CN111225359A - 磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法 - Google Patents

磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法，属于地面交通车地通信技术领域。首先部署包括宏站、宏站交换机以及若干CCS在内的宏站端基础设施，在每个CCS覆盖范围内等间隔分散部署若干RAU，每个CCS配置的天线都采用分布式结构，通过DRoF拉远；然后部署包括车载中继站ORS、车载交换机和若干列车运控设备在内的列车端基础设施。各列车运控设备的数据汇集到车载中继站ORS统一进行处理；ORS通过DRoF连接着车载天线单元，并且车载天线单元置于列车的首部和尾部，实现分集接收。最后构建宏站端基础设施与列车端基础设施的通信场景，完成双向通信链路的数据传输；本发明增大了小区的覆盖范围，避免磁悬浮列车在高速行进过程中的频繁切换；功率损耗很低。

Description

磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法
技术领域
本发明属于地面交通车地通信技术领域，具体是一种磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法，用以增大车地通信覆盖范围，避免频繁切换，提升高速移动场景下的车地通信鲁棒性。
背景技术
磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具，日本于2015年在山梨试验线创下了603km/h的超导磁悬浮最新时速记录。不论是传统轮轨列车，还是更快速的磁悬浮列车，列车与地面控制中心之间的通信都十分重要，必须要保证列控数据能够实时、可靠地传输。磁悬浮列车的高移动速度无疑给车地通信系统的设计带来困难，多普勒扩展、越区切换频繁都会对信号的接收产生不利影响。
现有的铁路通信标准包括GSM-R(Global System for Mobile Communications-Railway)、LTE-R(Long Term Evolution-Railway)等，GSM-R在全世界的普及度很高，小区覆盖范围为8km，下行/上行峰值传输速率为172/172kbps，可支持的列车最高移动速度不超过500km/h，越区切换采取硬切换的方式，有一定存在切换失败的几率；LTE-R已经完成了频段的划分，目前尚未在世界普及，小区覆盖范围在4～12km之间，下行/上行理论上峰值传输速率为50/10Mbps，理论上可支持的列车最高移动速度也是不超过500km/h，越区切换采取软切换的方式，切换成功率可达99.9％以上；参考文献1：R.He et al.High-Speed RailwayCommunications:From GSM-R to LTE-R[J],IEEE Vehicular Technology Magazine,vol.11,no.3,pp.49-58,Sept.2016。
GSM-R的优势在于技术成熟、业务覆盖广，包括列车调度通信、牵引变电调度通信、应急通信和道口通信等，能够较好满足列车通信需求，但公共通信网络的潜在增长会对GSM-R的通信频段产生严重干扰，并且GSM-R信道容量低、传输速率慢，无法满足更加多样性的车地通信业务；LTE-R的优势在于，使用了复用和调制方式(正交频分复用OFDM/正交相移键控QPSK)，提高了吞吐量和频谱效率，虽然没有广泛使用，但是已经是较为完善的成型系统，且提供了与GSM-R的标准化互通机制，但困境在于，OFDM对多普勒频移十分敏感，即便采用频偏估计与补偿技术，支持的列车运行速度也不超过500km/h。
随着移动通信技术的发展，低频段已经接近饱和，需要使用高频段通信来满足吞吐量的需求，这也意味着蜂窝基站覆盖的小区半径越来越小，根据弗里斯自由空间传输公式，通信频段越高，电磁波在自由空间传播的衰减就越大。对于更高频段的通信场景，若在基站端设置一根天线进行发送接收，不对天线的发射功率和发射增益进行特殊设计，那么一个基站的覆盖半径将会十分小，当列车高速行驶时，会引发极其频繁的越区切换，这样会导致通信链路极不稳定，系统鲁棒性急剧降低。
