CN113330640A - 通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在至少一辆车辆(4；5)与位置固定的基站(6)之间进行通信的通信系统，所述至少一辆车辆沿预定的运动轨迹行驶，所述通信在使用与车辆(4；5)的运动轨迹并行延伸的缝隙波导(1)的情况下进行，至少一个与所述位置固定的基站(6)的发送接收设备(10；11；12)连接的天线(16A，16B；17A，17B；18A，18B)和所述车辆(4；5)的至少一个天线(21A，21B；22A，22B)伸入所述缝隙波导，其中当所述车辆(4；5)运动时，所述车辆(4；5)的天线(21A，21B；22A，22B)沿所述缝隙波导(1)的纵向方向运动，所述缝隙波导(1)包括至少两个分别由空隙(7；8；9)彼此隔开的部段(1A；1B；1C；1D)，为所述缝隙波导(1)的每个部段(1A；1B；1C；1D)设置有至少一个伸入相应部段(1A；1B；1C；1D)的天线(16A，16B；17A，17B；18A，18B)，两个彼此相邻的、伸入所述缝隙波导(1)的不同部段(1A；1B；1C；1D)的天线(16A，16B；17A，17B；18A，18B)分别经由耦合设备(13；14；15)不仅与所述位置固定的基站(6)的公共的发送接收设备(10；11；12)耦合、而且彼此耦合。

Description

通信系统

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的通信系统。

背景技术

这种通信系统例如从DE102013002227B4已知。其实现了在沿着预定运动轨迹行驶的车辆与位置固定的基站之间以高带宽和高抗干扰性进行通信。相应地将天线布置在车辆上，使得天线穿过缝隙伸入缝隙波导的空腔中并且能在车辆行驶时接收和/或发射沿波导传播的电磁波。位置固定的基站的相应天线布置在缝隙波导的一端。

在这种系统中，通信的有效范围受到电磁波沿缝隙波导传播的衰减的限制。另外，较长长度的缝隙波导必须由多个部段组装，因而在温度变化时由于热力学的长度变化而引起形变的问题。

发明内容

因此本发明的目的是，为所述类型的通信系统提出一种实现远距离通信的有利解决方案，其即使对于较长的车辆运动轨迹也能实现可靠的通信。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的通信系统来实现。在从属权利要求中给出了有利的设计方案。

根据本发明，在沿预定的运动轨迹行驶的车辆与位置固定的基站之间在使用与车辆的运动轨迹并行延伸的缝隙波导的情况下进行通信的通信系统中，至少一个连接到车辆发送接收设备的天线和至少一个连接到位置固定的基站的发送接收设备的天线伸入缝隙波导，其中当车辆运动时，所述车辆的天线沿所述缝隙波导的纵向方向运动，该缝隙波导包括至少两个分别由空隙彼此隔开的部段，为所述缝隙波导的每个部段设置有至少一个伸入相应部段中的天线，两个彼此相邻的、伸入所述缝隙波导的不同部段中的天线分别经由耦合设备不仅与所述位置固定的基站的公共的发送接收设备耦合、而且彼此耦合。

缝隙波导各部段之间的空隙允许各个部段的热力学长度变化，并且通过在每个部段中各布置一相应的天线，发送接收设备可以与车辆在两个部段的区域中通信。另外，两个部段彼此经由耦合设备的耦合使得部段之间的空隙被桥接，并且实现了跨越空隙从一个部段到另一部段的通信。这对于不受干扰的通信尤其重要，因为车辆的发送接收设备必须能够从其他车辆的发送接收设备接收发射信号，以便认识到与自己的发射信号的冲突或从一开始就避免该冲突。

在有利的第一实施方式中，耦合设备包括具有输入连接部和两个输出连接部的互易性的无功双路功分器/电抗双路功分器，其中所述输入连接部连接到所述发送接收设备，输出连接部分别连接到所述天线之一。在此，输入连接部和输出连接部指示出传递方向，在该传递方向上，馈入的功率被分为两个较低的部分功率，但是其中的传递行为是互易的。

