能够通过车尾端收发器与BS之间的FSO链路与列车通信。在这种情况下，列车能够在BS周围的覆盖区域和通信中断区域中均由该BS进行服务。

请参照图4，当列车的车头端收发器到达目标光通信BS的覆盖区域d₁并且检测到新的光信号时，车头端收发器在中央控制器的控制下启动切换过程。假设车头端收发器连接到光通信目标BS所需的切换延迟为T_h。为了保持在T_h期间地面与轨道列车之间仍继续保持通信，列车的车尾端收发器由源光通信BS覆盖。具体地，列车的车头端收发器离开源光通信BS的d₄，并且在列车的车尾端收发器留在作为源光通信BS的覆盖区域的d₃中的同时车头端收发器捕获目标光通信BS的光束。然后，中央控制器向车头端收发器发信号以从源光通信BS切换到目标光通信BS，在切换过程中产生切换延迟T_h。为了减少切换延迟的影响，车尾端收发器与源光通信BS通信，直到车头端收发器完成其切换过程为止。因此，将源光通信BS的长度d₄设置为：d₄≤L_t-vT_h。在这种情况下，由于两个收发器之间的距离，所以当轨道列车的车头端收发器执行切换时，车尾端收发器留在源BS的d₃中。一旦建立了车头端收发器的新链路，则中央控制器将数据流量分配给车头端收发器，并且车尾端收发器开始穿越通信中断区域d₄。

类似地，当列车的车尾端收发器到达目标光通信BS的覆盖区域d₁时，中央控制器也控制车尾端收发器以使其启动切换过程。在该情况下，为了保持连续的地面对列车通信，车头端收发器保持在d₁中至少达T_h。当车尾端收发器完成其切换过程时，车头端收发器被允许进入通信中断区域d₂。因此，d₁的长度应当满足：

d₁≥L_t+vT_h； (14)

通过利用轨道列车的两个收发器(第三收发器和第四收发器)之间的距离，当轨道列车的一个收发器执行切换过程时，另一个收发器可以用于保持地面与列车之间的连续链路，从而使切换延迟对移动用户是不被察觉的，为用户提供连续不断的宽带数据。

当列车穿越光通信BS的总覆盖长度时，列车的车头端收发器和车尾端收发器能够协作以保证至少一个收发器连接至给定光通信BS。因此，尽管铁路未被从给定光通信BS发射的两个激光束无缝覆盖，但是连续的地面对列车FSO通信不受影响。如图3所示，给定的光通信BS的总覆盖长度包括四个不同的区域，该四个不同的区域如下映射到地面对列车通信的四个阶段。

首先，当列车的车头端收发器位于第一光通信基站BS1的d₁内时，车头端收发器连接至BS1，而车尾端收发器留在先前BS的通信中断区域d₄中。因此，系统的数据流量被分配给轨道列车的车头端收发器。基于式(14)，如果列车的车头端收发器接近通信中断区域d₂，则车尾端收发器也在同一BS的覆盖区域d₁内。

第二，当列车的车头端收发器到达通信中断区域d₁时，中央控制器将所有数据流量分配给已经位于d₁中的车尾端收发器。尽管车头端收发器在一定的时间段内穿越通信中断区域d₂，但是列车通过车尾端收发器的FSO链路由光通信BS进行服务。为了使得在车头端收发器离开d₂之前车尾端收发器持续与光通信BS通信，d₂的长度应当不超过L_t，即：

d₂≤L_t； (15)

同时，由于L₂是从光通信BS到最小覆盖点的水平距离，所以从图3中可知，d₂＝2L₂。

第三，当列车的车头端收发器到达被光通信基站BS的另一收发器覆盖的d₃时，车头端收发器立即重新连接至光通信BS。在该情况下，车头端收发器不需要执行切换过程，这是因为车头端收发器仍然由其收发器共享相同频谱的同一光通信BS进行服务，即车头端收发器仅需要恢复与同一光通信BS的FSO链路。然后，中央控制器将数据流量分配回至车头端收发器。当车头端收发器离开d₃时，车尾端收发器也到达d₃以保持连续的地面对列车通信。因此，d₃的长度可以推导为：

d₃≥L_t。 (16)

最后，在列车的车头端收发器穿越d₄时，车尾端收发器留在d₃中。因此，中央控制器能够将数据流量分配给列车的车尾端收发器。为了使列车的车尾端收发器能够持续地与光通信BS通信直到车头端收发器连接至下一个光通信BS为止，d₄的适当值为：

d₄≤L_t-vT_h。 (17)

