CN113879369B - 基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法及相关装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法及相关装置，可使用有源相控阵天线进行车辆无线通信装置与地面分区无线通信装置之间的毫米波传输，由于有源相控阵天线可提供可观的空间波束增益，同时可对毫米波进行定向传输，因此可大大提高目标方向上的辐射功率，增加射频链路的可靠性，且可有效降低信号的多径传输现象及由多径造成的信道快衰落和时延扩展问题，进而有效提升列车与地面之间的数据传输稳定性及降低传输时延；同时本发明中的中央无线电控制单元与地面分区无线通信装置之间采用冗余的核心网进行光信号传输，也可确保地面传输信道稳定可靠，进而确保中央无线电控制单元与车辆无线通信装置的数据传输低时延且稳定可靠。

Description

基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法及相关装置

技术领域

本发明涉及磁浮列车通信领域，特别涉及一种基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法、系统及存储介质。

背景技术

车地无线通信系统是磁浮运行控制系统的重要组成部分，用于在列车和地面设备之间建立一个可靠有效的无线电通信通道，以达到承载运行控制数据、牵引定位数据、诊断数据、旅客信息系统数据以及车地必要的语音通信或数据通信的目的。相关技术中，车地无线通信系统采用LTE-M网络进行数据传输。然而对于磁浮列车等高速列车而言，基于LTE-M的车地无线通信系统的传输时延及时延抖动无法满足低延迟需求，同时其抗干扰能力受列车移动速度的影响较大，当移动速度提升时，其抗干扰能力会急剧下降，影响列车与地面之间的正常通信。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法、系统及存储介质，可使用毫米波信号进行车辆无线通信装置与地面分区无线通信装置之间的数据传输，而毫米波信号可采用有源相控阵天线阵列进行传输，进而有效提升列车与地面之间的数据传输稳定性及降低数据传输时延。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法，包括：

中央无线电控制单元将第一业务系统生成的第一数据发送至核心网，同时将所述核心网返回的第二数据输入所述第一业务系统进行处理；

所述核心网将所述第一数据以光信号形式传输至牵引变电站，并在对所述第一数据进行还原后，将所述第一数据发送至所述地面分区无线通信装置，同时将所述地面分区无线通信装置返回的第二数据以所述光信号形式传输至中央控制室，并在对所述第二数据进行还原后，将所述第二数据发送至所述中央无线电控制单元；

所述地面分区无线通信装置将所述第一数据转化为第一毫米波信号并发送至车载无线通信装置，同时将所述车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为所述第二数据，并将所述第二数据发送至所述核心网；

所述车载无线通信装置将从所述第一毫米波信号中解析得到的所述第一数据输入第二业务系统进行处理，同时将所述第二业务系统生成的所述第二数据转换为所述第二毫米波信号，将所述第二毫米波信号发送至所述地面分区无线通信装置；所述第一毫米波信号和所述第二毫米波信号均采用有源相控阵天线阵列进行传输。

可选地，所述中央无线电控制单元、所述核心网、所述地面分区无线通信装置、所述车载无线通信装置组成一组磁浮列车车地无线通信子系统，磁浮列车无线车地通信系统中至少包含两组所述磁浮列车车地无线通信子系统。

可选地，所述地面分区无线通信装置与所述车载无线通信装置之间通过CDM和OFDM调制解调技术传输所述第一毫米波信号及所述第二毫米波信号。

可选地，所述车载无线通信装置包括车载移动基站和车载无线电控制单元，所述车载无线通信装置将从所述第一毫米波信号中解析得到的所述第一数据输入第二业务系统进行处理，同时将所述第二业务系统生成的所述第二数据转换为所述第二毫米波信号，将所述第二毫米波信号发送至所述地面分区无线通信装置，包括：

所述车载移动基站将所述第一毫米波转换为第一光信号，并将所述第一光信号发送至所述车载无线电控制单元，同时将所述车载无线电控制单元返回的第二光信号转换为所述第二毫米波信号，并将所述第二毫米波信号发送至所述地面分区无线通信装置；

所述车载无线电控制单元对从所述第一光信号中解析出的所述第一数据输入至所述第二业务系统进行处理，同时将所述第二业务系统生成的所述第二数据转换为所述第二光信号，并将所述第二光信号发送至所述车载移动基站。

可选地，在所述地面分区无线通信装置将所述第一数据转化为第一毫米波信号并发送至车载无线通信装置之前，还包括：

所述车载无线电控制单元在与所述地面分区无线通信装置建立通信连接之前，获取所述地面分区无线通信装置的第一位置信息和列车的第二位置信息；

所述车载无线电控制单元利用所述第一位置信息和所述第二位置信息，计算所述列车与所述地面分区无线通信装置的相对速度，并利用所述相对速度将计算初始多普勒频移值估计范围；

所述车载无线电控制单元在与所述地面分区无线通信装置建立通信连接时，利用所述车载移动基站接收所述地面分区无线通信装置发送的信标导频信号，并利用所述信标导频信号在所述初始多普勒频移值估计范围中计算最终多普勒频移值估计范围；

所述车载无线电控制单元利用所述最终多普勒频移值估计范围，与所述地面分区无线通信装置传输所述第一毫米波信号和所述第二毫米波信号。

可选地，当所述第一数据为中央运行控制数据，所述第二数据为车载运行控制数据时，还包括：

所述核心网将所述中央运行控制数据以所述光信号形式传输至所述牵引变电站，并在对所述中央运行控制数据进行还原后，将所述中央运行控制数据发送至所述分区运行控制系统，同时将所述分区运行控制系统返回的分区运行控制数据以所述光信号形式传输至所述中央控制室，并在对所述分区运行控制数据进行还原后，将所述分区运行控制数据发送至所述中央无线电控制单元；

所述分区运行控制系统对所述核心网返回的中央运行控制数据以及所述地面分区无线通信装置返回的车载运行控制数据进行处理，同时生成所述分区运行控制数据，并将所述分区运行控制数据发送至所述核心网和/或所述车载无线通信装置；

所述地面分区无线通信装置将所述分区运行控制数据转化为所述第一毫米波信号并发送至车载无线通信装置，同时将所述车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为所述车载运行控制数据，并将所述车载运行控制数据发送至所述分区运行控制系统。

可选地，所述地面分区无线通信装置包含分区无线电控制单元、光纤环网和地面固定基站，所述地面分区无线通信装置将所述第一数据转化为第一毫米波信号并发送至车载无线通信装置，同时将所述车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为所述第二数据，并将所述第二数据发送至所述核心网，包括：

所述分区无线电控制单元将所述第一数据转换为第三光信号，并通过所述光纤环网将所述第三光信号发送至所述地面固定基站，同时将所述地面固定基站返回的第四光信号转换为所述第二数据，并将所述第二数据发送至所述核心网；

所述地面固定基站将所述第三光信号转换为所述第一毫米波信号，并将所述第一毫米波信号发送至所述车载无线通信装置，同时将所述车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为所述第四光信号，并通过所述光纤环网将所述第四光信号发送至所述分区无线电控制单元。

