CN207354281U - 无线通信系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及一种无线通信系统，包括：无线通信组列和无线信号收发链；无线通信组列包括：第一组列光纤、光分路器和多个无线通信节点；第一组列光纤传输第一信号光信号；光分路器将第一信号光信号进行分路处理，得到分路光信号；无线通信节点同时同步发送第一脉冲信号；无线信号收发链包括：同步控制器、第一信号光纤、多个第一无源光分支器、多个无线信号收发节点、多个第二无源光分支器、第二信号光纤；同步控制器生成接收控制指令，发送给当前无线信号收发节点；当前无线信号收发节点根据第一脉冲信号生成第一通信光信号。

Description

无线通信系统

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种无线通信系统。

背景技术

至今为止，所有移动通信系统建立的目的都是为了解决个人通信，所以，第一代移动通信系统到现今的5G移动通信系统，所有移动通信技术发展都是为了改善个人通信的质量。因此，企图建立在移动通信现有的技术或现有的基础设施之上而解决在广域条件下高速列车的车地通信是不现实的。事实上，目前以GSM技术演变而来的GSM-R已经越来越不能适应高速铁路交通越来越迫切的信息化和智能化的车地通信需求，而且也看不到这项技术的有效进步以及高铁车地通信系统的技术进展。

由于高速移动条件下，无线通信首先受到多普勒效应的影响，由于无线频率随着移动速度的提高频率偏移现象也会同步加剧，这不仅会造成频率失步而且对于在高密度信号调制下的宽带无线通信还会带来非常明显的信号失步，无线电收信机无法解析发信机所发送的通信信号。

高速移动条件下，无线通信尤其是无线宽带通信的多径衰落被急剧放大，直接通信路径由于高速移动而被破坏取而代之的是许多无法预知的通信路径，这些现象是直接导致高速移动下多径衰落明显增大的主要原因。这种现象在大功率远距离的无线通信方式下尤为突出。

为了达到高速条件下无线通信尤其是无线宽带通信的目的，沿高铁线路远距离建设基站并加大通信及功率是通常的做法，而这种做法恰恰降低了无线通信的可靠性。远距离无线通信由于气候变化的原因如雨、雪、雾等恶劣气候现象不仅会降低无线通信的质量，甚至会因此中断通信，这样无线通信就会因此失去高铁信息化和智能化的重要支撑手段的地位，会直接导致高铁信息化和智能化的失败。

同样，无线光通信虽然不受多普勒效应的影响，但是对气象条件的要求过高且系统的高复杂性是的目前还看不到这种技术应用于高铁通信的可能性，而卫星通信除了通信带宽的限制外，高纬度地区卫星信号太弱和太多的铁路隧道也是限制卫星通信应用于高铁车地通信主要原因。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种无线通信系统，提供了一种全新的无线通信模式，将毫米波通信技术应用于与车地通信以解决通信带宽，用短距离微功率无线通信技术替代远距离大功率通信解决无线通信的可靠性问题，用无线光通信的直接调制方式替代目前无线宽带通信常用的高密度的信号调制技术，达到高速移动条件下的信号同步和频率同步；由此，本实用新型结合毫米波通信技术和光通信技术，并使用专用的通信协议来实现列车在高速移动条件下的车地大容量、高可靠数据通信。

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种无线通信系统，所述无线通信系统包括：无线通信组列和无线信号收发链；所述无线通信组列包括第一组列光纤、光分路器和多个无线通信节点；所述无线信号收发链包括同步控制器、第一信号光纤、多个第一无源光分支器、多个无线信号收发节点、多个第二无源光分支器、第二信号光纤；

所述第一组列光纤与所述光分路器相连接；所述多个无线通信节点分别与所述光分路器连接；所述同步控制器与第一信号光纤相连接；所述多个第一无源光分支器分别连接一个所述无线信号收发节点；所述第二信号光纤分别与所述多个第二无源光分支器相连接；所述多个第二无源光分支器分别连接一个所述无线信号收发节点；

所述第一组列光纤传输第一信号光信号至所述光分路器；所述光分路器将所述第一信号光信号进行分路处理，得到多路相同的分路光信号，将每一路分路光信号发送至一个所述无线通信节点；所述多个无线通信节点根据所述分路光信号同步生成相同的第一脉冲信号，由此所述无线通信组列的每一个无线通信节点同时同步发送所述第一脉冲信号；

所述同步控制器生成接收控制指令，通过第一信号光纤和第一无源光分支器，发送给所述第一无源光分支器对应的并且需要接收脉冲信号的多个无线信号收发节点中的当前无线信号收发节点；所述当前所述无线信号收发节点接收所述无线通信组列的多个无线通信节点同时发送的第一脉冲信号，并根据所述第一脉冲信号生成第一通信光信号；所述第二无源光分支器接收对应无线信号收发节点发送的第一通信光信号，并发送给所述第二信号光纤。

进一步优选的，所述当前无线信号收发节点接收完毕所述第一脉冲信号后，所述同步控制器生成接收停止指令，并发送给所述当前无线信号收发节点，所述无线信号收发节点停止接收所述第一脉冲信号；所述同步控制器生成接续接收指令，发送给所述当前无线信号收发节点的接续无线信号收发节点；所述接续无线信号收发节点开始接收多个无线通信节点同时发送的第一脉冲信号，生成第一通信光信号；所述第二无源光分支器接收对应所述接续无线信号收发节点发送的第一通信光信号，并发送给所述第二信号光纤。