根据上述四个阶段可知，尽管在BS的总覆盖长度中有两个通信中断区域(暗区区域)，但是轨道交通通信系统仍能够保持连续的地面对列车通信。

在所公开的实施方式的列车对地面通信中，列车的发射器能够无缝地覆盖其长度等于或大于两个基站之间的距离的区域。因此，当列车沿轨道移动时，在任何给定时间处至少一个BS被列车覆盖。请参照图5，轨道列车的每个收发器(第三收发器或第四收发器)具有两个发射器，其中一个发射器指向前方，而另一个发射器指向后方。因此，列车的覆盖区域由四个光束的覆盖区域组成。

上述分析了发散角(θ)和最小覆盖点的距离(L₂)对光通信BS的总覆盖长度的影响。本申请还提供了一个具体的实施例进行可行性的仿真论证，其中，方便起见将所述一个实施方式指定为DRIVE(Dual tRansceIVErs，双收发器)。DRIVE为轨道列车采用具有车头端收发器和车尾端收发器的双收发器通信系统，同时每个光通信BS配备有两个收发器(如本文上述所描述，一个可面向前方，另一个可面向后方)。为了比较，将R.Paudel等人的“Modelling of free space optical link for ground-to-train communicationsusing a gaussian source”，IET Optoelectronics，第7卷，第1期，1-8页，2013年，选为基线方案(在图10、12、13中称为典型方案)。

系统参数如表2所示。

表2系统参数

符号	参数	值
			λ	波长	850nm
v	列车速度	300km/h
			P<sub>tx</sub>	发射功率	15mw
L<sub>1</sub>	BS距BS的轨道的垂直距离	1m
			P<sub>rs</sub>	1Gbps处的接收器灵敏度	-36dBm
n	聚光器的折射率	1.5
			Ψ<sub>c</sub>	接收器半角视场	5.15°
A<sub>d</sub>	光电检测器区域	7mm<sup>2</sup>

选择广泛用在FSO通信中的开关键控(OOK)、作为该系统的调制方案。采用10^-9的BER来保证在接收器灵敏度阈值处以1Gbps的数据率的无差错传输。为了计算激光束在1Gbps处的最大可达距离，采用-36dBm作为接收器灵敏度，这是因为一些现有研究表明，通过使用850nm的激光器，FSO链路能够在该灵敏度阈值处提供最高达1Gbps的数据率。另外，假设轨道列车上每个收发器的切换延迟为130ms，与已经实现了124ms的切换延迟的西日本铁路公司的通勤列车的新FSO系统兼容。

恶劣天气条件对激光束的功率衰减具有不利影响。当沿轨道部署光通信BS时，应当考虑最糟糕的情况场景，即雾。可以看出，光通信BS的总覆盖长度由被其收发器覆盖的两个覆盖区域和两个通信中断区域组成。因此，为了在保持可靠的FSO通信的同时优化光通信BS布置，关键是在有雾状况下使光通信BS的四个区域最大化。

给定具体的L₂，发射器的有效覆盖长度取决于发散角。换言之，不同的发散角与束的不同有效覆盖长度相关联。请参照图6，示出了对应具有不同发散角的激光束的沿轨道的接收功率。随发散角增大，激光束的有效覆盖长度延长。类似地，给定具体的θ，激光束的有效覆盖长度由L₂确定。图7示出了对应具有不同L₂的激光束的沿轨道的接收功率。由该图可知，激光束的有效覆盖长度随L₂的增大而提高。当L₂增大时，收发器的倾斜角减小，从而使激光束能够覆盖远离光通信BS的轨道。基于图2中的几何模型，激光束的最大可达距离被延长，从而增大了激光束的相应有效覆盖长度。

基于式(4)和式(10)，发射器的有效覆盖长度由θ和L₂二者来确定，并且对光通信BS的覆盖区域即d₁和d₃具有关键影响。出于说明的目的，可以假设高速列车的长度为200米，即为CRH-380A(在中国京沪高速铁路上广泛使用的高速列车)的列车长度。因此，可将轨道列车上的收发器之间的距离设置为L_t＝200m。基于d₂＝2L₂和式(15)，可以看出，L₂≤L_t/2。因此，L2以1米的步长从0米变化至100米，与实际的部署一致。关于发散角，将最大阈值设置为一些现有研究中所采用的0.055弧度(rad)。因此，发散角以0.001弧度的步长从0弧度变化至0.055弧度。基于图2中的几何模型，δ应当大于零，即：

否则，激光束的有效覆盖长度变为零。图8关于不同的θ和L2示出了激光束的有效覆盖长度。可以看出，随着θ和L₂的增大，激光束的有效覆盖长度提高。

DRIVE中光通信BS的总覆盖长度包括四个区域(例如d₁，d₂，d₃，d₄)。为了优化BS的总覆盖长度，需要分别分析四个区域。因为光通信BS的覆盖区域d₁和d₃可以设置为光通信BS中的一个发射器的有效覆盖长度，因此得到d₁＝d₃＝L_e，其中L_e为θ和L₂的函数。如图3所示，d₂与L₂有关，并且可以被表示为d₂＝2L₂。另外，基于式(17)，最大的d₄可以设置为L_t-vT_h。因此，光通信BS的总覆盖长度可以被表示为：d₀＝2L_e+2L₂+L_t-vT_h。为了计算光通信BS的最大总覆盖长度，将问题公式化成如下：