可选地，还包括：

所述分区无线电控制单元对所述光纤环网的通路进行检测，判断所述通路是否存在故障；所述通路包括前向通路和后向通路；

若是，则利用未故障的通路与所述地面固定基站传输所述第三光信号和所述第四光信号。

可选地，在将所述第二数据发送至所述核心网之前，还包括：

所述分区无线电控制单元从所述第二数据中提取牵引定位数据；

利用所述牵引定位数据对电机控制单元进行管控。

可选地，还包括：

所述分区无线电控制单元获取所述地面固定基站的信号覆盖区域，并根据所述牵引定位数据确定列车的行驶位置；

判断所述行驶位置是否进入所述信号覆盖区域；

若是，则启动所述地面固定基站的毫米波信号传输功能；

若否，则关闭所述地面固定基站的毫米波信号传输功能，并将所述地面固定基站设置为光纤中继器。

可选地，所述地面固定基站包括所述有源相控阵天线阵列和基带处理单元，所述地面固定基站将所述第三光信号转换为所述第一毫米波信号，并将所述第一毫米波信号发送至所述车载无线通信装置，同时将所述车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为所述第四光信号，并通过所述光纤环网将所述第四光信号发送至所述分区无线电控制单元，包括：

所述基带处理单元对所述第三光信号进行基带处理得到第一电信号，并将所述第一电信号发送至所述有源相控阵天线阵列，同时对所述有源相控阵天线阵列返回的第二电信号进行基带处理得到所述第四光信号，并通过所述光纤环网将所述第四光信号发送至所述分区无线电控制单元；

所述有源相控阵天线阵列将所述第一电信号转换为所述第一毫米波信号，并将所述第一毫米波信号发送至所述车载无线通信装置，同时将所述车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为所述第二电信号，并将所述第二电信号发送至所述基带处理单元。

本发明还提供一种基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信系统，包括：中央无线电控制单元、地面分区无线通信装置、车载无线通信装置及核心网，所述地面分区无线通信装置和所述车载无线通信装置中均设置有有源相控阵天线阵列，其中，

所述中央无线电控制单元，用于将第一业务系统生成的第一数据发送至所述核心网，同时将所述核心网返回的第二数据输入所述第一业务系统进行处理；

所述核心网，用于将所述第一数据以光信号形式传输至牵引变电站，并在对所述第一数据进行还原后，将所述第一数据发送至所述地面分区无线通信装置，同时将所述地面分区无线通信装置返回的第二数据以所述光信号形式传输至中央控制室，并在对所述第二数据进行还原后，将所述第二数据发送至所述中央无线电控制单元；

所述地面分区无线通信装置，用于将所述第一数据转化为第一毫米波信号并发送至所述车载无线通信装置，同时将所述车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为所述第二数据，并将所述第二数据发送至所述核心网；

所述车载无线通信装置，用于将从所述第一毫米波信号中解析得到的所述第一数据输入第二业务系统进行处理，同时将所述第二业务系统生成的所述第二数据转换为所述第二毫米波信号，将所述第二毫米波信号发送至所述地面分区无线通信装置。

本发明还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时，实现如上述所述的基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法。

本发明提供一种基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法，包括：中央无线电控制单元将第一业务系统生成的第一数据发送至核心网，同时将核心网返回的第二数据输入所述第一业务系统进行处理；所述核心网将所述第一数据以光信号形式传输至牵引变电站，并在对所述第一数据进行还原后，将所述第一数据发送至所述地面分区无线通信装置，同时将所述地面分区无线通信装置返回的第二数据以所述光信号形式传输至中央控制室，并在对所述第二数据进行还原后，将所述第二数据发送至所述中央无线电控制单元；所述地面分区无线通信装置将所述第一数据转化为第一毫米波信号并发送至车载无线通信装置，同时将所述车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为所述第二数据，并将所述第二数据发送至所述核心网；所述车载无线通信装置将从所述第一毫米波信号中解析得到的所述第一数据输入第二业务系统进行处理，同时将所述第二业务系统生成的所述第二数据转换为所述第二毫米波信号，将所述第二毫米波信号发送至所述地面分区无线通信装置；所述第一毫米波信号和所述第二毫米波信号均采用有源相控阵天线阵列进行传输。

可见，本发明使用毫米波信号进行车辆无线通信装置与地面分区无线通信装置之间的数据传输，而毫米波信号均采用有源相控阵天线阵列进行传输。由于有源相控阵天线阵列可提供可观的空间波束增益以克服毫米波的空间传输损耗，进而可有效增加射频链路的可靠性；同时有源相控阵天线阵列还可对毫米波进行定向传输，能够有效降低信号的多径传输现象，进而有效降低由多径造成的信道快衰落及时延扩展问题，最终有效提升列车与地面数据传输的稳定性，并有效降低数据传输时延；同时，由于中央无线电控制单元采用光信号形式与地面分区无线通信装置进行数据传输，能有确保地面数据传输信道稳定可靠，同时可降低地面数据传输的信号时延，最终达到中央无线电控制单元与车辆无线通信装置之间采用稳定的数据信道进行低时延数据传输的效果。本发明还提供一种磁浮列车无线通信系统及存储介质，具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法的流程图；

图2为本发明实施例所提供的一种地面固定基站的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的第一种基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信系统的结构框图；

图4为本发明实施例所提供的一种分区无线电控制单元管控电机控制单元的示意图；

图5a为本发明实施例所提供的第二种基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信系统的结构框图；

图5b为本发明实施例所提供的一种车载无线通信装置的结构框图；

图5c为本发明实施例所提供的一种地面分区无线通信装置的结构框图；

图5d为本发明实施例所提供的一种地面固定基站的结构框图；

图5e为本发明实施例所提供的第三种基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信系统的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

车地无线通信系统是磁浮运行控制系统的重要组成部分，用于在列车和地面设备之间建立一个可靠有效的无线电通信通道，以达到承载运行控制数据、牵引定位数据、诊断数据、旅客信息系统数据以及车地必要的语音通信或数据通信的目的。相关技术中，车地无线通信系统采用LTE-M网络进行数据传输。然而对于磁浮列车等高速列车而言，基于LTE-M的车地无线通信系统的传输时延及时延抖动无法满足低延迟需求，同时其抗干扰能力受列车移动速度的影响较大，当移动速度提升时，其抗干扰能力会急剧下降，影响列车与地面之间的正常通信。有鉴于此，本发明提供一种基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法，可使用毫米波信号进行车辆无线通信装置与地面分区无线通信装置之间的数据传输，而毫米波信号可采用有源相控阵天线阵列进行传输，进而有效提升列车与地面之间的数据传输稳定性及降低数据传输时延。请参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法的流程图，该方法可以包括：

S101、中央无线电控制单元将第一业务系统生成的第一数据发送至核心网，同时将核心网返回的第二数据输入第一业务系统进行处理。

在本发明实例中，中央无线电控制单元(CRCU，Centralized Control Unit)为地面通信的中枢，用于集中处理及管理与磁浮列车相关的数据，例如OCS(Operation ControlSystem，操作控制系统)数据、列车诊断数据、列车操作数据、OVC(Operation VoiceControl，操作语音控制)数据及PIS(Passenger Information System，乘客信息系统)数据等。中央无线电控制单元与第一业务系统建立数据连接，第一业务系统用于对上述数据进行统一的业务处理及管理，以及与磁浮列车进行上述数据的传输。需要说明的是，本发明实施例并不限定第一业务系统的具体类型，可以理解的是，磁浮列车与地面之间可能存在多种通信内容，而这些通信内容也应当具有配套的业务系统，因此第一业务系统的具体类型可根据实际应用的需求进行设置，例如可以为OCS系统、列车诊断系统、列车操作系统、OVC系统、PIS系统、中央运行控制系统等。当然，中央无线电控制单元也可以对车地无线通信系统中的其他装置及单元进行在线监测，以确保系统的稳定运行。具体的，中央无线电控制单元还可以对核心网、地面分区无线通信装置、车载无线通信装置进行实时状态监测。进一步，可以理解的是，第一业务系统也可以包含对核心网、地面分区无线通信装置、车载无线通信装置的状态检测系统。进一步，本发明实施例并不限定第一业务系统与中央无线电控制单元的接入关系，第一业务系统可以设置于中央无线电控制单元内部，也可以通过核心网与中央无线电控制单元建立数据连接，可根据实际应用需求进行设置。