进一步优选的，所述无线信号收发链还包括第二光通信机，与所述第二信号光纤相连接；所述第二光通信机处理所述第二信号光纤发送的第一通信光信号。

进一步优选的，所述无线通信节点包括：第一光电转换器、第一频率发生器、第一调制器、第一功率放大器和第一天线；

所述第一光电转换器分别与所述第一频率发生器和所述光分路器相连接；所述第一频率发生器与所述第一调制器相连接；所述第一调制器与所述第一功率放大器相连接；所述第一功率放大器与所述第一天线相连接；

所述第一光电转换器接收所述光分路器发送的分路光信号，将所述分路光信号转化成第一电信号，发送给所述第一调制器；所述第一频率发生器产生频率信号，发送给所述第一调制器；所述第一调制器根据将所述第一电信号调制至所述频率信号中，产生第一同步驱动信号，并发送给所述第一功率放大器；所述第一功率放大器对所述第一同步驱动信号进行放大，产生放大第一同步驱动信号；所述第一天线根据所述放大第一同步驱动信号发送第一脉冲信号。

进一步优选的，所述无线信号收发节点包括：第二天线、低噪声放大器、混频器、第二频率发生器、限幅放大器、第二调制器和第二光电转换器；

所述第二天线与所述低噪声放大器相连接；所述低噪声放大器与所述混频器相连接；所述第二频率发生器与所述混频器相连接；所述混频器与所述限幅放大器相连接；所述限幅放大器与所述第二调制器相连接；所述第二调制器与第二光电转换器相连接；

所述第二天线接收所述无线通信组列的多个无线通信节点同时发送的第一脉冲信号，并发送给所述低噪声放大器；所述低噪声放大器将所述第二天线接收的第一脉冲信号进行低噪放大处理，生成处理脉冲信号，并发送给所述混频器；所述第二频率发生器产生频率信号，发送给所述混频器；所述混频器根据所述处理脉冲信号将所述频率信号处理为混频电信号，发送给所述限幅放大器；所述限幅放大器将所述混频电信号进行限幅放大处理，生成放大电信号，发送给所述第二调制器；所述第二调制器将所述放大电信号进行协议转换生成第一通信电信号，发送给所述第二光电转换器；所述第二光电转换器将所述第一通信电信号转换为第一通信光信号。

进一步优选的，所述无线信号收发节点还包括第二功率放大器，所述第二功率放大器分别与所述第二调制器和所述第二天线相连接；所述第二调制器还与所述第二频率发生器相连接；

所述第一信号光纤传输第二信号光信号；所述多个第一无源光分支器分别将所述第一信号光纤传输的第二信号光信号进行处理，得到分支光信号；所述第二光电转换器接收对应第一无源光分支器传输的所述分支光信号，将所述分支光信号转化成第二电信号，发送给所述第二调制器；所述第二频率发生器产生频率信号，发送给所述第二调制器；所述第二调制器接收所述同步控制器发送的同步发送指令，根据所述同步发送指令将所述第二电信号调制至所述频率信号中，产生第二同步驱动信号，并发送给所述第二功率放大器；所述第二功率放大器对所述第二同步驱动信号进行放大，产生放大第二同步驱动信号；所述第二天线根据所述第二同步驱动信号发送第二脉冲信号，由此无线信号收发链的每一个无线信号收发节点在所述同步控制器的控制下同时同步发送相同的所述第二脉冲信号。

进一步优选的，所述无线通信组列包括信号处理器，分别与所述多个无线通信节点相连接；所述第一天线还与所述第一调制器相连接；

所述多个无线通信节点的每一个第一天线接收所述无线信号收发节点发送的第二脉冲信号；所述第一调制器将所述第二脉冲信号进行解调，产生第二通信电信号；所述第一光电转换器将对应第一解调器产生的第二通信电信号生成第二通信光信号；所述信号处理器分别接收每一个所述无线通信节点发送的第二通信光信号，并进行过滤处理为接收光信号。

进一步优选的，所述无线通信组列还包括：第二组列光纤，与所述信号处理器相连接；所述第二组列光纤传输所述信号处理器发送的接收光信号。

进一步优选的，所述无线通信组列还包括第一光通信机，与所述第二组列光纤相连接；所述第一光通信机处理所述第二组列光纤发送的接收光信号.

本实用新型实施例提供的一种无线通信系统，提供了一种全新的无线通信模式，将毫米波通信技术应用于与车地通信以解决通信带宽，用短距离微功率无线通信技术替代远距离大功率通信解决无线通信的可靠性问题，用无线光通信的直接调制方式替代目前无线宽带通信常用的高密度的信号调制技术，达到高速移动条件下的信号同步和频率同步；由此，本实用新型结合毫米波通信技术和光通信技术，并使用专用的通信协议来实现列车在高速移动条件下的车地大容量、高可靠数据通信。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的无线通信组列的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的无线通信节点的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的无线通信节点发送信号的示意图；

图4为本实用新型实施例提供的无线信号收发链的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的无线信号收发节点的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的无线信号收发节点接收信号的示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