使得：L_e≥L_t+vT；， (19)

其中，约束(19)从式(14)推导出，其指示L_e应当高于其下限阈值。约束(20)意味着δ应当大于零。图9关于不同的θ和L₂示出了光通信BS的总覆盖长度。当θ和L₂在DRIVE中不可行时，令光通信BS的总覆盖长度等于零。如图9所示，仅对θ和L₂能够满足DRIVE的要求。因此，光通信BS的最大总覆盖长度(如887米)能够在L₂＝99米并且θ＝0.010弧度时得到，而光通信BS的有效覆盖区域(即d₁和d₃)被设置为250米。因此，可以部署具有887米的总覆盖长度的BS以减少沿轨道的BS的数量。

考虑100km的铁路，可以使用DRIVE来沿铁路部署光通信BS。作为比较，上述基线方案尝试通过在每个光通信BS上应用一个收发器来实现无缝覆盖。在上述基线方案中，θ和L₂分别设置为0.055rad和15米。图10分别示出了针对上述基线方案和DRIVE所需的沿铁路部署的BS的数量。与上述基线方案所需的BS的数量相比，DRIVE中所需的光通信BS的数量减少了92％，从而大幅的降低了铁路运营商的部署成本。

天气条件对光束的衰减具有重要影响。给定通信距离，接收功率在不同天气条件下显著不同。然而，光通信BS的部署必须在各种天气条件下均实现可靠的通信。图11示出了在不同天气条件下DRIVE中的各光通信BS的每个激光束的接收功率。在其中每个激光束的覆盖区域为250米的示例中，可以看出，当天气从晴朗变成重雾时，接收功率减小。特别地，对于重雾，接收功率是最小的。然而，即使对于重雾，沿轨道的接收功率也高于接收器灵敏度，即当接收器位于光通信BS的两个覆盖区域内时能够保持可靠的地面对列车FSO通信。

图12示出了在重雾下DRIVE和上述基线方案沿轨道的接收功率。由于上述基线方案中的发射器与接收器之间的最短距离较小，所以上述基线方案的接收功率在沿轨道的某些位置处比DRIVE的接收功率高。然而，DRIVE中的接收功率仍能够满足接收器灵敏度。换言之，使用较少的光通信BS，DRIVE能够实现可靠的地面对列车FSO通信。另外，观察到，针对DRIVE的光通信BS的总覆盖长度中的接收功率被分成对应于从d₁到d₄的不同区域的四个部分。在第一部分中，列车的车头端收发器位于d₁。当车头端收发器向光通信BS行进时，接收功率增大。在第二部分中，在车头端收发器到达通信中断区域d₂之后，轨道列车的车尾端收发器连接至光通信BS。在第三部分中，车头端收发器进入d₃并且重新连接至光通信BS。此时，由于车头端收发器和车尾端收发器都接近于光通信BS，所以当轨道列车与光通信BS之间的连接从车尾端收发器切换至车头端收发器时，接收功率不会剧烈变化。最后，在第四部分中，当前收发器到达通信中断区域d₄时，车尾端收发器恢复与光通信BS的通信链路并且当车尾端收发器移动离开光通信BS时接收功率逐渐减小。

由于大量的光通信BS，上述基线方案必须经历频繁的切换，从而产生影响轨道交通通信系统的连接时间的切换延迟。相比之下，DRIVE不会明显地受切换过程的影响。一方面，由于每个光通信BS的总覆盖长度的延长，DRIVE中的切换过程的数量减少。另一方面，两个安装在列车上的收发器能够在切换过程期间进行协作以保持连续的地面对列车通信，从而避免了切换延迟的影响。如图13所示，与上述基线方案的连接时间相比，DRIVE的连接时间增加了18.3％。

由上可知，本发明实施例利用基站上的多FSO收发器，可以显著扩展基站的覆盖范围，保证轨道列车在高速运动时与某一FSO基站保持较长时间的持续通信，从而相对传统的基站架设方案(Typical scheme)有着很大的优势。因此，本申请技术方案(即DRIVE)扩大了轨道沿线基站之间的间距，减少了基站个数，有效降低了投资成本；尽管采用了较少的基站，接收功率依然可以满足接收灵敏度，从而保证了通信的可靠性、高速率等通信性能；降低的切换延时的影响，提高了列车与基站的连通时间，保证了通信的连续性。