进一步，可以理解的是，由于中央无线电控制单元为地面通信的中枢，因此为方便应用及管理，中央无线电控制单元可以设置于磁浮列车无线通信系统的中央控制室内。

S102、核心网将第一数据以光信号形式传输至牵引变电站，并在对第一数据进行还原后，将第一数据发送至地面分区无线通信装置，同时将地面分区无线通信装置返回的第二数据以光信号形式传输至中央控制室，并在对第二数据进行还原后，将第二数据发送至中央无线电控制单元。

在本发明实施例中，为确保中央无线电控制单元与地面分区无线通信装置之间的地面通信信道高速且稳定，本发明实施例采用核心网以光信号的形式进行数据传输，可有效降低中央无线电控制单元与车载无线通信装置之间的数据传输时延并提升信道稳定性。可以理解的是，由于核心网以光信号进行数据传输，因此核心网的主要功能分别为光信号传输，以及在数据入口及出口处(例如中央无线电控制单元所在的中央控制室及地面分区无线通信装置所在的牵引变电站)进行电信号与光信号之间的转换，例如在接收到中央无线电控制单元发送的第一数据时，将第一数据转换为光信号并进行传输；又例如将包含第二数据的光信号传输至中央控制室所在位置时，先将光信号还原为第二数据，再将第二数据发送至中央无线电控制单元。本发明实施例并不限定核心网如何传输光信号，也不限定核心网如何进行电信号与光信号之间的转换，可参考通信领域的相关技术。进一步，本发明也不限定核心网的具体结构，例如可以为普通光纤，也可以为带有冗余设计的光纤环网。为提升核心网的稳定性及可靠性，在本发明实施例中，核心网可以为光纤环网。

S103、地面分区无线通信装置将第一数据转化为第一毫米波信号并发送至车载无线通信装置，同时将车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为第二数据，并将第二数据发送至核心网。

在本发明实施例中，地面分区无线通信装置主要进行与车载无线通信装置之间的毫米波信号的传输。需要说明的是，在本发明中，地面分区无线通信装置采用有源相控阵天线阵列传输毫米波信号，即地面分区无线通信装置中至少设置有有源相控阵天线阵列。由于有源相控阵天线阵列可提供可观的空间波束增益以克服毫米波的空间传输损耗，进而可有效增加射频链路的可靠性；同时有源相控阵天线阵列还可对毫米波进行定向传输，能够有效降低信号的多径传输现象，进而有效降低由多径造成的信道快衰落及时延扩展问题，最终有效提升列车与地面数据传输的稳定性，并有效降低数据传输时延。需要说明的是，本发明实施例并不限定有源相控阵天线阵列的具体结构，可参考相控阵天线的相关技术。本发明实施例也不限定光信号与毫米波信号之间的转化过程，同样可参考通信领域的相关技术。

进一步，本发明实施例并不限定地面分区无线通信装置的数量，可根据实际应用需求进行设置。可以理解的是，由于地面分区无线通信装置为磁浮列车与地面之间无线通信的重要数据节点，为了确保磁浮列车与地面之间的数据传输稳定可靠，地面分区无线通信装置应当设置多个。可以理解的是，每一个地面分区无线通信装置形成一个分区，且每一地面分区无线通信装置均可与车载无线通信装置进行单独的信号连接及数据传输。进一步，为了有效减低由距离因素造成的数据传输问题，例如时延增加、信道稳定度下降等，应当将地面分区无线通信装置设置于磁浮列车的轨道旁，同时多个地面分区无线通信装置应当沿着轨道进行排布。需要说明的是，本发明实施例并不限定地面分区无线通信装置之间的排布方式，例如可以等间距排布，当然也可以在等间距排布的基础上，根据轨道的具体形状(例如直道、弯道)，在轨道的特定位置适当调整地面分区无线通信装置之间的间距。

进一步，本发明实施例并不限定地面分区无线通信装置的具体结构，例如地面分区无线通信装置中可以只包含设置有有源相控阵天线阵列的地面固定基站(RBS，RailwayBase Station)，当然也可以进一步包含用于与中央无线电控制单元进行数据交互及对地面固定基站进行管理的分区无线电控制单元(DRCU，Decentralized Control Unit)。为了提升地面分区无线通信装置的稳定性，在本发明实施例中，地面分区无线通信装置可同时包含地面固定基站及分区无线电控制单元。进一步，本发明实施例并不限定地面固定基站及分区无线电控制单元之间的连接方式，例如可以采用光纤直连的方式进行连接，也可以采用光纤环网进行连接。考虑到光纤环网具备自愈功能，可有效确保地面分区无线通信装置的可靠性，因此在本发明实施例中，地面固定基站与分区无线电控制单元采用光纤环网进行连接。本发明实施例并不限定光纤环网的具体结构，也不限定利用光纤环网进行数据传输所需使用的环网传输协议，可参考以太环网的相关技术。在一种可能的情况中，该光纤环网可以为单网双向环路，具体可分为前向通路可后向通路，当任一通路发生故障时，则可自动切换为另一通路进行数据传输；为降低环路传输的时延抖动，可采用定制化的环网传输协议进行数据传输。

进一步，可以理解的是，为避免管理混乱，每一地面分区无线通信装置中可设置一个分区无线电控制单元。本发明实施例并不限定地面分区无线通信装置中的地面固定基站的具体数量，可根据实际应用需求进行设置。本发明实施例也不限定光纤环网可动态接入的地面固定基站的最大数量(即分区无线电控制单元可同时与多少个地面固定基站进行通信)，可根据实际应用需求进行调整。在一种可能的情况中，光纤环网最大可动态接入32个地面固定基站。可以理解的是，由于地面固定基站需要直接与车辆无线通信设备进行数据传输，因此地面固定基站需要设置于磁浮列车的轨道旁，同时多个地面固定基站应当沿轨道进行排布；而为了便于应用操作及管理，分区无线电控制单元可与运行控制分区设备一同设置于分区内的牵引变电站中，其中，每一个地面分区无线通信装置形成一个分区。

在一种可能的情况中，地面分区无线通信装置包含分区无线电控制单元、光纤环网和地面固定基站，地面分区无线通信装置将第一数据转化为第一毫米波信号并发送至车载无线通信装置，同时将地面固定基站返回的第四光信号转换为第二数据，并将第二数据发送至核心网，包括：

步骤11：分区无线电控制单元将第一数据转换为第三光信号，并通过光纤环网将第三光信号发送至地面固定基站，同时从地面固定基站返回的第四光信号中提取第二数据，并将第二数据发送至核心网；

可以理解的是，为了通过光纤环网进行光信号传输，分区无线电控制单元需具有将电信号转换为光信号的能力，同理，也应当具有将光信号转换为电信号的能力。

步骤12：地面固定基站将第三光信号转换为第一毫米波信号，并将第一毫米波信号发送至车载无线通信装置，同时将车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为第四光信号，并通过光纤环网将第四光信号发送至分区无线电控制单元。