本实用新型实施例提供的无线通信系包括无线通信组列和无线信号收发链。

首先，介绍无线通信组列的结构，图1为本实用新型实施例提供的无线通信组列的结构示意图，如图1所示，无线通信组列具体包括第一组列光纤11、光分路器12和多个无线通信节点13。需要说明的是，在通信过程中，无线通信组列既可以向无线信号收发链发送信号，也可以接收无线信号收发链发送的信号。

其中，第一组列光纤11与光分路器12相连接；多个无线通信节点13分别与光分路器12连接。

第一组列光纤11，用于传输第一信号光信号；具体的说，第一组列光纤11传输的是光信号，第一信号光信号是指无线通信组列要向无线信号收发链发送的信号。

光分路器12，与第一组列光纤11相连，因此光分路器12可以接收到第一组列光纤11传输的信号光信号，光分路器12将第一组列光纤11传输的第一信号光信号进行分路处理，得到多路相同的分路光信号；并且光分路器12与多个无线通信节点13相连接，并将每一路分路光信号分别发送至一个无线通信节点13，从而实现了信号光信号以广播的形式向下传输，所以在每个无线通信节点13上所接收到的分路光信号是一样的。

多个无线通信节点13，根据分路光信号同步生成相同的第一脉冲信号，由此无线通信组列的每一个无线通信节点13同时同步发送第一脉冲信号。图2为本实用新型实施例提供的无线通信节点13的结构示意图，下面具体介绍无线通信节点13的结构，如图2所示，无线通信节点13包括第一光电转换器131、第一频率发生器132、第一调制器133、第一功率放大器134和第一天线135。其中，第一光电转换器131分别与第一频率发生器132和光分路器12相连接；第一频率发生器132与第一调制器133相连接；第一调制器133与第一功率放大器134相连接；第一功率放大器134与第一天线135相连接。

图3为本实用新型实施例提供的无线通信节点13发送信号的示意图，结合图2和图3所示，在无线通信节点13发送信号时，第一光电转换器131用于接收光分路器12发送的分路光信号，将分路光信号转化成第一电信号，从而完成光信号到电信号的转化过程，并发送给第一调制器133；其中分路光信号的波形可以为图3中第一光电转换器131左下方的波形图，经光电转化后形成的第一电信号的波形图可以为第一光电转换器131左上方的波形图。

第一频率发生器132用于产生频率信号，发送给第一调制器133；具体的，频率发生器能够产生稳定波形的频率信号，以供调制器进行载波；其中，第一频率发生器132产生的频率信号波形图可以为图3中第一频率发生器132左上方所示的波形图。

第一调制器133，将第一电信号调制至频率信号中，也就是将第一电信号加载在稳定波形的频率信号中，产生第一同步驱动信号，并发送给第一功率放大器134；其中，第一同步驱动信号的波形图可以为图3中第一调制器133左上方所示的波形图；调制器的调制方式为脉冲调制方式，例如开关键控(on-off keying modulation，OOK)或数字脉冲间隔调制(digital pulse interval modulation，DPIM)等。

第一功率放大器134，用于对第一同步驱动信号进行放大，产生放大第一同步驱动信号；具体的，由于第一调制器133产生的第一同步驱动信号的波形较小，需要第一功率放大器134对第一同步驱动信号进行放大，从而得到波形明显的放大第一同步驱动信号。

第一天线135，用于根据放大第一同步驱动信号发送第一脉冲信号；其中，第一天线135优选为射频天线，具体的来说，射频天线根据第一功率放大器134产生的放大第一同步驱动信号生成微功率的第一脉冲信号，微功率的第一脉冲信号可以为射频信号，并发送给无线信号收发链。

其次，介绍无线信号收发链的结构，图4为本实用新型实施例提供的无线信号收发链的结构示意图，如图4所示，无线信号收发链包括同步控制器23、第一信号光纤21、多个第一无源光分支器22、多个无线信号收发节点24、多个第二无源光分支器25、第二信号光纤26。需要说明的是，无线信号收发链既可以向无线通信组列，也可以接收无线通信组列发送的信号。

其中，多个第一无源光分支器22分别连接一个无线信号收发节点24；第二信号光纤分别26与多个第二无源光分支器25相连接；多个第二无源光分支器25分别连接一个无线信号收发节点24。

同步控制器23，用于生成接收控制指令，通过第一信号光纤21和第一无源光分支器22，发送给第一无源光分支器22对应的，并且需要接收脉冲信号的多个无线信号收发节点24中的当前无线信号收发节点24。

当前无线信号收发节点24，用于接收无线通信组列的多个无线通信节点13同时发送的第一脉冲信号，并根据第一脉冲信号生成第一通信光信号；需要说明的是当前无线信号收发节点24是指处于工作状态的无线信号收发节点24，每个工作状态的无线信号收发节点24都可以称之为当前无线信号收发节点24，每个无线信号收发节点24的结构是相同的。

图5为本实用新型实施例提供的无线信号收发节点24的结构示意图，下面具体介绍无线信号收发节点24的结构，如图5所示，无线信号收发节点24包括第二天线245、低噪声放大器246、混频器247、第二频率发生器242、限幅放大器248、第二调制器243和第二光电转换器241。

其中，第二天线245与低噪声放大器246相连接；低噪声放大器246与混频器247相连接；第二频率发生器242与混频器247相连接；混频器247与限幅放大器248相连接；限幅放大器248与第二调制器243相连接；第二调制器243与第二光电转换器241相连接。