现在高铁是直接与地面基站通信，并且移动速度较快，越区切换频繁，失败率高，所以高铁上的通信服务质量很差，经常连不上网，打不了电话。如果磁悬浮列车使用与高铁一样的通信制式，那么通信链路会更加不稳定。超导磁悬浮技术可以大大减低摩擦阻力，未来磁悬浮列车的运行速度一定会高于500km/h，甚至可能达到1000km/h量级，为了提高越区切换的成功率，提高车地通信的鲁棒性，急需磁悬浮列车车地通信基础设施部署。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法，以“分布式天线+车载中继站”的技术路线设计了宏站端与磁悬浮列车端的基础设施部署，提高越区切换的成功率和车地通信的鲁棒性；以建设专网的形式实现车地通信，选用合适的高频段，以提升数据的吞吐量。
具体步骤如下：
步骤一、部署包括宏站、宏站交换机以及若干中心控制站(Central ControlStation，CCS)在内的宏站端基础设施；
宏站通过宏站交换机，与若干CCS通过光缆相连；各CCS之间由光缆连接，宏站和所有CCS共同构成一个局域网，以数字信号的形式进行数据传输。
针对相向而行的两辆列车，两辆列车的中心线上空等间隔部署若干CCS，同时服务相向而行的列车；
在每个CCS覆盖范围内等间隔分散部署若干RAU(远端天线单元)，每个CCS配置的天线都采用分布式结构，通过DRoF(数字光载无线通信链路)拉远；
RAU配备有数模转换器、上变频模块、功率放大器、模数转换器、下变频模块、低噪放大器和天线。
步骤二、部署包括车载中继站ORS、车载交换机和若干列车运控设备在内的列车端基础设施；
各列车运控设备通过光纤和车载交换机相连，将列控类数据汇集到车载中继站ORS，由ORS统一进行处理；ORS通过DRoF连接着车载天线单元，作为单站与CCS的分布式RAU建立双向通信链路，并且车载天线单元置于列车的首部和尾部，实现分集接收。
步骤三、构建宏站端基础设施与列车端基础设施的通信场景，完成双向通信链路的数据传输；
双向通信链路的数据包括：列车控制安全类数据和面向乘客的非安全类数据。
列车控制安全类数据包括运行控制系统通信数据，运行语音通信数据和安全监控及监测数据等。
运行控制系统通信数据包括：列车速度与位置监测数据、列车自动运行和自动防护数据等；
运行语音通信数据包括：列车人员与指挥控制中心的联络数据；
安全监控及监测数据包括：设备故障诊断与监控数据、列车状态监控数据和轨道环境监测数据等；
非安全类数据包括互联网、在线办公、旅客在途语音和视频等数据传输。
安全类数据和非安全类数据的传输都包括从ORS→CCS→宏站的上行传输和从宏站→CCS→ORS的下行传输；
针对安全类数据上行传输的具体步骤为：
步骤1，ORS通过车载交换机采集列车驾驶室内的所有列车运控设备的数据，形成基带数字信号，进行编码和调制，数字上变频为数字中频信号传输给DRoF链路；
步骤2，DRoF链路将数字中频信号传输至列车首尾的车载天线单元。
步骤3、车载天线单元将接收到的数字中频信号通过数模转换器形成波形，再进行上变频处理形成射频信号，进行功率放大后发射出去；
步骤4，CCS的天线接收射频信号后通过低噪放大和下变频处理，将射频信号下变频为中频信号，使用模数转换器处理成数字中频信号，经由DRoF链路传输至CCS；
步骤5，CCS对数字中频信号再进行下变频处理，解调和解码，将基带数字信号恢复出来，通过光缆传回宏站，宏站会对运控设备的数据计算分析，并对列车下达相关指令。
针对安全类数据下行传输的具体步骤为：
步骤I，宏站将指令进行数字化处理，形成基带数字信号，通过光缆发送给距离列车最近的CCS；
CCS收到基带数字信号后，进行编码、调制和上变频到数字中频信号，通过DRoF链路传输至该CCS下的所有天线单元；