进一步，可以理解的是地面固定基站中至少包含有源相控阵天线阵列(PAA，Phased Array Antenna)。同样可以理解的是，在有源相控阵天线阵列在传输毫米波信号时，需要在发射前或是接收后对毫米波信号进行相应的调制解调及基带协议处理。本发明实施例并不限定地面固定基站中是否可以包含用于进行调制解调及基带协议处理的基带处理单元(BBU，Baseband Unit)，当分区无线电控制单元或是中央无线电控制单元具有足够的算力进行调制解调及基带协议处理时，地面固定基站中可以不包含基带处理单元；当需要提升系统整体性能，提升地面固定基站的边缘处理能力时，也可在地面固定基站中设置基带处理单元。在本发明实施例中，为了提升地面固定基站的处理能力，避免调制解调及基带协议处理对分区无线电控制单元或是中央无线电控制单元计算能力的影响，可在地面固定基站中设置基带处理单元。需要说明的是，本发明实施例并不限定有源相控阵天线阵列收发毫米波信号的具体过程，可参考相控阵天线的相关技术；本发明实施例也不限定具体的调制解调过程及基带处理过程，可参考通信领域的相关技术。请参考图2，图2为本发明实施例所提供的一种地面固定基站的结构示意图，其中地面固定基站的上部为相控阵天线(PAA-RBS)，用于实现毫米波信号接收与发射、波束赋形、信号变频、滤波和本振产生；地面固定基站的下部为基带处理单元(BBU-RBS)，用于实现信号调制解调和光纤环网互联。相控阵的辐射功率是多个通道的空间定向合成，其目标方向上辐射功率密度大大增加；相控阵的波束形状以及波束扫描角度可以通过设置相控阵各通道的幅度、相位权值实现，可实现对于目标的快速跟踪，实时保证波束对准目标。

在一种可能的情况中，地面固定基站包括有源相控阵天线阵列和基带处理单元，地面固定基站将第三光信号转换为第一毫米波信号，并将第一毫米波信号发送至车载无线通信装置，同时将车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为第四光信号，并通过光纤环网将第四光信号发送至分区无线电控制单元，包括：

步骤21：基带处理单元对第三光信号进行基带处理得到第一电信号，并将第一电信号发送至有源相控阵天线阵列，同时对有源相控阵天线阵列返回的第四电信号进行基带处理得到第二光信号，并通过光纤环网将第四光信号发送至分区无线电控制单元。

步骤22：有源相控阵天线阵列将第一电信号转换为第一毫米波信号，并将第一毫米波信号发送至车载无线通信装置，同时将车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为第二电信号，并将第二电信号发送至基带处理单元。

进一步，为了确保光纤环路在发生故障时能够及时进行自愈(即切换通路)，在本发明实施例中，分区无线电控制单元还可以对光纤环网各通路的工作情况进行检测，并在确定通路发生故障时及时切换至另一通路。

在一种可能的情况中，上述基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法还可以包括：

步骤31：分区无线电控制单元对光纤环网的通路进行检测，判断通路是否存在故障；通路包括前向通路和后向通路；若是，则进入步骤32；若否，则进入步骤31；

步骤32：利用未故障的通路与地面固定基站传输第三光信号和第四光信号。

需要说明的是，本发明实施例并不限定步骤31的执行时机，例如可以在分区无线电控制单元启动时便可开始执行步骤31，当然也可以在地面分区无线通信装置与车载无线通信装置建立连接时开始执行步骤31，可根据实际应用需求进行调整。

S104、车载无线通信装置将从第一毫米波信号中解析得到的第一数据输入第二业务系统进行处理，同时将第二业务系统生成的第二数据转换为第二毫米波信号，将第二毫米波信号发送至地面分区无线通信装置；第一毫米波信号和第二毫米波信号均采用有源相控阵天线阵列进行传输。

车载无线通信装置设置于磁浮列车上，用于采集、处理及管理与磁浮列车相关的数据，例如对PRW数据的采集和处理、车载其他业务数据(语音通信、PIS等)的采集及处理，并与地面进行通信，其中PRW数据为牵引定位数据。与中央无线电控制单元相同，车载无线通信装置上同样设置有第二业务系统，其中第二业务系统用于对上述数据进行统一的业务处理及管理，以及与中央无线电控制单元进行上述数据的传输。当然，车载无线通信装置也可以对车载无线通信装置内部各单元进行管理及运行状态诊断。进一步，可以理解的是，第二业务系统也可以包含对车载无线通信装置内部各单元的状态检测系统。

进一步，可以理解的是，为了与地面分区无线通信装置进行毫米波通信，车载无线通信装置中至少应当包含有源相控阵天线阵列。在一种可能的情况中，该有源相控阵天线阵列可以设置于车载移动基站(MBS，Mobile Base Station)中，即由车载移动基站进行与地面分区无线通信装置的毫米波通信。除此以外，车载无线通信装置中还可以设置有包含第二业务系统的车载无线电控制单元(MRCU，Mobile Radio Control Unit)，专用于执行数据采集、处理及管理任务。需要说明的是，本发明实施例并不限定车载移动基站及车载无线电控制单元之间的连接方式，例如可以采用光纤直连，也可以采用光纤环网连接。光纤之间的结构较为简单，因此在本发明实施例中，车载移动基站及车载无线电控制单元之间可以采用光纤直连连接。

在一种可能的情况中，车载无线通信装置包括车载移动基站和车载无线电控制单元，车载无线通信装置将从第一毫米波信号中解析得到的第一数据输入第二业务系统进行处理，同时将第二业务系统生成的第二数据转换为第二毫米波信号，将第二毫米波信号发送至地面分区无线通信装置，包括：

步骤41：车载移动基站将第一毫米波转换为第一光信号，并将第一光信号发送至车载无线电控制单元，同时将车载无线电控制单元返回的第二光信号转换为第二毫米波信号，并将第二毫米波信号发送至地面分区无线通信装置；

步骤42：车载无线电控制单元对从第一光信号中解析出的第一数据输入至第二业务系统进行处理，同时将第二业务系统生成的第二数据转换为第二光信号，并将第二光信号发送至车载移动基站。

需要说明的是，本发明实施例对车载移动基站内部结构的具体描述，与地面固定基站的相关描述一致，此处不再赘述。当然，为了满足磁浮列车的应用需求，可对车载移动基站的有源相控阵天线阵列进行调整，例如将天线阵面的水平波束宽度调宽，并采用与地面固定基站不同的天线阵子配置，可根据实际应用需求进行调整。

进一步，可以理解的是，地面分区无线通信装置与车载无线通信装置之间需要采用相同的调制解调技术进行毫米波信号的传输。本发明实施例并不限定两装置之间具体使用的调制解调技术，例如可以为CDM技术(Code Division Multiplexing，码分多路复用)，也可以为OFDM技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)，也可以采用OCDM(Orthogonal Chirp Division Multiplex，正交啁啾复用)技术，当然也可以同时使用CDM技术及OFDM技术。在本发明实施例中，由于磁浮列车与地面之间通常会传输与列车运行控制相关的定位数据及运行控制数据，例如PRW数据，这些核心运行控制数据对维持磁浮列车安全稳定运行均有重要意义，需要确保其传输稳定，且应当尽量降低传输时延，考虑到CDM技术具有低时延、高可靠的技术优势，因此可采用CDM技术传输上述定位数据及运行控制数据，以提升传输的可靠性及抗干扰能力，进而保证列车在复杂的城市环境及恶劣气象条件中，仍可以保证1e-9的低误码传输，保证列车的可靠运行；同时，考虑到OFDM技术为4G/5G移动通信中常用的调制解调技术，可满足宽带业务数据需求，进而可对车地通信中的非核心数据进行传输，同时也能够以极小的代价再传输一份列车的运控数据，实现运控数据在空口体制上的双备份冗余，进一步提高运控数据的可靠性。换句话说，在本发明实施例中，地面分区无线通信装置与车载无线通信装置之间可同时通过CDM和OFDM调制解调技术传输毫米波信号。