替代地，在有利的第二实施方式中，耦合设备具有互易性的双路功分器和两个互易性的双路定向耦合器，其中所述定向耦合器的输入连接部分别与天线之一连接，每个定向耦合器的输出连接部分别与另一定向耦合器的相应输出连接部连接，每个定向耦合器的另一输出连接部分别与功分器的输出连接部之一连接，功分器的输入连接部与发送接收设备连接。在此，在功分器和定向耦合器中输入连接部和输出连接部也指示出将馈入的功率分为两个较低的部分功率的传递方向，但其中传递行为也是互易的。

特别有利地，在第二实施方式中使用的功分器的一种形式是威尔金森功分器。也可以有利地由两个分别在输出连接部处彼此连接的双路定向耦合器组成具有四个外部连接部的结构单元。

在耦合设备的两个实施方式中使用的功分器优选是对称的，即，在输入端馈入的功率在两个输出端被分成两个相等的部分功率，但其中由于不可避免的损耗，部分功率分别小于馈入功率的一半。当应当被分配发送接收设备所输出的功率的缝隙波导部段的长度相同时，使用对称的功分器是特别有利的。在相反的传递方向上，当在其中一个输出连接部处馈入信号时，与在哪个输入连接部馈入无关，在输入连接部处可得的馈入功率的比例都是相同的。

在耦合设备的有利的第三实施方式中，耦合设备包括具有分支连接部和两个直通连接部的互易性的双路分接器，其中所述分支连接部连接到发送接收设备，所述直通连接部分别与所述天线之一连接。分接器的特别优点在于，两个直通连接部之间的低插入衰减，这对于缝隙波导不同部段中的两个天线的低衰减耦合、进而对于将信号从一个部段直接传递到另一部段是特别有利的。

在耦合设备的第三实施方式中，分接器优选是对称的，即在分支连接部处馈入信号时，馈入的功率以相等的比例耦合到两个直通连接部中的每个，其中这里发生损耗，从而两个直通连接部处的可用功率基本上都低于馈入的功率的一半。当应当被分配发送接收设备输出的功率的缝隙波导部段的长度相同时，使用对称的分接器是特别有利的。在相反的传递方向上，当在其中一个直通连接部处馈入信号时，与在哪个直通连接部处馈入无关，在分支连接部处可用的馈入功率的比例都是相同的。

本发明不限于由两个部段组成的缝隙波导，而当缝隙波导具有分别被空隙彼此间隔开的多个部段，并且设置了多个发送接收设备时，本发明是特别有用的，每个发送接收设备经由分配给它的一个耦合设备连接到两个分别伸入缝隙波导的不同部段的天线。即根据本发明，还可以实现具有非常长的车辆运动轨迹的运输系统的非常长的传递路径。

如果缝隙波导由多个部段组成，并相应地设置了位置固定的基站的多个不同的发送接收设备，则它们也可以至少部分地经由不同的通道与车辆的发送接收设备通信。由于单个部段经由耦合设备直接连接，也可以经由缝隙波导不同部段之间的空隙在固定发送接收设备与车辆的发送接收设备之间传递信号，车辆位于缝隙波导另一部段的区域，固定发送接收设备的天线不伸入缝隙波导的该另一部段中。从而使得跨越缝隙波导的部段的边界的不同通道中的同时通信成为可能。