图6为本实用新型实施例提供的无线信号收发节点24接收信号的示意图，结合图5和图6所示，无线信号收发节点24在接收信号时，第二天线245用于接收无线通信组列的多个无线通信节点13的第一天线135同时发送的第一脉冲信号，也就是说，无线通信组列与无线信号收发链之间的信号传输是通过天线产生的射频信号进行传输的；其中，第二天线245接收到的第一脉冲信号的波形可以为如图6中第二天线245左侧的波形图。

低噪声放大器246，用于将第二天线245接收的第一脉冲信号进行低噪放大处理，生成处理脉冲信号，并发送给混频器247；处理脉冲信号的波形可以为如图6中低噪声放大器246右上方的波形图。

第二频率发生器242，用于产生频率信号，发送给混频器247；具体的，第二频率发生器242能够产生稳定波形的频率信号，以供混频器247进行载波，其中，频率信号的波形可以为如图6中第二频率发生器242左上方的波形图。

混频器247，用于根据处理脉冲信号将频率信号处理为混频电信号；具体的，混频器247将处理脉冲信号加载在具有稳定波形的频率信号中，从而得到混频信号，发送给限幅放大器248，其中，得到的混频信号的波形图可以为如图6中混频器247右上方的波形图。

限幅放大器248，用于将混频电信号进行限幅放大处理，生成放大电信号；具体的，由于混频器247产生的混频信号波形较小，需要限幅放大器248对混频信号进行放大处理，从而得到波形明显的放大电信号，并发送给第二调制器243；其中，放大电信号的波形图可以为如图6中限幅放大器248右上方的波形图。

第二调制器243，用于将放大电信号进行协议转换生成第一通信电信号；第一通信电信号的波形图可以为如图6中第二调制器243右上方的波形图。

第二光电转换器241，用于将第一通信电信号转换为第一通信光信号，从而将传输的电信号转化成光信号。

在当前无线信号收发节点24接收完毕所述第一脉冲信号后，同步控制器23还用于生成接收停止指令，并发送给所述当前无线信号收发节点24，无线信号收发节点24停止接收第一脉冲信号。同步控制器23还用于生成接续接收指令，发送给当前无线信号收发节点24的接续无线信号收发节点24；接续无线信号收发节点24开始接收多个无线通信节点13同时发送的第一脉冲信号，生成第一通信光信号。

多个第二无源光分支器25，分别与无线信号收发节点24相连，也就是说每个无线信号收发节点24对应一个第二无源光分支器25，第二无源光分支器25用于接收对应接续无线信号收发节点24产生的第一通信光信号，并发送给第二信号光纤26。

无线信号收链还包括第二光通信机27，与第二信号光纤26相连接，用于处理第二信号光纤26发送的第一通信光信号。

在无线信号收发链向无线通信组列发信号的过程中，同步控制器23还用于生成同步发送信号，发送给所有无线信号收发节点24，所有无线信号收发节点24按照系统规定的通信协议同步发出相同频率，而且在时间上同步的第二脉冲信号，由此无线信号收发链的每一个无线信号收发节点24在同步控制器23的控制下同时同步发送相同的第二脉冲信号。

具体的，再次如图4所示，第一信号光纤21还可以用于传输第二信号光信号，其中，第一信号光纤21传输的是光信号，第二信号光信号是指无线信号收发链要向无线通信组列发送的信号。

多个第一无源光分支器22，分别与第一信号光纤21相连，将第一信号光纤21传输的第二信号光信号进行处理，得到多路相同的分支光信号，并发送给相对应的无线信号收发节点24，从而实现了信号光信号以广播的形式向下传输，所以在每个无线信号收发节点24上所接收到的分支光信号是一样的。

结合图4和图5所示，每个无线信号收发节点24的第二光电转换器241还可以用于接收对应第一无源光分支器22传输的分支光信号，将分支光信号转化成第二电信号，从而完成光信号到电信号的转化过程，发送给第二调制器243。

第二频率发生器242还可以用于产生频率信号，发送给第二调制器243；具体的，频率发生器能够产生稳定波形的频率信号，以供调制器进行载波。第二调制器243，还用于接收同步控制器23发送的同步发送指令，根据同步发送指令将第二电信号调制至频率信号中，产生第二同步驱动信号，并发送给第二功率放大器244，其中，调制器的调制方式为脉冲调制方式，例如OOK或DPIM等。

第二功率放大器244还可以用于对第二同步驱动信号进行放大，产生放大第二同步驱动信号；具体的，由于第二调制器243产生的第二同步驱动信号的波形较小，需要第二功率放大器244对第二同步驱动信号进行放大，从而得到波形明显的放大第二同步驱动信号。

第二天线245，还用于根据第二同步驱动信号发送第二脉冲信号，第二天线245优选为射频天线，具体的来说，射频天线根据第二功率放大器244产生的放大第二驱动信号生成微功率的第二脉冲信号，微功率的第二脉冲信号可以为射频信号，并发送给无线通信组列。

多个无线通信节点13的第一天线135还可以用于接收无线信号收发链中的无线信号收发节点24发送的第二脉冲信号。

再次如图1所示，无线通信组列还包括信号处理器14，信号处理器14可以为芯片，分别与多个无线通信节点13相连接，用于对多个无线通信节点13产生的相同的通信光信号进行过滤处理。