在一种可能的情况中，地面分区无线通信装置与车载无线通信装置之间通过CDM和OFDM调制解调技术传输第一毫米波信号及第二毫米波信号。

进一步，可以理解的是，车载无线通信装置需要与地面分区无线通信装置建立通信连接后才可进行数据传输。而在建立数据连接时，车载无线通信装置需要进行多普勒频移估计，得到多普勒频移估计值，进而才能利用多普勒频移估计值进行数据传输。本发明实施例并不限定车载无线通信装置进行多普勒频移估计的具体方式，例如可以利用地面分区无线通信装置发送的信标导频信号进行多普勒频移估计，也可以先利用磁浮列车与地面分区无线通信装置之间的相对速度进行多普勒频移初步估计，进而再利用信标导频信号进行多普勒频移精细估计。考虑到磁浮列车移动速度较快，同时诸如定位数据、运行控制数据的传输对时延及稳定性要求较高，即需要提升多普勒频移值的估计效率及精度，因此在本发明实施例中，车载无线通信装置可以先利用磁浮列车与地面分区无线通信装置之间的相对速度进行多普勒频移初步估计，进而再利用信标导频信号进行多普勒频移精细估计。可以理解的是，车载无线通信装置中的车载无线电控制单元带有专用的业务系统，因此可利用车载无线电控制单元执行上述多普勒频移估计过程。

在一种可能的情况中，在地面分区无线通信装置将第一数据转化为第一毫米波信号并发送至车载无线通信装置之前，还包括：

步骤51：车载无线电控制单元在与地面分区无线通信装置建立通信连接之前，获取地面分区无线通信装置的第一位置信息和列车的第二位置信息。

可以理解的是，地面分区无线通信装置的位置固定，因此可在车载无线电控制单元中预存地面分区无线通信装置的位置；而列车的位置则可利用GNSS(Global NavigationSatellite System)全球导航卫星系统进行获取。

步骤52：车载无线电控制单元利用第一位置信息和第二位置信息，计算列车与地面分区无线通信装置的相对速度，并利用相对速度将计算初始多普勒频移值估计范围。

步骤53：车载无线电控制单元在与地面分区无线通信装置建立通信连接时，利用车载移动基站接收地面分区无线通信装置发送的信标导频信号，并利用信标导频信号在初始多普勒频移值估计范围中计算最终多普勒频移值估计范围。

步骤54：车载无线电控制单元利用最终多普勒频移值估计范围，与地面分区无线通信装置传输第一毫米波信号和第二毫米波信号。

需要说明的是，本发明实施例并不限定利用相对速度进行多普勒频移值估计的具体过程，也不限定利用信标导频信号进行多普勒频移值估计的具体过程，可参考多普勒频移估计的相关技术。

进一步，为了提升磁浮列车无线通信系统的整体稳定性，可采用冗余方式对中央无线电控制单元、核心网、地面分区通信装置(包括分区无线电控制单元和地面固定基站)以及车载无线通信装置(包括车载移动基站及车载无线电控制单元)进行部署。具体的，中央无线电控制单元、核心网、地面分区无线通信装置、车载无线通信装置组成一组磁浮列车无线通信子系统，而磁浮列车无线通信系统中至少包含两组磁浮列车无线通信系统。请参考图3，图3为本发明实施例所提供的第一种基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信系统的结构框图，可以看出，中央无线电控制单元CRCU、核心网、分区无线电控制单元DRCU、地面固定基站RBS、车载移动基站MBS及车载无线电控制单元MRCU可组成A和B两套子系统，这两套子系统之间的工作互不影响，当某一子系统失效时，可采用另一套子系统进行车地通信。进一步，为了提升车辆数据的冗余备份内容，两套子系统中的车载无线电控制单元MRCU还可采用光纤进行直连，以双备份的方式传输数据。

在一种可能的情况中，中央无线电控制单元、核心网、地面分区无线通信装置、车载无线通信装置组成一组磁浮列车车地无线通信子系统，磁浮列车车地无线通信系统中至少包含两组磁浮列车车地无线通信子系统。

基于上述实施例，本发明使用毫米波信号进行车辆无线通信装置与地面分区无线通信装置之间的数据传输，而毫米波信号均采用有源相控阵天线阵列进行传输。由于有源相控阵天线阵列可提供可观的空间波束增益以克服毫米波的空间传输损耗，进而可有效增加射频链路的可靠性；同时有源相控阵天线阵列还可对毫米波进行定向传输，能够有效降低信号的多径传输现象，进而有效降低由多径造成的信道快衰落及时延扩展问题，最终有效提升列车与地面数据传输的稳定性，并有效降低数据传输时延；同时，由于中央无线电控制单元采用光信号形式与地面分区无线通信装置进行数据传输，能有确保地面数据传输信道稳定可靠，同时可降低地面数据传输的信号时延，最终达到中央无线电控制单元与车辆无线通信装置之间采用稳定的数据信道进行低时延数据传输的效果。

基于上述实施例，由于分区无线电控制单元可与磁浮列车的运行控制设备一同设置于牵引变电站中，而牵引变电站中通常设置有对磁浮列车进行运行控制的电机控制单元(MCU，Motor Control Unit)，电机控制单元需要基于PRW牵引定位数据进行控制。为了提升分区无线电控制单元的管控能力，进而提升磁浮列车无线通信系统的整体性能，在一种可能的情况中，分区无线电控制单元也可直接提取车载无线通信装置传输的PRW数据，并直接对电机控制单元进行管控。在一种可能的情况中，在将第二数据发送至核心网之前，还可以包括：

S201、分区无线电控制单元从第二数据中提取牵引定位数据。

S202、利用牵引定位数据对电机控制单元进行管控。

需要说明的是，本发明实施例并不限定受分区无线电控制单元同时管控的电机控制单元的数量，可以为一个，也可以为多个，可根据实际应用需求进行设置。在一种可能的情况中，分区无线电控制单元可采用高速并行技术，支持16个电机控制单元的接入。进一步，当磁浮列车无线通信系统采用冗余方式进行部署时，多个分区无线电控制单元也可对同一电机控制单元进行管控。请参考图4，图4为本发明实施例所提供的一种分区无线电控制单元管控电机控制单元的示意图，其中，子系统A和子系统B中的分区无线电控制单元DRCU均可对该分区的MCU(MCU1～MCU16)进行管控。

需要说明的是，本发明实施例并不限定分区无线电控制单元利用牵引定位数据管控电机控制单元的具体过程，可参考磁浮列车运行控制的相关技术。

进一步，由于牵引定位数据(PRW数据)可确定列车的具体行驶位置，为了降低地面固定基站的耗能情况，分区无线电控制单元也可利用牵引定位数据对地面固定基站的毫米波信号传输功能进行控制。

在一种可能的情况中，还包括：

步骤61：分区无线电控制单元获取地面固定基站的信号覆盖区域，并根据牵引定位数据确定列车的行驶位置。

由于地面固定基站的设置位置及信号覆盖区域可人工固定，因此分区无线电控制单元可对地面固定基站的具体位置及信号覆盖区域进行预存，并在需要时进行提取。需要说明的是，本发明实施例并不限定利用牵引定位数据确定列车行驶位置的具体过程，可参考磁浮列车运行控制的相关技术。