附图说明

下面参考附图描述本发明的实施例。这里示出

图1示出缝隙波导的示意性横截面图连同伸入缝隙波导中的天线，

图2示出根据图1的缝隙波导的示意性纵截面图连同根据本发明的通信系统的其他部件的框图，

图3示出适合作为耦合设备的无功双路功分器的电路符号，

图4示出两个定向耦合器和一个双路功分器的适合作为耦合设备的组合的框图，

图5示出适合作为耦合设备的双路分接器的电路符号。

具体实施方式

图1示出了缝隙波导1的示意性横截面图，其中示出了在现有技术中如何在通信系统中使用该缝隙波导，该通信系统用于在沿预定运动轨迹行驶的车辆4和5(图2)与位置固定的基站6之间和/或在多个这种车辆4和5相互之间进行通信。车辆的天线3穿过缝隙2伸入缝隙波导1中，以便发射和接收沿缝隙波导1传播的电磁波。当车辆4或5沿其预定运动轨迹运动时，天线3与该车辆一起在缝隙波导1的纵向方向上运动。尤其是可以由轨道来沿设置的路线引导车辆4或5行驶。

如图2所示，缝隙波导1由多个独立的部段1A、1B、1C和1D组成，所述多个独立的部段分别由空隙7、8或9相互隔开。空隙7至9是必要的，因为缝隙波导1所具有的长度使其不能以单件的形式实现，必须允许部段1A至1D在温度变化时分别改变其长度。由于缝隙波导1的总长度很大，位置固定的基站6连接到多个以下称为收发器的发送接收设备10、11和12，它们布置为沿着缝隙波导1分布。每个收发器10至12经由耦合设备13或14或15连接到两个天线16A和16B或17A和17B或18A和18B，它们分别伸入缝隙波导1的两个相邻部段1A和1B或1B和1C或1C和1D之一中。因此，信号可以从收发器10经由耦合设备13输入到部段1A和1B，或者来自这些部段1A和1B的信号可以经由耦合设备13输出到收发器10。对于部段1B和1C、收发器11和耦合设备14以及对于部段1C和1D、收发器12和耦合设备15，也是如此。

车辆4和5同样分别配备有以下称为收发器的发送接收设备19或20，所述发送接收设备分别具有两个天线连接部，并经由这些连接部连接到两个天线21A和21B或22A和22B。天线21A和21B以及天线22A和22B彼此间在缝隙波导1的纵向方向上分别相距一定的距离，该距离大于空隙7至9的宽度，使得在车辆4或5的任意可能的位置中，总是有车辆两个天线21A或21B或22A或22B之一伸入缝隙波导1的部段1A至1D中的一个，进而为发射和接收准备就绪。

借助于上述构造，与车辆4和5的当前位置无关地，在任意时刻在位置固定的基站6与车辆4之间的双向通信都能经由三个收发器10至12中的至少一个、耦合设备13至15之一和六个固定天线16A至18B之一以及车辆侧天线21A或21B之一与收发器19来实现。有意义地，这同样适用于位置固定的基站6和车辆5之间的双向通信，在车辆侧天线22A或22B之一和收发器20参与通信。2122

根据本发明，固定的耦合设备13不仅使收发器10与分配给它的天线16A和16B连接，而且还使分别伸入缝隙波导1的彼此邻近的部段1A和1B之一中的天线16A和16B彼此连接。后者也有意义地适用于耦合设备14和部段1B和1C以及耦合设备15和部段1C和1D。即耦合设备13至15同时也桥接空隙7至9，使得能够沿着缝隙波导1经由其部段1A至1D之间的空隙7至9贯通地传递信号。应当理解，耦合设备13至15在连接到它们的天线16A和16B或17A和17B或18A和18B之间分别引起一定的插入衰减。然而，与没有耦合设备7至9时空隙7至9会导致的衰减相比，这是非常低的。

任一耦合设备13至15的一种可能的实现方式是无功双路功分器23，也称为分配器，其本身属于现有技术。在图3中示出了这种无功双路功分器23的电路符号。它按照预定的分配比将在其输入连接部A1处馈入的信号功率分配到输出连接部A2和A3，但是吸收了一部分馈入的功率。在对称功分器的情况下，所述分配比为1：1。在相反的运行方向上，它充当组合器，并在连接部A1处使在连接部A2和A3输入的信号功率被组合在一起。