具体的，结合图1和图2所示，第一调制器133还与第一天线135相连接。用于将第二脉冲信号进行解调，产生第二通信电信号；第一光电转换器131还用于将对应第一解调器产生的第二通信电信号生成第二通信光信号。信号处理器14用于分别接收每一个无线通信节点13发送的第二通信光信号，并进行过滤处理为接收光信号。无线通信组列还包括第二组列光纤15，与信号处理器14相连接，用于传输信号处理器14发送的接收光信号。无线通信组列还包括第一光通信机16，与第二组列光纤15相连接，用于处理第二组列光纤15发送的接收光信号。

本实用新型提供的无线通信系统具体可以应用于车地通信中，具体的，无线通信组列和无线信号收发链的分布是平行的，无线通信组列沿列车的纵轴方向安装在车厢上，多个无线通信节点13通过天线或天线的组合形成一个线型的无线电覆盖区；无线信号收发链沿列车轨道的方向设置，多个无线信号收发节点24通过无源光网络连接，形成链型无线网络，每一个无线信号收发节点24的天线与铁轨相垂直，并与无线通信节点13的天线方向相对，其距离保证相互发射的无线信号可以被对方完整接受，从而形成无线通信关系；其中，线型无线通信组列的长度为L，无线信号收发链的每个无线信号收发节点24之间的距离相等，并且等于线型无线通信组列的长度L。下面具体介绍车载无线通信组列与地面无线信号收发链之间的通信过程。

在列车向地面通信时，车地通信主要包括两个部分，一个是车载无线通信组列发送信号，另一个是无线信号收发链接收信号。

在车载无线通信组列发送信号时，由列车信号处理系统端发出的第一信号光信号沿第一组列光纤11传输，通过光分路器12被分为N路相同的分路光信号，N路相同的分路光信号分别沿第一组列光纤11传输至相对应的无线通信节点13，每个无线通信节点13的光电转换器接收光分路器12发送的一路分路光信号。同步控制器23，用于向所有无线通信节点13发送同步控制信号，控制所有的无线通信节点13按照系统规定的通信协议同步发出相同频率，而且在时间上同步的第一脉冲信号。

具体的，每个无线通信节点13的第一光电转换器131接收光分路器12发送的分路光信号，将分路光信号转化成第一电信号，从而完成光信号到电信号的转化过程，并发送给第一调制器133。第一频率发生器132产生频率信号，发送给第一调制器133；具体的，频率发生器能够产生稳定波形的频率信号，以供调制器进行载波。第一调制器133将第一电信号调制至频率信号中，也就是将第一电信号加载在稳定波形的频率信号中，产生第一同步驱动信号，并发送给第一功率放大器134；其中，调制器的调制方式为脉冲调制方式，例如OOK或DPIM等。第一功率放大器134对第一同步驱动信号进行放大，产生放大第一同步驱动信号；具体的，由于第一调制器133产生的第一同步驱动信号的波形较小，需要第一功率放大器134对第一同步驱动信号进行放大，从而得到波形明显的放大第一同步驱动信号。第一天线135根据放大第一同步驱动信号发送第一脉冲信号；其中，第一天线135优选为射频天线，具体的来说，射频天线根据第一功率放大器134产生的放大第一同步驱动信号生成微功率的第一脉冲信号，微功率的第一脉冲信号可以为射频信号，并发送给无线信号收发链。由此实现了无线通信组列的每一个无线通信节点13同时同步发送第一脉冲信号。

在无线信号收发链接收信号时，同步控制器23生成接收控制指令，通过第一信号光纤21和第一无源光分支器22，发送给第一无源光分支器22对应的，并且需要接收脉冲信号的多个无线信号收发节点24中的当前无线信号收发节点24。当前无线信号收发节点24接收无线通信组列的多个无线通信节点13同时发送的第一脉冲信号，并根据第一脉冲信号生成第一通信光信号。

具体的，当前无线信号收发节点24的第二天线245接收无线通信组列的多个无线通信节点13的第一天线135同时发送的第一脉冲信号，也就是说，无线通信组列与无线信号收发链之间的信号传输是通过天线产生的射频信号进行传输的。低噪声放大器246将第二天线245接收的第一脉冲信号进行低噪放大处理，生成处理脉冲信号，并发送给混频器247。第二频率发生器242产生频率信号，发送给混频器247；具体的，第二频率发生器242能够产生稳定波形的频率信号，以供混频器247进行载波。混频器247根据处理脉冲信号将频率信号处理为混频电信号；具体的，混频器247将处理脉冲信号加载在具有稳定波形的频率信号中，从而得到混频信号，发送给限幅放大器248。限幅放大器248将混频电信号进行限幅放大处理，生成放大电信号；具体的，由于混频器247产生的混频信号波形较小，需要限幅放大器248对混频信号进行放大处理，从而得到波形明显的放大电信号，并发送给第二调制器243。第二调制器243将放大电信号进行协议转换生成第一通信电信号，发送给光电转换器。第二光电转换器241将第一通信电信号转换为第一通信光信号，从而将传输的电信号转化成光信号，并发送给相对应的第二无源光分支器25。