步骤62：判断行驶位置是否进入信号覆盖区域；若是，则进入步骤63；若否，则进入步骤64；

步骤63：启动地面固定基站的毫米波信号传输功能；

步骤64：关闭地面固定基站的毫米波信号传输功能，并将地面固定基站设置为光纤中继器。

可以理解的是，由于地面固定基站之间也采用光纤环网连接，即地面固定基站为环网中的一个数据节点，为确保数据传输正常，在地面固定节点关闭毫米波信号传输时，应当设置为光纤中继器，为其他地面固定基站进行数据传输。

基于上述实施例，分区无线电控制单元也可直接提取车载无线通信装置传输的牵引控制数据，并根据牵引控制数据直接对电机控制单元进行管控，进而可有效提升分区无线电控制单元的管控能力，并提升磁浮列车无线通信系统的整体性能。

基于上述实施例，考虑到对磁浮列车运行控制数据的传输是磁浮列车车地无线通信环节中的重要内容，同时由于地面分区无线通信装置设置于磁浮列车的轨道旁，更加适合于对磁浮列车进行运行控制，因此为磁浮列车运行控制的可靠性，并提升运控数据的传输可靠性，在一种可能的情况中，第一数据为中央运行控制数据，第二数据为车载运行控制数据，地面分区无线通信装置还包括分区运行控制系统，基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法还可以包括：

S301、核心网将中央运行控制数据以光信号形式传输至牵引变电站，并在对中央运行控制数据进行还原后，将中央运行控制数据发送至分区运行控制系统，同时将分区运行控制系统返回的分区运行控制数据以光信号形式传输至中央控制室，并在对分区运行控制数据进行还原后，将分区运行控制数据发送至中央无线电控制单元。

S302、分区运行控制系统对核心网返回的中央运行控制数据以及分区无线电控制单元返回的车载运行控制数据进行处理，同时生成分区运行控制数据，并将分区运行控制数据发送至核心网和/或分区无线电控制单元。

分区运行控制系统(DCS，Decentralized Control System)为设置于中央运行控制系统与车载运行控制系统之间的独立控制节点，用于监控及处理中央运行控制数据及车载运行控制数据，并生成相应的分区运行控制数据，利用分区运行控制数据与中央运行控制系统或车载运行控制系统进行数据交互。需要说明的是，本发明实施例并不限定分区运行控制系统的具体结构及运行控制内容，可参考磁浮列车运行控制的相关技术。需要说明的是，本发明实施例并不限定中央运行控制数据、分区运行控制数据及车载运行控制数据的具体内容，可参考磁浮列车运行控制的相关技术。本发明实施例也不限定具体的分区运行控制系统以及分区运行控制系统对上述控制数据的处理过程，同样可参考磁浮列车运行控制的相关技术。进一步，需要说明的是，对分区运行控制系统与地面分区无线通信装置配套，即每一地面分区均包含分区无线通信装置及分区运行控制系统，且同一地面分区的无线通信装置及分区运行控制系统均设置于牵引变电站，具体的设置方式可参考上述实施例。

S303、地面分区无线通信装置将分区运行控制数据转化为第一毫米波信号并发送至车载无线通信装置，同时将车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为车载运行控制数据，并将车载运行控制数据发送至分区运行控制系统。

基于上述实施例，本发明还在地面分区无线通信装置中设置了分区运行控制系统，并为该系统设置了对应的数据传输通路，能够有效提升磁浮列车运行控制数据的传输效率及处理效率，进而提升磁浮列车运行控制的可靠性。

下面对本发明实施例提供的基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信系统及存储介质进行介绍，下文描述的基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信系统及存储介质与上文描述的基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法可相互对应参照。

请参考图5a，图5a为本发明实施例所提供的第二种基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信系统的结构框图，该系统可以包括：中央无线电控制单元510、核心网520、地面分区无线通信装置530、车载无线通信装置540及，地面分区无线通信装置530和车载无线通信装置540中均设置有有源相控阵天线阵列，其中，

中央无线电控制单元510将第一业务系统生成的第一数据发送至核心网520，同时将核心网520返回的第二数据输入第一业务系统进行处理；

核心网520将第一数据以光信号形式传输至牵引变电站，并在对第一数据进行还原后，将第一数据发送至地面分区无线通信装置530，同时将地面分区无线通信装置530返回的第二数据以光信号形式传输至中央控制室，并在对第二数据进行还原后，将第二数据发送至中央无线电控制单元510；

地面分区无线通信装置530将第一数据转化为第一毫米波信号并发送至车载无线通信装置540，同时将车载无线通信装置540返回的第二毫米波信号转换为第二数据，并将第二数据发送至核心网520；

车载无线通信装置540将从第一毫米波信号中解析得到的第一数据输入第二业务系统进行处理，同时将第二业务系统生成的第二数据转换为第二毫米波信号，将第二毫米波信号发送至地面分区无线通信装置530。

可选地，中央无线电控制单元510、核心网520、地面分区无线通信装置530、车载无线通信装置540组成一组磁浮列车无线通信子系统，磁浮列车无线通信系统中至少包含两组磁浮列车无线通信子系统。

可选地，地面分区无线通信装置530与车载无线通信装置540之间通过CDM和OFDM调制解调技术传输第一毫米波信号及第二毫米波信号。

可选地，请参考图5b，图5b为本发明实施例所提供的一种车载无线通信装置的结构框图，车载无线通信装置540可以包括车载移动基站541和车载无线电控制单元542，其中，

车载移动基站541，用于将第一毫米波转换为第一光信号，并将第一光信号发送至车载无线电控制单元542，同时将车载无线电控制单元542返回的第二光信号转换为第二毫米波信号，并将第二毫米波信号发送至地面分区无线通信装置530；

车载无线电控制单元542，用于对从第一光信号中解析出的第一数据输入至第二业务系统进行处理，同时将第二业务系统生成的第二数据转换为第二光信号，并将第二光信号发送至车载移动基站541。

可选地，车载无线电控制单元532，还可以用于在与地面分区无线通信装置520建立通信连接之前，获取地面分区无线通信装置520的第一位置信息和列车的第二位置信息；利用第一位置信息和第二位置信息，计算列车与地面分区无线通信装置520的相对速度，并利用相对速度将计算初始多普勒频移值估计范围；在与地面分区无线通信装置520建立通信连接时，利用车载移动基站531接收地面分区无线通信装置520发送的信标导频信号，并利用信标导频信号在初始多普勒频移值估计范围中计算最终多普勒频移值估计范围；利用最终多普勒频移值估计范围，与地面分区无线通信装置520传输第一毫米波信号和第二毫米波信号。

可选地，该系统还可以包括：分区运行控制系统，其中，

核心网520将中央运行控制数据以光信号形式传输至牵引变电站，并在对中央运行控制数据进行还原后，将中央运行控制数据发送至分区运行控制系统，同时将分区运行控制系统返回的分区运行控制数据以光信号形式传输至中央控制室，并在对分区运行控制数据进行还原后，将分区运行控制数据发送至中央无线电控制单元510；

分区运行控制系统对核心网520返回的中央运行控制数据以及地面分区无线通信装置530返回的车载运行控制数据进行处理，同时生成分区运行控制数据，并将分区运行控制数据发送至核心网520和/或车载无线通信装置530；

地面分区无线通信装置530将分区运行控制数据转化为第一毫米波信号并发送至车载无线通信装置540，同时将车载无线通信装置540返回的第二毫米波信号转换为车载运行控制数据，并将车载运行控制数据发送至分区运行控制系统。

可选地，请参考图5c，图5c为本发明实施例所提供的一种地面分区无线通信装置的结构框图，地面分区无线通信装置530可以包含分区无线电控制单元531、光纤环网532和地面固定基站533，其中，