任一耦合设备13至15的可能的第二实施方式是图4中所示的两个定向耦合器24和25的组合，它们同样属于现有技术，并具有双路功分器26。定向耦合器24将一个输入连接部B1直接连接到一个输出连接部B2，并且以低衰减将该输入连接部B1耦合到第二输出连接部B3，但是输出连接部B2和B3彼此不耦合。对于第二定向耦合器25，输入连接C1和输出连接部C2和C3同样如此设置。为了根据本发明实现耦合设备13至15中的一个，两个定向耦合器的输出连接部B2和C2彼此连接，而另一输出连接部B3和C3则分别与双路功分器26的输出连接部D2和D3连接。根据本发明，功分器26的输入连接部D1连接到收发器13至15之一，并且定向耦合器24和25的输入连接部B1和C1分别连接到天线16A和16B、或17A和17B或18A和18B之一。

由于定向耦合器24和25以及功分器26的互易性，图4的互连原则上沿两个传递方向同样起作用，即既用作功分器又用作组合器。代替两个独立的定向耦合器24和25的互连，也可以使用具有四个连接部B1、B3、C1和C3的定向耦合器27，其提供相同的功能并且已经以结构单元的形式实施。这在图4中用虚线边框标记。在该变型中，功分器26的两个输出连接部D2和D3不应当彼此耦合，因为定向耦合器24和25的输入连接部B1和C1之间的耦合已经经由它们彼此直接连接的输出连接部B2和C2建立了。因此，在该变型中，代替无功功分器23，更适合的功分器26是两个输出连接部彼此不耦合的功分器，特别是诸如威尔金森功分器。

任一耦合设备13至15的可能的第三实施方式是双路分接器28，其同样属于现有技术。图5示出这样的双路分接器28的电路符号，它以预定比例将在其分支连接部E1处馈入的信号功率的一部分耦合到直通连接部E2和E3。使用对称分接器时，该比例为1：1。在相反的运行方向上，它将输入到直通连接部E2和E3的信号功率的一部分分别耦合到连接部E1。分支连接部E1与每个直通连接部E2和E3的耦合都伴有相当大的衰减，但直通连接部E2和E3却以相对较低的衰减彼此耦合。

耦合设备13至15的三个变型方案在收发器连接部与天线连接部之间的插入衰减方面以及在天线连接部彼此之间的插入衰减方面明显不同。通常，在双路分接器28中，天线连接部E2和E3之间的插入衰减最低，而在无功双路功分器23中，收发器连接部A1与天线连接部A2和A3之间的插入衰减最低。在两个定向耦合器24和25与双路功分器26组合的情况下，天线连接部B1和C1之间的插入衰减通常低于单独的无功双路功分器23的情况，但是高于双路分接器28，并且收发器连接部D1与天线连接部B1和C1之间的插入衰减高于其他两个变型。

应该在考虑权衡不同要求的情况下来选择变型方案。如果在缝隙波导1的相邻部段之间尽可能低的插入衰减至关重要，那么双路分接器表现为最优方案，并且两个定向耦合器与功分器的组合表现为次优的解决方案。在缝隙波导1的部段1A至1D的长度不同的情况下，虽然耦合设备13至15的非对称功率分配比可能是有利的，但一般情况下有利的是：将部段1A至1D的长度选择为全部相等并且相应地将耦合设备13至15设置为具有对称的功率分配。

如果希望在不同的固定收发器与不同的车载收发器之间经由不同的通道进行通信，其中通道表现为特定宽度的频带，则在耦合设备13至15的天线连接部之间的低插入衰减特别重要。例如，在图2的配置中，可以期望收发器11经由第一通道X与收发器20通信，并且收发器12经由第二通道Y与收发器19通信，为此，通道X上的信号必须经由空隙9被传递，并且通道Y上的信号必须经由空隙8被传递，为此，期望天线17A和17B之间或天线18A和18B之间的耦合设备14和15的插入衰减很低。