在当前无线信号收发节点24接收完毕所述第一脉冲信号后，同步控制器23还用于生成接收停止指令，并发送给当前无线信号收发节点24，无线信号收发节点24停止接收第一脉冲信号；同步控制器23生成接续接收指令，发送给当前无线信号收发节点24的接续无线信号收发节点24；接续无线信号收发节点24开始接收多个无线通信节点13同时发送的第一脉冲信号，生成第一通信光信号，并发送给相对应的第二无源光分支器25。

多个第二无源光分支器25将接收到的对应接续无线信号收发节点24产生的第一通信光信号发送给第二信号光纤26，第二光纤将第一通信光信号传输至第二光通信机27进行光信号处理。

在上述列车向地面通信过程中，车载无线通信组列的每个无线通信节点13按照系统规定的通信协议同步发出相同频率，而且在时间上同步的微功率的第一脉冲信号，这些同步的微功率的第一脉冲信号形成一个指向地面通信系统的无线信号收发链，从而被无线信号收发链中的一个无线信号收发节点24所接收；无线信号收发节点24在无线信号收发链的同步控制器23的控制下，将接收到的信号进行协议转换，并由无线信号收发节点24的第二光电转换器241转化成光信号，然后按照地面网络的接收端第二光通信机27的指令，将光信号通过光纤传输到地面接收端进行处理。

在列车行进过程中，随着列车的移动，线型无线通信组列会随列车移动直到脱离地面链型网络的无线信号收发节点BF(k)，但由于地面网络的无线信号收发节点24之间的距离和线型无线通信组列的长度相等，因此，当线型无线通信组列脱离无线信号收发节点BF(k)时，必然根据移动方向同时接入另一个相同的，且在同步工作的无线信号收发节点BF(k-1)或者无线信号收发节点BF(k+1)，并由新的无线信号收发节点24接收线型无线通信组列发送的无线通信信号，并按顺序依次由各个无线信号收发节点24的第二光电转换器241转换为光信号，传输到地面通信网络的第二光通信机27进行处理。为描述方便，上述BF表示无线信号收发节点24，BF(k)表示第k个无线信号收发节点，BF(k-1)表示第k-1个无线信号收发节点，BF(k+1)表示第k+1个无线信号收发节点。

由此，车载线型无线通信组列随列车沿地面无线信号收发链所形成的链型无线网络移动，线型无线通信组列的每个无线通信节点13机依次通过地面链型无线网络的无线信号收发节点24，由于每个无线通信节点13完全同步工作，所以在列车通过时，地面网络的无线信号收发节点24接收到的信号是完全一样的，不会受到列车移动过程的影响。

同时，虽然在列车高速移动的过程中，车载线型无线通信组列也在高速移动，但由于线型无线通信组列发送的无线电波与地面网络的无线信号收发节点基本垂直，且采用了光通信的直接调制方式，由此多普勒效应对于通信过程的影响是很小的。进一步的，由于线型无线通信组列的无线电波的发射方向垂直于地面无线信号收发链，所以存在着高信噪比的以直接路径为主的通信路径，通过无线通信组列的功率调整和采用高品质的天线系统可以避免多路径的干扰，从而在列车快速的行进过程中保证通信质量。

在地面向列车通信时，车地通信主要包括两个部分，一个是无线信号收发链发送信号，另一个是车载无线通信组列接收信号。

在地面无线信号收发链发送信号时，同步控制器23生成同步发送信号，发送给所有无线信号收发节点24，所有无线信号收发节点24按照系统规定的通信协议同步发出相同频率，而且在时间上同步的第二脉冲信号，由此无线信号收发链的每一个无线信号收发节点24在同步控制器23的控制下同时同步发送相同的第二脉冲信号。

具体的，第一信号光纤21传输第二信号光信号，其中，第一信号光纤21传输的是光信号，第二信号光信号是指无线信号收发链要向无线通信组列发送的信号。多个第一无源光分支器22将第一信号光纤21传输的第二信号光信号进行处理，得到多路相同的分支光信号，并发送给相对应的无线信号收发节点24，从而实现了信号光信号以广播的形式向下传输，所以在每个无线信号收发节点24上所接收到的分支光信号是一样的。每个无线信号收发节点24的第二光电转换器241接收对应第一无源光分支器22传输的分支光信号，将分支光信号转化成第二电信号，从而完成光信号到电信号的转化过程，发送给第二调制器243。第二频率发生器242产生频率信号，发送给第二调制器243。第二调制器243接收同步控制器23发送的同步发送指令，根据同步发送指令将第二电信号调制至频率信号中，产生第二同步驱动信号，并发送给第二功率放大器244，其中，调制器的调制方式为脉冲调制方式，例如OOK或DPIM等。第二功率放大器244对第二同步驱动信号进行放大，产生放大第二同步驱动信号；具体的，由于第二调制器243产生的第二同步驱动信号的波形较小，需要第二功率放大器244对第二同步驱动信号进行放大，从而得到波形明显的放大第二同步驱动信号。第二天线245根据第二同步驱动信号发送第二脉冲信号，第二天线245优选为射频天线，具体的来说，射频天线根据第二功率放大器244产生的放大第二驱动信号生成微功率的第二脉冲信号，微功率的第二脉冲信号可以为射频信号，并发送给无线通信组列。