分区无线电控制单元531，用于将第一数据转换为第三光信号，并通过光纤环网532将第三光信号发送至地面固定基站533，同时将地面固定基站533返回的第四光信号转换为第二数据，并将第二数据发送至核心网520；

地面固定基站533，用于将第三光信号转换为第一毫米波信号，并将第一毫米波信号发送至车载无线通信装置540，同时将车载无线通信装置540返回的第二毫米波信号转换为第四光信号，并通过光纤环网532将第四光信号发送至分区无线电控制单元531。

可选地，分区无线电控制单元531，还可以用于对光纤环网532的通路进行检测，判断通路是否存在故障；通路包括前向通路和后向通路；若是，则利用未故障的通路与地面固定基站533传输第三光信号和第四光信号。

可选地，地面分区无线通信装置530还可以包括电机控制单元，其中，

分区无线电控制单元531，还可以用于从第二数据中提取牵引定位数据；利用牵引定位数据对电机控制单元进行管控。

可选地，分区无线电控制单元531，还可以用于获取地面固定基站533的信号覆盖区域，并根据牵引定位数据确定列车的行驶位置；判断行驶位置是否进入信号覆盖区域；若是，则启动地面固定基站533的毫米波信号传输功能；若否，则关闭地面固定基站533的毫米波信号传输功能，并将地面固定基站533设置为光纤中继器。

可选地，请参考图5d，图5d为本发明实施例所提供的一种地面固定基站的结构框图，地面固定基站533可以包括有源相控阵天线阵列5331和基带处理单元5332，其中，

基带处理单元5332，用于对第三光信号进行基带处理得到第一电信号，并将第一电信号发送至有源相控阵天线阵列5331，同时对有源相控阵天线阵列5331返回的第二电信号进行基带处理得到第四光信号，并通过光纤环网532将第二光信号发送至分区无线电控制单元531。

有源相控阵天线阵列5331，用于将第一电信号转换为第一毫米波信号，并将第一毫米波信号发送至车载无线通信装置530，同时将车载无线通信装置530返回的第二毫米波信号转换为第二电信号，并将第二电信号发送至基带处理单元5332。

当然，本发明实施例还提供如图5e所示的基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信系统，其中PCS为牵引控制系统(Propulsion Control System)，DCS为分区控制系统(Decentralized Control System)，OFN(Optical Fiber Network)为光纤环网，VCS(Vehicle Control System)为车载运行控制系统。各部分的设置方式及运行方式可参考上述实施例，此处不再赘述。

本发明实施例还提供一种存储介质，存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任意实施例的基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法的步骤。

由于存储介质部分的实施例与基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法部分的实施例相互对应，因此存储介质部分的实施例请参见基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

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他实施例的不同之处，各个实施例之间相同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基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法、系统及存储介质进行了详细介绍。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 (7)

1.一种基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法，其特征在于，包括：

中央无线电控制单元将第一业务系统生成的第一数据发送至核心网，同时将所述核心网返回的第二数据输入所述第一业务系统进行处理；

所述核心网将所述第一数据以光信号形式传输至牵引变电站，并在对所述第一数据进行还原后，将所述第一数据发送至地面分区无线通信装置，同时将所述地面分区无线通信装置返回的第二数据以所述光信号形式传输至中央控制室，并在对所述第二数据进行还原后，将所述第二数据发送至所述中央无线电控制单元；所述核心网为光纤环网；

所述地面分区无线通信装置将所述第一数据转化为第一毫米波信号并发送至车载无线通信装置，同时将所述车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为所述第二数据，并将所述第二数据发送至所述核心网；所述地面分区无线通信装置设置有多个；

所述车载无线通信装置将从所述第一毫米波信号中解析得到的所述第一数据输入第二业务系统进行处理，同时将所述第二业务系统生成的所述第二数据转换为所述第二毫米波信号，将所述第二毫米波信号发送至所述地面分区无线通信装置；所述第一毫米波信号和所述第二毫米波信号均采用有源相控阵天线阵列进行传输；所述地面分区无线通信装置与所述车载无线通信装置之间通过CDM、OCDM或CDM和OFDM调制解调技术的组合传输所述第一毫米波信号及所述第二毫米波信号；

所述车载无线通信装置包括车载移动基站和车载无线电控制单元，所述车载无线通信装置将从所述第一毫米波信号中解析得到的所述第一数据输入第二业务系统进行处理，同时将所述第二业务系统生成的所述第二数据转换为所述第二毫米波信号，将所述第二毫米波信号发送至所述地面分区无线通信装置，包括：

所述车载移动基站将所述第一毫米波转换为第一光信号，并将所述第一光信号发送至所述车载无线电控制单元，同时将所述车载无线电控制单元返回的第二光信号转换为所述第二毫米波信号，并将所述第二毫米波信号发送至所述地面分区无线通信装置；

所述车载无线电控制单元对从所述第一光信号中解析出的所述第一数据输入至所述第二业务系统进行处理，同时将所述第二业务系统生成的所述第二数据转换为所述第二光信号，并将所述第二光信号发送至所述车载移动基站；

在所述地面分区无线通信装置将所述第一数据转化为第一毫米波信号并发送至车载无线通信装置之前，还包括：

所述车载无线电控制单元在与所述地面分区无线通信装置建立通信连接之前，获取所述地面分区无线通信装置的第一位置信息和列车的第二位置信息；

所述车载无线电控制单元利用所述第一位置信息和所述第二位置信息，计算所述列车与所述地面分区无线通信装置的相对速度，并利用所述相对速度将计算初始多普勒频移值估计范围；

所述车载无线电控制单元在与所述地面分区无线通信装置建立通信连接时，利用所述车载移动基站接收所述地面分区无线通信装置发送的信标导频信号，并利用所述信标导频信号在所述初始多普勒频移值估计范围中计算最终多普勒频移值估计范围；

所述车载无线电控制单元利用所述最终多普勒频移值估计范围，与所述地面分区无线通信装置传输所述第一毫米波信号和所述第二毫米波信号；

所述地面分区无线通信装置包含分区无线电控制单元、光纤环网和多个地面固定基站，所述地面分区无线通信装置将所述第一数据转化为第一毫米波信号并发送至车载无线通信装置，同时将所述车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为所述第二数据，并将所述第二数据发送至所述核心网，包括：

所述分区无线电控制单元将所述第一数据转换为第三光信号，并通过所述地面分区无线通信装置中的光纤环网将所述第三光信号发送至所述地面固定基站，同时将所述地面固定基站返回的第四光信号转换为所述第二数据，并将所述第二数据发送至所述核心网；

所述地面固定基站将所述第三光信号转换为所述第一毫米波信号，并将所述第一毫米波信号发送至所述车载无线通信装置，同时将所述车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为所述第四光信号，并通过所述地面分区无线通信装置中的光纤环网将所述第四光信号发送至所述分区无线电控制单元；

在将所述第二数据发送至所述核心网之前，还包括：

所述分区无线电控制单元从所述第二数据中提取牵引定位数据；

所述分区无线电控制单元利用所述牵引定位数据对电机控制单元进行管控；

当所述第一数据为中央运行控制数据，所述第二数据为车载运行控制数据时，还包括：

所述核心网将所述中央运行控制数据以所述光信号形式传输至所述牵引变电站，并在对所述中央运行控制数据进行还原后，将所述中央运行控制数据发送至分区运行控制系统，同时将所述分区运行控制系统返回的分区运行控制数据以所述光信号形式传输至所述中央控制室，并在对所述分区运行控制数据进行还原后，将所述分区运行控制数据发送至所述中央无线电控制单元；