步骤II，该CCS的各天线单元分别将数字中频信号通过数模转换器形成波形，再进行上变频处理，通过功率放大器，形成射频信号发射出去；
步骤III，列车首尾的车载天线单元收到射频信号，分别通过低噪放大和下变频处理，经模数转换器得到数字中频信号，经由DRoF链路传输至ORS；
步骤IV，ORS对数字中频信号进行下变频处理，解调和解码，将基带数字信号恢复出来，分析出宏站的指令，再通过车载交换机分配给相应的列车运控设备。
针对非安全类数据的上行传输具体步骤为：
步骤a，在列车的每一个车厢都设置一个无线接入点，汇集本车厢所有用户终端的数据，车载交换机将所有车厢的所有数据汇集到ORS进行处理，并经DRoF链路传输至列车首尾的车载天线单元；
ORS的处理包括：将所有车厢的所有数据转换成基带数字信号，再进行编码、调制和数字上变频处理，形成数字中频信号。
步骤b，车载天线单元使用数模转换器将数字中频信号形成波形，再进行上变频处理，形成射频信号，通过功率放大器发射出去；
步骤c，CCS的天线接收到射频信号后，通过低噪放大和下变频处理，将射频信号下变频为中频信号，使用模数转换器，转化为数字中频信号，通过DRoF链路传输至CCS；
步骤d，CCS对数字中频信号进行下变频处理，解调和解码，将基带数字信号恢复出来，通过光缆传回宏站，再接入公共电信网；
针对非安全类数据的下行传输具体步骤为：
步骤1，宏站接收公共电信网发送过来的数据，进行数字化处理，形成基带数字信号，通过光缆发送给距离列车最近的CCS进行处理，经过DRoF链路传输至该CCS下的所有RAU；
距离列车最近的CCS收到基带数字信号后，对其进行编码、调制和数字上变频，得到数字中频信号。
步骤2，该CCS的各天线单元分别将数字中频信号通过数模转换器形成波形，经过上变频处理形成射频信号，再经过功率放大从天线发射出去；
步骤3，列车首尾的车载天线单元收到射频信号，各自通过低噪放大和下变频处理，通过模数转换器将射频信号下变频为中频信号，再通过模数转换器形成数字中频信号，再经由DRoF链路传输至ORS；
步骤4，ORS对数字中频信号再进行下变频处理，解调和解码，将基带数字信号恢复出来，再通过车载交换机分发给各个车厢的无线接入点，从而与用户终端建立连接，服务旅客。
本发明的优点在于：
1)、一种磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法，分布式天线结构增大了小区的覆盖范围，避免磁悬浮列车在高速行进过程中的频繁切换；
2)、一种磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法，使用DRoF技术传输信号，即使在没有中继的情况下也可以传输很长距离，功率损耗很低；
3)、一种磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法，由于DRoF将射频信号转为光信号传输，因此避免了射频传输过程中受到其它电磁信号的干扰；
4)、一种磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法，大部分数据处理都集中在CCS，便于集中式管理，有效提高了管理效率。
附图说明
图1是本发明一种磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法的流程图；
图2是本发明构建的宏站端基础设施与列车端基础设施的通信场景示意图；
图3是本发明列车端基础设施中车载天线设计示意图；
图4是本发明中基于DRoF技术的分布式天线系统结构示意图；
图5是本发明当飞车并在两个CCS的覆盖重叠区时发生的越区切换示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明一种磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法，不仅可应用于列车控制等安全类数据的传输场景，也可应用于面向乘客的高吞吐量非安全类数据的传输场景；本实施例主要展开叙述列控安全类数据的传输场景。