在无线通信组列在接收信号时，多个无线通信节点13的第一天线135接收无线信号收发链中的无线信号收发节点24发送的通信信号。第一调制器133将第二脉冲信号进行解调，产生第二通信电信号；第一光电转换器131将对应第一解调器产生的第二通信电信号生成第二通信光信号。信号处理器14分别接收每一个无线通信节点13发送的第二通信光信号，对多个无线通信节点13产生的相同的通信光信号进行过滤处理得到接收光信号，并将处理得到的接收光信号通过第二组列光纤15传输至第一光通信机16进行接收光信号的处理。

进一步的，在本例中，以通信频率90G毫米波为例，若以5％的信号调制率计算，在90G载波频率下可以获得约4.5G的通信速率，同样，在较容易获得的频率45G、60G这些频率段所能得到的通信速率也是非常可观的，远远超过目前的通信系统所能够为高速列车提供的通信速率，因此在毫米波频率段布置多个频率点进行通信可以获得更多的通信带宽。

在上述的通信过程中，虽然随着列车高速移动发信机也在高速移动中，但是由于线型无线通信组列所发射的无线电波与地面网络的无线信号收发节点24基本垂直，且采用了光通信的直接调制方式，多普勒效应对于通信过程的影响是很小的。

在上述通信系统的结构中，可以将无线通信组列和地面通信网络的无线信号收发节点看作是在一个平面上，而且最大多普勒效应出现在地面网络的节点正对应在车载线型无线通信组列的任意二个无线通信节点之间时，因此有简化的多普勒效应公式：

其中：Δf＝多普勒效应所引起的频率偏移值；

F＝工作频率，在本例中为90G；

V＝移动速度，在本例中为360km/h,0.1km/s；

C＝光速，300,000km/s；

θ＝车载无线通信组列的移动方向与地面无线信号收发链之间的夹角；

当车载线型无线通信组列的无线通信节点之间的距离为d，且无线通信组列与地面链型无线信号收发链的无线信号收发节点之间的垂直距离同样为d时，在移动速度为360km/h条件下，上述公式可写为：

代入c＝300,000km/s、F＝90G可得出最大多普勒效应造成的频率偏移值Δf＝13416Hz。

这个频率偏移率不足千万分之十五，对于90G的基频来说在直接调制的工况下工作时完全不会影响无线收发信机的正常工作。

综上，在上述车地通信过程中，车载无线通信组列沿地面无线信号收发链不断移动，依次通过地面通信网络的每个无线信号收发节点，并依次按序向地面端的无线信号收发节点发出无线通信信号，地面端通信网络的每个无线信号收发节点接收到这些通信信号时按网络的通信规则依次按序，并由光通信网络发送至地面的核心网络进行处理。同时，地面通信网络的每个无线信号收发节点向车载无线通信组列发送通信信号，并在车载无线通信组列通过时被接收，再由车载光通信网络传送到车载核心网络进行数据处理，从而实现了一段区域内高速移动的列车对地面网络的连续通信过程。

此外，需要说明的是，在列车运行过程中，车载无线通信组列的每个车载无线通信节点在发送信号的同时，也可以接收地面无线信号收发链发送的信号，可以利用频分复用来实现。

同样的，地面无线信号收发链中每个无线信号收节点利用频分复用技术在接收车载无线通信组列发送信号的同时，也可以向无线通信组列发送信号。也就是说无线通信节点和无线信号收节点可以同时接收和发送信号，从而实现列车运动过程中的连续通信过程。

本实用新型实施例提供的一种无线通信系统，提供了一种全新的无线通信模式，将毫米波通信技术应用于与车地通信以解决通信带宽，用短距离微功率无线通信技术替代远距离大功率通信解决无线通信的可靠性问题，用无线光通信的直接调制方式替代目前无线宽带通信常用的高密度的信号调制技术，达到高速移动条件下的信号同步和频率同步；由此，本实用新型结合毫米波通信技术和光通信技术，并使用专用的通信协议来实现列车在高速移动条件下的车地大容量、高可靠数据通信。

专业人员应该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实用新型的范围。

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。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无线通信系统，其特征在于，所述无线通信系统包括：无线通信组列和无线信号收发链；所述无线通信组列包括第一组列光纤、光分路器和多个无线通信节点；所述无线信号收发链包括同步控制器、第一信号光纤、多个第一无源光分支器、多个无线信号收发节点、多个第二无源光分支器、第二信号光纤；

所述第一组列光纤与所述光分路器相连接；所述多个无线通信节点分别与所述光分路器连接；所述同步控制器与第一信号光纤相连接；所述多个第一无源光分支器分别连接一个所述无线信号收发节点；所述第二信号光纤分别与所述多个第二无源光分支器相连接；所述多个第二无源光分支器分别连接一个所述无线信号收发节点；

所述第一组列光纤传输第一信号光信号至所述光分路器；所述光分路器将所述第一信号光信号进行分路处理，得到多路相同的分路光信号，将每一路分路光信号发送至一个所述无线通信节点；所述多个无线通信节点根据所述分路光信号同步生成相同的第一脉冲信号，由此所述无线通信组列的每一个无线通信节点同时同步发送所述第一脉冲信号；

所述同步控制器生成接收控制指令，通过第一信号光纤和第一无源光分支器，发送给所述第一无源光分支器对应的并且需要接收脉冲信号的多个无线信号收发节点中的当前无线信号收发节点；所述当前所述无线信号收发节点接收所述无线通信组列的多个无线通信节点同时发送的第一脉冲信号，并根据所述第一脉冲信号生成第一通信光信号；所述第二无源光分支器接收对应无线信号收发节点发送的第一通信光信号，并发送给所述第二信号光纤。