此外，针对上述轨道交通通信系统，本申请还提供了相对应的轨道交通通信方法，进一步使得所述系统更具有可行性。下面对本发明实施例提供的轨道交通通信方法进行介绍，下文描述的轨道交通通信方法与上文描述的轨道交通通信系统可相互对应参照。

请参见图14，图14为本发明实施例提供的一种轨道交通通信方法的流程示意图，本发明实施例可包括以下内容：

S1401：判断轨道列车的车头端收发器是否接收到目标光通信基站发送的光信号，若是，则执行S1402。

S1402：判断轨道列车的车尾端收发器在切换延时时间内是否与源光通信基站的收发器进行数据通信，若是，则执行S1403。

S1403：控制车头端收发器切换至目标光通信基站，以使车头端收发器与目标光通信基站的收发器进行数据通信。

切换延时时间为车头端收发器切换至目标光通信基站所需时间，轨道列车从源光通信基站行驶至目标光通信基站；源光通信基站行驶至目标光通信基站均包括指向方向相反的第一收发器和第二收发器。

由上可知，本发明实施例扩展了基站的覆盖范围，减少了无线光通信基站的架设数目，有效降低了投资成本；降低了基站之间的切换频率，提高了列车与基站的连通时间，保证了列车通信的连续性，从而有效的提升了轨道列车的通信性能。

本发明实施例还针对轨道交通通信方法提供了相应的实现装置，进一步使得所述方法更具有实用性。下面对本发明实施例提供的轨道交通通信装置进行介绍，下文描述的轨道交通通信装置与上文描述的轨道交通通信方法可相互对应参照，该装置具体可包括：

信号接收判断模块，用于判断轨道列车的车头端收发器是否接收到目标光通信基站发送的光信号。轨道列车从源光通信基站行驶至目标光通信基站；源光通信基站行驶至目标光通信基站均包括指向方向相反的第一收发器和第二收发器。

数据持续通信判断模块，用于当车头端收发器接收到目标光通信基站发送的光信号，判断轨道列车的车尾端收发器在切换延时时间内是否与源光通信基站的收发器进行数据通信。切换延时时间为车头端收发器切换至目标光通信基站所需时间。

基站切换模块，用于当轨道列车的车尾端收发器在切换延时时间内始终与源光通信基站的收发器进行数据通信，则控制车头端收发器切换至目标光通信基站，以使车头端收发器与目标光通信基站的收发器进行数据通信。

本发明实施例所述轨道交通通信装置的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

本发明实施例还提供了一种轨道交通通信设备，具体可包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行计算机程序以实现如上任意一实施例所述轨道交通通信方法的步骤。

本发明实施例所述轨道交通通信设备的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有轨道交通通信程序，所述轨道交通通信程序被处理器执行时如上任意一实施例所述轨道交通通信方法的步骤。

本发明实施例所述计算机可读存储介质的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的一种轨道交通通信方法、装置及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种轨道交通通信系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的轨道交通通信系统，其特征在于，所述第三收发器和所述第四收发器设置在所述轨道列车的车顶。

3.根据权利要求2所述的轨道交通通信系统，其特征在于，所述第三收发器和所述第四收发器分别设置在所述轨道列车的首尾两端。

4.根据权利要求3所述的轨道交通通信系统，其特征在于，所述第一收发器有多个，所述第二收发器有多个，所述第三收发器有多个，所述第四收发器有多个。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的轨道交通通信系统，其特征在于，所述第一收发器、所述第二收发器、所述第三收发器和所述第四收发器均为FSO收发器，所述第三收发器和所述第四收发器通过激光光束与所述第一收发器和所述第二收发器进行数据通信。

6.根据权利要求5所述的轨道交通通信系统，其特征在于，所述第一FSO收发器、所述第二FSO收发器、所述第三FSO收发器和所述第四FSO收发器均具有宽光束激光器。

7.根据权利要求5所述的轨道交通通信系统，其特征在于，各光通信基站的最大覆盖长度为：

使得：L_e≥L_t+vT；

8.根据权利要求1-4任意一项所述的轨道交通通信系统，其特征在于，相邻的第一光通信基站和第二光通信基站间的中间暗区区域的长度不大于预设距离，所述预设距离为所述第四收发器从一接收到所述第二光通信基站的第二覆盖区域对应的收发器的信号便切换至所述第二光通信基站成功的时间，与所述第三收发器断开与第一光通信基站的第一覆盖区域对应的收发器通信的时间为同一时刻对应的距离，所述第一覆盖区域和所述第二覆盖区域位于所述中间暗区区域的两侧。

9.一种轨道交通通信方法，其特征在于，包括：

10.一种轨道交通通信装置，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求9所述轨道交通通信方法的步骤。