所述的通信基础设施部署方法，如图1所示，具体步骤如下：
步骤一、部署包括宏站、宏站交换机以及若干CCS(中心控制站)在内的宏站端基础设施；
如图2所示，宏站通过宏站交换机，与若干CCS通过光缆相连；
各CCS等间隔部署在两排轨道中间上空，同时服务相向而行的列车；同时在每个CCS覆盖范围内等间隔40km，分散部署若干RAU(远端天线单元)，每个CCS配置的天线都采用分布式结构，通过数字光载无线通信链路(Digital Radio over Fiber，DRoF)拉远，增大每个CCS的覆盖范围，降低越区切换频率；各CCS之间由光缆连接，宏站和所有CCS共同构成一个局域网，以数字信号的形式进行数据传输。
步骤二、部署包括车载中继站ORS、车载交换机、RAU和若干列车运控设备在内的列车端基础设施；
如图2所示，列车驾驶室内的各运控设备通过光纤和车载交换机相连，将列控类数据汇集到车载中继站(Onboard Relay Station，ORS)，由ORS统一进行处理；车载中继站ORS连接着车载天线单元，作为单站与CCS的分布式天线建立双向通信链路，可以避免多个列控设备与CCS直接通信所造成的群切换，并且车载天线单元置于列车的首部和尾部，避免磁悬浮列车厢体的穿透损耗，实现分集接收。
ORS与宏站下CCS之间通过天线进行通信，车载天线发送列车端的数据，所处CCS下的所有天线都能收到。只有距离ORS最近的两根天线接收到的信号强度是最大的，其他天线由于距离远，接收到的信号强度弱一些。每根天线接收到的信号衰落特性不同，所以CCS收到的是叠加后的信号，即分集接收。
如图3所示，本发明将车载天线设计为两部分，一是位于车首的前天线，二是位于车尾的后天线，相隔距离为一整列车的长度，约160m，构成双天线，实现发送和接收的空间分集，都通过DRoF链路与ORS相连。前天线单元和后天线单元各包含一根天线，都能同时发送和接收，实现分集。
从空间衰落来看，前后天线是独立衰落的，因此可以起到接收分集作用。
以前天线单元为例，天线通过频分复用的方式，以f1、f2、f3、f4的频率接收来自CCS的信号，同时以f5的频率向CCS下的RAU发送数据；后天线单元也通过频分复用的方式，以f1、f2、f3、f4的频率接收来自CCS的信号，同时以f6的频率向CCS下的RAU发送数据，ORS会对前后天线分集接收的信号进行合并，改善接收信噪比。
在执行越区切换的过程中，后天线单元负责保持与服务CCS的双向通信链路，保证列控数据传输不中断。而前天线单元负责与服务CCS和目标CCS之间的切换控制类数据包的传输。
本发明将12GHz作为自由空间传播的通信频率。
以安全类数据传输为例，为了避免相邻RAU之间的干扰，对于CCS到车载中继站的下行场景，CCS下的各RAU按序依次在f1、f2、f3、f4四个不同的频点发送数据，也就是说，第5个RAU又使用f1的频点发送数据；
对于车载中继站到CCS的上行场景，列车的前后天线分别以f5、f6的频点发送数据，以避免干扰。综上，在同一个CCS的服务范围内，每辆列车需要6个工作频率，相向而行的两辆列车需要12个工作频率。
非安全类数据传输同理，下行时，CCS下的各RRU按序依次在F1、F2、F3、F4四个不同的频点发送数据；上行时，列车的前后天线分别以F5、F6的频点发送数据。在同一个CCS的服务范围内，每辆列车需要6个工作频率，相向而行的两辆列车需要12个工作频率。
上述频点都在12GHz附近。
磁悬浮列车需要与最近的CCS保持无线连接，ORS的作用，对于上行来讲，是汇集列车上各个设备的数据信息，与CCS建立通信链路；对于下行来讲，需要将接收到的CCS数据、指令等分发给列车的各个设备。ORS需要对数据进行信号处理。
步骤三、构建宏站端基础设施与列车端基础设施的通信场景，完成双向通信链路的数据传输；
双向通信链路的数据包括：列车控制安全类数据和面向乘客的非安全类数据。
列车控制安全类数据包括运行控制系统通信数据(列车速度与位置监测数据、列车自动运行、自动防护数据等)，运行语音通信数据(列车人员与指挥控制中心的联络数据)，安全监控及监测数据(设备故障诊断与监控数据、列车状态监控数据、轨道环境监测数据)等；