2.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，所述当前无线信号收发节点接收完毕所述第一脉冲信号后，所述同步控制器生成接收停止指令，并发送给所述当前无线信号收发节点，所述无线信号收发节点停止接收所述第一脉冲信号；所述同步控制器生成接续接收指令，发送给所述当前无线信号收发节点的接续无线信号收发节点；所述接续无线信号收发节点开始接收多个无线通信节点同时发送的第一脉冲信号，生成第一通信光信号；所述第二无源光分支器接收对应所述接续无线信号收发节点发送的第一通信光信号，并发送给所述第二信号光纤。

3.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，所述无线信号收发链还包括第二光通信机，与所述第二信号光纤相连接；所述第二光通信机处理所述第二信号光纤发送的第一通信光信号。

4.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，所述无线通信节点包括：第一光电转换器、第一频率发生器、第一调制器、第一功率放大器和第一天线；

所述第一光电转换器分别与所述第一频率发生器和所述光分路器相连接；所述第一频率发生器与所述第一调制器相连接；所述第一调制器与所述第一功率放大器相连接；所述第一功率放大器与所述第一天线相连接；

所述第一光电转换器接收所述光分路器发送的分路光信号，将所述分路光信号转化成第一电信号，发送给所述第一调制器；所述第一频率发生器产生频率信号，发送给所述第一调制器；所述第一调制器根据将所述第一电信号调制至所述频率信号中，产生第一同步驱动信号，并发送给所述第一功率放大器；所述第一功率放大器对所述第一同步驱动信号进行放大，产生放大第一同步驱动信号；所述第一天线根据所述放大第一同步驱动信号发送第一脉冲信号。

5.根据权利要求4所述的无线通信系统，其特征在于，所述无线信号收发节点包括：第二天线、低噪声放大器、混频器、第二频率发生器、限幅放大器、第二调制器和第二光电转换器；

所述第二天线与所述低噪声放大器相连接；所述低噪声放大器与所述混频器相连接；所述第二频率发生器与所述混频器相连接；所述混频器与所述限幅放大器相连接；所述限幅放大器与所述第二调制器相连接；所述第二调制器与第二光电转换器相连接；

所述第二天线接收所述无线通信组列的多个无线通信节点同时发送的第一脉冲信号，并发送给所述低噪声放大器；所述低噪声放大器将所述第二天线接收的第一脉冲信号进行低噪放大处理，生成处理脉冲信号，并发送给所述混频器；所述第二频率发生器产生频率信号，发送给所述混频器；所述混频器根据所述处理脉冲信号将所述频率信号处理为混频电信号，发送给所述限幅放大器；所述限幅放大器将所述混频电信号进行限幅放大处理，生成放大电信号，发送给所述第二调制器；所述第二调制器将所述放大电信号进行协议转换生成第一通信电信号，发送给所述第二光电转换器；所述第二光电转换器将所述第一通信电信号转换为第一通信光信号。

6.根据权利要求5所述的无线通信系统，其特征在于，所述无线信号收发节点还包括第二功率放大器，所述第二功率放大器分别与所述第二调制器和所述第二天线相连接；所述第二调制器还与所述第二频率发生器相连接；

所述第一信号光纤传输第二信号光信号；所述多个第一无源光分支器分别将所述第一信号光纤传输的第二信号光信号进行处理，得到分支光信号；所述第二光电转换器接收对应第一无源光分支器传输的所述分支光信号，将所述分支光信号转化成第二电信号，发送给所述第二调制器；所述第二频率发生器产生频率信号，发送给所述第二调制器；所述第二调制器接收所述同步控制器发送的同步发送指令，根据所述同步发送指令将所述第二电信号调制至所述频率信号中，产生第二同步驱动信号，并发送给所述第二功率放大器；所述第二功率放大器对所述第二同步驱动信号进行放大，产生放大第二同步驱动信号；所述第二天线根据所述第二同步驱动信号发送第二脉冲信号，由此无线信号收发链的每一个无线信号收发节点在所述同步控制器的控制下同时同步发送相同的所述第二脉冲信号。

7.根据权利要求6所述的无线通信系统，其特征在于，所述无线通信组列包括信号处理器，分别与所述多个无线通信节点相连接；所述第一天线还与所述第一调制器相连接；

所述多个无线通信节点的每一个第一天线接收所述无线信号收发节点发送的第二脉冲信号；所述第一调制器将所述第二脉冲信号进行解调，产生第二通信电信号；所述第一光电转换器将对应第一解调器产生的第二通信电信号生成第二通信光信号；所述信号处理器分别接收每一个所述无线通信节点发送的第二通信光信号，并进行过滤处理为接收光信号。

8.根据权利要求7所述的无线通信系统，其特征在于，所述无线通信组列还包括：第二组列光纤，与所述信号处理器相连接；所述第二组列光纤传输所述信号处理器发送的接收光信号。

9.根据权利要求8所述的无线通信系统，其特征在于，所述无线通信组列还包括第一光通信机，与所述第二组列光纤相连接；所述第一光通信机处理所述第二组列光纤发送的接收光信号。