Claims (10)

1.一种用于在至少一辆车辆(4；5)与位置固定的基站(6)之间进行通信的通信系统，所述至少一辆车辆沿预定的运动轨迹行驶，所述通信在使用与车辆(4；5)的运动轨迹并行延伸的缝隙波导(1)的情况下进行，至少一个与所述位置固定的基站(6)的发送接收设备(10；11；12)连接的天线(16A，16B；17A，17B；18A，18B)和所述车辆(4；5)的至少一个天线(21A，21B；22A，22B)伸入所述缝隙波导，其中当所述车辆(4；5)运动时，所述车辆(4；5)的天线(21A，21B；22A，22B)沿所述缝隙波导(1)的纵向方向运动，

其特征在于，所述缝隙波导(1)包括至少两个分别由空隙(7；8；9)彼此隔开的部段(1A；1B；1C；1D)，为所述缝隙波导(1)的每个部段(1A；1B；1C；1D)设置有至少一个伸入相应部段(1A；1B；1C；1D)中的天线(16A，16B；17A，17B；18A，18B)，两个彼此相邻的、伸入所述缝隙波导(1)的不同部段(1A；1B；1C；1D)中的天线(16A，16B；17A，17B；18A，18B)分别经由耦合设备(13；14；15)不仅与所述位置固定的基站(6)的公共的发送接收设备(10；11；12)耦合、而且彼此耦合。

2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，耦合设备(13；14；15)包括具有输入连接部(A1)和两个输出连接部(A2、A3)的互易性的无功(reaktiv)的双路功分器(23)，其中所述输入连接部(A1)连接到所述发送接收设备(10；11；12)，输出连接部(A2、A3)分别连接到所述天线(16A，16B；17A，17B；18A，18B)之一。

3.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述耦合设备(13；14；15)具有互易性的双路功分器(26)和两个互易性的双路定向耦合器(24；25)，其中所述定向耦合器(24；25)的输入连接部(B1；C1)分别与天线(16A，16B；17A，17B；18A，18B)之一连接，每个定向耦合器(24；25)的输出连接部(B2；C2)分别与另一定向耦合器(25；24)的相应输出连接部(C2；B2)连接，每个定向耦合器(24；25)的另一输出连接部(B3；C3)分别与功分器(26)的输出连接部(D2，D3)之一连接，功分器(26)的输入连接部(D1)与发送接收设备(10；11；12)连接。

4.根据权利要求3所述的通信系统，其特征在于，功分器(26)是威尔金森功分器。

5.根据权利要求3或4所述的通信系统，其特征在于，两个分别在输出连接部(B2；C2)处彼此连接的双路定向耦合器(24；25)组成具有四个外部连接部(B1、B3、C1、C3)的结构单元(26)。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的通信系统，其特征在于，功分器(23；26)是对称的。

7.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，耦合设备(13；14；15)包括具有分支连接部(E1)和两个直通连接部(E2、E3)的互易性的双路分接器(28)，其中所述分支连接部(E1)连接到发送接收设备(10；11；12)，所述直通连接部(E2、E3)分别与所述天线(16A，16B；17A，17B；18A，18B)之一连接。

8.根据权利要求7所述的通信系统，其特征在于，所述分接器(28)是对称的。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述缝隙波导(1)具有分别由空隙(7；8；9)彼此隔开的多个部段(1A；1B；1C；1D)，设置有位置固定的基站(6)的多个发送接收设备(10；11；12)，其中每个发送接收设备经由分配给它的耦合设备(13；14；15)与分别伸入缝隙波导(1)不同部段(1A；1B；1C；1D)中的两个天线(16A，16B；17A，17B；18A，18B)相连接。

10.根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，所述位置固定的基站(6)的不同发送接收设备(10；11；12)至少部分地经由不同的通道与车辆(4；5)的发送接收设备(19；20)通信。

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