非安全类数据包括互联网、在线办公、旅客在途语音和视频等数据传输。
如图4所示，安全类数据和非安全类数据的传输都包括从ORS→CCS→宏站的上行传输和从宏站→CCS→ORS的下行传输；
宏站与CCS所构成的局域网内，以数字信号的形式进行数据传输。以安全类数据传输为例：对于上行来讲，ORS与CCS建立通信链路，将所汇集的列车各个运控设备的数据信息传回指挥控制中心的宏站，供宏站计算分析；
上行传输的具体步骤为：
步骤1，ORS通过车载交换机采集列车驾驶室内的所有运控设备的数据，形成基带数字信号，进行编码、调制和上变频处理，得到数字中频信号经DRoF链路传输至列车首尾的车载天线。
由于DRoF链路无法承载12GHz的射频信号，所以ORS处的上变频处理是将编码调制后的数据先进行数字上变频，得到频点为1.4GHz的数字中频信号，进入DRoF链路；
步骤2，通过数模转换器形成波形，再进行上变频处理和功率放大，形成频点为f5、f6的射频信号，分别通过列车首尾的车载天线发射出去；
步骤3，CCS的天线接收到f5、f6频率的射频信号，通过低噪放大和下变频处理，将射频信号下变频为中频信号，再使用模数转换器处理成数字中频信号，经由DRoF链路传输至CCS；
步骤4，CCS对数字中频信号再进行下变频处理，并解调、解码，将基带数字信号恢复出来，通过光缆传回指挥控制中心的宏站，宏站会得到运控设备的数据，计算分析，并对列车下达相关指令。
对于下行来讲，宏站将指令发送给距离列车最近的CCS，ORS将接收到的CCS数据和指令等分发给列车的各个设备。
下行传输的具体步骤为：
步骤1，宏站将指令进行数字化处理，形成基带数字信号，通过光缆发送给距离列车最近的CCS；
CCS收到基带数字信号后，对其进行编码、调制和上变频到数字中频信号，通过DRoF链路传输至CCS下的所有天线单元；
步骤2，该CCS的各RAU将数字中频信号通过数模转换器形成波形，再进行上变频处理和功率放大，形成射频信号发射出去；
步骤3，列车首尾的车载天线收到不同RAU发送的频点为f1、f2、f3、f4的射频信号，各自通过低噪放大和下变频处理，经模数转换器处理得到数字中频信号，经由DRoF链路传输至ORS；
步骤4，ORS对数字中频信号再进行下变频处理，并进行解调和解码，将基带数字信号恢复出来，分析出宏站的指令，再通过车载交换机分配给相应的运控设备。
针对非安全类数据：对于上行来讲，ORS需要汇集所有用户终端的数据，发送给CCS，CCS传至宏站，并且宏站与外界的公共电信网连接；
值得注意的是，安全类数据和非安全类数据的传输设备需要独立配置，不能共用，比如车载交换机、ORS、车载天线、CCS、分布式天线单元、宏站、宏站交换机都是分开的；
上行传输具体步骤为：
步骤1，在列车的每一个车厢都设置一个无线接入点，汇集本车厢所有用户终端的数据，车载交换机将所有数据汇集到ORS，ORS将其处理成基带数字信号，再进行编码、调制、上变频处理，形成数字中频信号，经DRoF链路传输至列车首尾的车载天线单元；
步骤2，数模转换器将数字中频信号转换成波形，进行上变频处理，分别形成频点为F5、F6的射频信号，进行功率放大后，通过列车首尾的车载天线发射出去；
步骤3，CCS的RAU接收到频点为F5、F6的射频信号，进行低噪放大和下变频处理，将射频信号下变频为中频信号，使用模数转换器，转化为数字中频信号，通过DRoF链路传输至CCS；
步骤4，CCS对数字中频信号再进行下变频处理，并进行解调、解码，将基带数字信号恢复出来，通过光缆传回宏站；
这里的宏站相当于蜂窝基站，与外界的公共电信网连接，实现与其他基站的互联。
对于下行来讲，宏站接收公共电信网发送过来的数据，传送给CCS、ORS，ORS再通过某种制式的通信方式(如2/3/4G、WLAN)与用户终端建立连接，服务旅客。
具体步骤为：
步骤1，宏站接收公共电信网发送过来的数据，进行数字化处理，形成基带数字信号，通过光缆发送给距离列车最近的CCS，CCS收到基带数字信号后，对其进行编码、调制，上变频到数字中频信号，通过DRoF链路传输至CCS下的所有RAU；