所述分区运行控制系统对所述核心网返回的中央运行控制数据以及所述地面分区无线通信装置返回的车载运行控制数据进行处理，同时生成所述分区运行控制数据，并将所述分区运行控制数据发送至所述核心网和/或所述车载无线通信装置；

所述地面分区无线通信装置将所述分区运行控制数据转化为所述第一毫米波信号并发送至车载无线通信装置，同时将所述车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为所述车载运行控制数据，并将所述车载运行控制数据发送至所述分区运行控制系统。

2.根据权利要求1所述的基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法，其特征在于，所述中央无线电控制单元、所述核心网、所述地面分区无线通信装置、所述车载无线通信装置组成一组磁浮列车车地无线通信子系统，磁浮列车无线车地通信系统中至少包含两组所述磁浮列车车地无线通信子系统。

3.根据权利要求1所述的基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法，其特征在于，还包括：

所述分区无线电控制单元对所述地面分区无线通信装置中的光纤环网的通路进行检测，判断所述通路是否存在故障；所述通路包括前向通路和后向通路；

若是，则利用未故障的通路与所述地面固定基站传输所述第三光信号和所述第四光信号。

4.根据权利要求1所述的基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法，其特征在于，还包括：

所述分区无线电控制单元获取所述地面固定基站的信号覆盖区域，并根据所述牵引定位数据确定列车的行驶位置；

判断所述行驶位置是否进入所述信号覆盖区域；

若是，则启动所述地面固定基站的毫米波信号传输功能；

若否，则关闭所述地面固定基站的毫米波信号传输功能，并将所述地面固定基站设置为光纤中继器。

5.根据权利要求1所述的基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法，其特征在于，所述地面固定基站包括所述有源相控阵天线阵列和基带处理单元，所述地面固定基站将所述第三光信号转换为所述第一毫米波信号，并将所述第一毫米波信号发送至所述车载无线通信装置，同时将所述车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为所述第四光信号，并通过所述地面分区无线通信装置中的光纤环网将所述第四光信号发送至所述分区无线电控制单元，包括：

所述基带处理单元对所述第三光信号进行基带处理得到第一电信号，并将所述第一电信号发送至所述有源相控阵天线阵列，同时对所述有源相控阵天线阵列返回的第二电信号进行基带处理得到所述第四光信号，并通过所述地面分区无线通信装置中的光纤环网将所述第四光信号发送至所述分区无线电控制单元；

所述有源相控阵天线阵列将所述第一电信号转换为所述第一毫米波信号，并将所述第一毫米波信号发送至所述车载无线通信装置，同时将所述车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为所述第二电信号，并将所述第二电信号发送至所述基带处理单元。

6.一种基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信系统，其特征在于，包括：中央无线电控制单元、地面分区无线通信装置、车载无线通信装置及核心网，所述地面分区无线通信装置和所述车载无线通信装置中均设置有有源相控阵天线阵列，所述核心网为光纤环网，所述地面分区无线通信装置设置有多个，其中，

所述中央无线电控制单元，用于将第一业务系统生成的第一数据发送至核心网，同时将所述核心网返回的第二数据输入所述第一业务系统进行处理；

所述核心网，用于将所述第一数据以光信号形式传输至牵引变电站，并在对所述第一数据进行还原后，将所述第一数据发送至所述地面分区无线通信装置，同时将所述地面分区无线通信装置返回的第二数据以所述光信号形式传输至中央控制室，并在对所述第二数据进行还原后，将所述第二数据发送至所述中央无线电控制单元；

所述地面分区无线通信装置，用于将所述第一数据转化为第一毫米波信号并发送至所述车载无线通信装置，同时将所述车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为所述第二数据，并将所述第二数据发送至所述核心网；

所述车载无线通信装置，用于将从所述第一毫米波信号中解析得到的所述第一数据输入第二业务系统进行处理，同时将所述第二业务系统生成的所述第二数据转换为所述第二毫米波信号，将所述第二毫米波信号发送至所述地面分区无线通信装置；所述地面分区无线通信装置与所述车载无线通信装置之间通过CDM、OCDM或CDM和OFDM调制解调技术的组合传输所述第一毫米波信号及所述第二毫米波信号；

所述车载无线通信装置包括车载移动基站和车载无线电控制单元，其中：所述车载移动基站，用于将所述第一毫米波转换为第一光信号，并将所述第一光信号发送至所述车载无线电控制单元，同时将所述车载无线电控制单元返回的第二光信号转换为所述第二毫米波信号，并将所述第二毫米波信号发送至所述地面分区无线通信装置；

所述车载无线电控制单元，用于对从所述第一光信号中解析出的所述第一数据输入至所述第二业务系统进行处理，同时将所述第二业务系统生成的所述第二数据转换为所述第二光信号，并将所述第二光信号发送至所述车载移动基站；

所述车载无线电控制单元，还用于在与所述地面分区无线通信装置建立通信连接之前，获取所述地面分区无线通信装置的第一位置信息和列车的第二位置信息；利用所述第一位置信息和所述第二位置信息，计算所述列车与所述地面分区无线通信装置的相对速度，并利用所述相对速度将计算初始多普勒频移值估计范围；在与所述地面分区无线通信装置建立通信连接时，利用所述车载移动基站接收所述地面分区无线通信装置发送的信标导频信号，并利用所述信标导频信号在所述初始多普勒频移值估计范围中计算最终多普勒频移值估计范围；利用所述最终多普勒频移值估计范围，与所述地面分区无线通信装置传输所述第一毫米波信号和所述第二毫米波信号；

所述地面分区无线通信装置包含分区无线电控制单元、光纤环网和多个地面固定基站，其中：

所述分区无线电控制单元，用于将所述第一数据转换为第三光信号，并通过所述地面分区无线通信装置中的光纤环网将所述第三光信号发送至所述地面固定基站，同时将所述地面固定基站返回的第四光信号转换为所述第二数据，并将所述第二数据发送至所述核心网；

所述地面固定基站，用于将所述第三光信号转换为所述第一毫米波信号，并将所述第一毫米波信号发送至所述车载无线通信装置，同时将所述车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为所述第四光信号，并通过所述地面分区无线通信装置中的光纤环网将所述第四光信号发送至所述分区无线电控制单元；

所述分区无线电控制单元，还用于从所述第二数据中提取牵引定位数据；利用所述牵引定位数据对电机控制单元进行管控；

当所述第一数据为中央运行控制数据，所述第二数据为车载运行控制数据时，

所述核心网，还用于将所述中央运行控制数据以所述光信号形式传输至所述牵引变电站，并在对所述中央运行控制数据进行还原后，将所述中央运行控制数据发送至分区运行控制系统，同时将所述分区运行控制系统返回的分区运行控制数据以所述光信号形式传输至所述中央控制室，并在对所述分区运行控制数据进行还原后，将所述分区运行控制数据发送至所述中央无线电控制单元；

所述分区运行控制系统，用于对所述核心网返回的中央运行控制数据以及所述地面分区无线通信装置返回的车载运行控制数据进行处理，同时生成所述分区运行控制数据，并将所述分区运行控制数据发送至所述核心网和/或所述车载无线通信装置；

所述地面分区无线通信装置，用于将所述分区运行控制数据转化为所述第一毫米波信号并发送至车载无线通信装置，同时将所述车载无线通信装置返回的第二毫米波信号转换为所述车载运行控制数据，并将所述车载运行控制数据发送至所述分区运行控制系统。

7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时，实现如权利要求1至5任一项所述的基于相控阵天线的磁浮列车车地无线通信方法。