步骤2，该CCS的各RAU分别将数字中频信号通过数模转换器形成波形，进行上变频处理，形成频点为F1、F2、F3、F4的射频信号，功率放大后通过天线发射出去；
步骤3，列车首尾的车载天线单元收到频点为F1、F2、F3、F4的射频信号，各自进行低噪放大和下变频处理，将射频信号下变频为中频信号，再通过模数转换器形成数字中频信号，经由DRoF链路传输至ORS；
步骤4，ORS对数字中频信号再进行下变频处理，并进行解调、解码，将基带数字信号恢复出来，再通过车载交换机分发给各个车厢的无线接入点，通过某种制式的通信方式(如2/3/4G、WLAN)与用户终端建立连接，服务旅客。
本发明整个磁悬浮列车通信网络共由两大部分组成：
第一部分为列车设备与ORS间的信息交互。列车驾驶室内的各个设备会通过光纤和交换机，将列控类数据快速准确汇集到ORS上，保障列控数据通信链路的强鲁棒性。
第二部分为ORS与宏站间的信息交互。列车行进过程中，ORS与最近的CCS保持双向数据传输。对于上行传输的过程，ORS会将汇聚后的列控类数据包发送给最近的CCS，CCS接收后再通过光纤链路将数据包传送至宏站交换机，进而上传至上层的宏站进行处理，所有CCS也通过光纤连接在一起。
宏站位于地面指挥控制中心，与列车相距较远，与所有CCS通过光缆相连，共同构成一个局域网，即LAN，宏站是该局域网的网关。宏站不仅仅是进行列控类数据传输的接口网关，还是负责处理信令的网元，具有对列控数据包进行路由和转发的功能，并且是整个网络的控制中心。
同样，对于下行传输的场景，宏站通过宏站交换机，将列控类数据发送至CCS，CCS接收到数据之后，将其发送给ORS。接着，ORS会通过交换机和光缆，将数据发送给列车驾驶室中的各个列控设备。
越区切换的成功率对于链路的稳定性和可靠性至关重要，为了避免频繁切换，本发明考虑使用分布式天线，通过DRoF技术进行拉远，增大每个逻辑小区的覆盖范围，在一个逻辑小区内间隔部署8～10个RAU，能够形成良好的覆盖，可以将一个CCS的服务范围增大若干倍，在同一个逻辑小区内，列车经过不同的RAU，无需进行切换，大大降低了越区切换的频率，这样便能使通信链路稳定许多。CCS与各RAU之间通过使用DRoF技术的光纤链路连接，可以传输射频信号，损耗很低，可以合理设置各RAU间的距离。相邻的CCS之间使用光缆连接，传输数字信号。
列车所处的覆盖小区所属CCS称为服务CCS，即将进入的覆盖小区所属CCS称为目标CCS。从服务CCS到某一根天线的信号传输，频段的选择考虑了市场已有设备的现状以及实际定制的难度；上行链路、下行链路分开，在不同的光纤中传输。
ORS与CCS间的通信需要车载天线完成，为了保证越区切换的可靠性，本发明给出了由ORS控制的双天线优化切换方案，用以改善车地通信系统存在的高切换中断率、信令开销大等问题。
如图5所示，设置车载中继站实现了单站切换，能够有效避免多个列控设备与服务CCS间的多路数据互传，有效避免了“信令风暴”的发生。
另外，本发明设计了基于分布式天线架构的异频切换系统。当列车即将驶离服务CCS，进入目标CCS，并在两个CCS的覆盖重叠区时，会触发越区切换，此时，ORS依旧保持与服务CCS的列控数据双向传输，车载天线收到服务CCS发送的切换控制类数据包后，便执行切换，并请求目标CCS分配信道资源。切换完成后，原服务CCS会被去激活，目标CCS成为服务CCS，同时，下一个CCS被激活。也就是说，列车行进的过程中，始终是有两个CCS在工作，已经经过的CCS会被宏站关闭。
具体地，列车运行至服务CCS与目标CCS的覆盖重叠区时，两个小区下行信号的载波频率会互相干扰，对切换不利。因此本发明设计使用异频切换的方式，即相邻小区使用不同的上下行频率，以保证切换时两个小区的数据互不干扰。列车位于重叠覆盖区时，使用f1的下行频率、f2的上行频率与服务CCS的通信，使用f3的下行频率、f4的上行频率与目标CCS建立连接。
当触发切换时，后天线依然保持与服务CCS的列车安全数据双向传输，而前天线主要负责与目标CCS进行切换控制类数据的交互。前天线切换成功后，便与目标CCS建立链路，传输安全数据，并向目标CCS申请后天线的信道资源，目标CCS允许接入后，后天线再执行切换，与前天线一同工作。
从这一过程不难看出，本系统利用了软切换，即前后天线先后切换，始终都有链路传输列控数据，可以保证越区切换时数据传输链路不中断，鲁棒性强。

Claims (7)

1.磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一、部署包括宏站、宏站交换机以及若干中心控制站在内的宏站端基础设施；
宏站通过宏站交换机，与若干CCS通过光缆相连；各CCS之间由光缆连接，宏站和所有CCS共同构成一个局域网，以数字信号的形式进行数据传输；
各CCS等间隔部署在相向而行的两辆列车之间的中心线上空；在每个CCS覆盖范围内等间隔分散部署若干RAU，每个CCS配置的天线都采用分布式结构，通过DRoF拉远；
步骤二、部署包括车载中继站ORS、车载交换机和若干列车运控设备在内的列车端基础设施；
各列车运控设备通过光纤和车载交换机相连，将列控类数据汇集到车载中继站ORS，由ORS统一进行处理；ORS通过DRoF连接着车载天线单元，作为单站与CCS的分布式RAU建立双向通信链路，并且车载天线单元置于列车的首部和尾部，实现分集接收；
步骤三、构建宏站端基础设施与列车端基础设施的通信场景，完成双向通信链路的数据传输；
安全类数据和非安全类数据的传输都包括从ORS→CCS→宏站的上行传输和从宏站→CCS→ORS的下行传输；
所述的安全类数据上行传输的具体步骤为：
步骤1)，ORS通过车载交换机采集列车驾驶室内的所有列车运控设备的数据，形成基带数字信号，进行编码和调制，数字上变频为数字中频信号传输给DRoF链路；
步骤2)，DRoF链路将数字中频信号传输至列车首尾的车载天线单元；
步骤3)，车载天线单元将接收到的数字中频信号通过数模转换器形成波形，再进行上变频处理形成射频信号，进行功率放大后发射出去；
步骤4)，CCS的天线接收射频信号后通过低噪放大和下变频处理，将射频信号下变频为中频信号，使用模数转换器处理成数字中频信号，经由DRoF链路传输至CCS；
步骤5)，CCS对数字中频信号再进行下变频处理，解调和解码，将基带数字信号恢复出来，通过光缆传回宏站，宏站会对运控设备的数据计算分析，并对列车下达相关指令；
所述的安全类数据下行传输的具体步骤为：
步骤I，宏站将指令进行数字化处理，形成基带数字信号，通过光缆发送给距离列车最近的CCS；
CCS收到基带数字信号后，进行编码、调制和上变频到数字中频信号，通过DRoF链路传输至该CCS下的所有天线单元；
步骤II，该CCS的各天线单元分别将数字中频信号通过数模转换器形成波形，再进行上变频处理，通过功率放大器，形成射频信号发射出去；
步骤III，列车首尾的车载天线单元收到射频信号，分别通过低噪放大和下变频处理，经模数转换器得到数字中频信号，经由DRoF链路传输至ORS；
步骤IV，ORS对数字中频信号进行下变频处理，解调和解码，将基带数字信号恢复出来，分析出宏站的指令，再通过车载交换机分配给相应的列车运控设备。
2.如权利要求1所述的磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法，其特征在于，所述的RAU配备有数模转换器、上变频模块、功率放大器、模数转换器、下变频模块、低噪放大器和天线。
3.如权利要求1所述的磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法，其特征在于，所述的磁悬浮列车安全类数据上行和下行传输中，列车前端的车载天线单元通过频分复用的方式，以f1、f2、f3、f4的频率接收来自CCS的信号，同时以f5的频率向CCS下的RAU发送数据；列车后端的车载天线单元也通过频分复用的方式，以f1、f2、f3、f4的频率接收来自CCS的信号，同时以f6的频率向CCS下的RAU发送数据，ORS对列车前后两端的车载天线单元分集接收的信号进行合并，改善接收信噪比；前后车载天线单元分别以f5、f6的频点发送数据，以避免干扰；所以，在同一个CCS的服务范围内，每辆列车需要6个工作频率，相向而行的两辆列车需要12个工作频率。
4.如权利要求1所述的磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法，其特征在于，步骤三中所述的双向通信链路的数据包括：列车控制安全类数据和面向乘客的非安全类数据；
列车控制安全类数据包括运行控制系统通信数据，运行语音通信数据和安全监控及监测数据；
运行控制系统通信数据包括：列车速度与
位置监测数据、列车自动运行和自动防护数据；
运行语音通信数据包括：列车人员与指挥控制中心的联络数据；
安全监控及监测数据包括：设备故障诊断与监控数据、列车状态监控数据和轨道环境监测数据；
非安全类数据包括互联网、在线办公、旅客在途语音和视频。
5.如权利要求1所述的磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法，其特征在于，所述的非安全类数据的上行传输具体步骤为：
步骤a，在列车的每一个车厢都设置一个无线接入点，汇集本车厢所有用户终端的数据，车载交换机将所有车厢的所有数据汇集到ORS进行处理，并经DRoF链路传输至列车首尾的车载天线单元；
ORS的处理包括：将所有车厢的所有数据转换成基带数字信号，再进行编码、调制和数字上变频处理，形成数字中频信号；
步骤b，车载天线单元使用数模转换器将数字中频信号形成波形，再进行上变频处理，形成射频信号，通过功率放大器发射出去；
步骤c，CCS的天线接收到射频信号后，通过低噪放大和下变频处理，将射频信号下变频为中频信号，使用模数转换器，转化为数字中频信号，通过DRoF链路传输至CCS；
步骤d，CCS对数字中频信号进行下变频处理，解调和解码，将基带数字信号恢复出来，通过光缆传回宏站，再接入公共电信网。
6.如权利要求1所述的磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法，其特征在于，所述的非安全类数据的下行传输具体步骤为：
步骤s1，宏站接收公共电信网发送过来的数据，进行数字化处理，形成基带数字信号，通过光缆发送给距离列车最近的CCS进行处理，经过DRoF链路传输至该CCS下的所有RAU；
距离列车最近的CCS收到基带数字信号后，对其进行编码、调制和数字上变频，得到数字中频信号；
步骤s2，该CCS的各天线单元分别将数字中频信号通过数模转换器形成波形，经过上变频处理形成射频信号，再经过功率放大从天线发射出去；
步骤s3，列车首尾的车载天线单元收到射频信号，各自通过低噪放大和下变频处理，通过模数转换器将射频信号下变频为中频信号，再通过模数转换器形成数字中频信号，再经由DRoF链路传输至ORS；
步骤s4，ORS对数字中频信号再进行下变频处理，解调和解码，将基带数字信号恢复出来，再通过车载交换机分发给各个车厢的无线接入点，从而与用户终端建立连接，服务旅客。
7.如权利要求5或6所述的磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法，其特征在于，所述的磁悬浮列车非安全类数据上行和下行传输中，前车载天线单元通过频分复用的方式，以F1、F2、F3、F4的频率接收来自CCS的信号，同时以F5的频率向CCS下的RAU发送数据；后车载天线单元也通过频分复用的方式，以F1、F2、F3、F4的频率接收来自CCS的信号，同时以F6的频率向CCS下的RAU发送数据，ORS对前后车载天线单元分集接收的信号进行合并，改善接收信噪比；前后车载天线单元分别以F5、F6的频点发送数据，以避免干扰；所以，在同一个CCS的服务范围内，每辆列车需要6个工作频率，相向而行的两辆列车需要12个工作频率。
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