CN212660336U - 一种用于轨道交通设备的车载5g通信装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于轨道交通设备的车载5G通信装置，包括无线接入单元、网络馈线、车载交换机、第一连接器和第二连接器，无线接入单元安装在轨道交通设备的车顶，无线接入单元通过第一连接器与网络馈线的一端相连，网络馈线的另一端通过第二连接器与车载交换设备相连，车载交换机安装在轨道交通设备的车厢内。与现有技术相比，本实用新型具有实现轨道交通设备的5G网络接入、一体化成型、传输速度快、环境适应力强、通用性强、可靠性高、支持多网络冗余热备份和成本低等优点。

Description

一种用于轨道交通设备的车载5G通信装置

技术领域

本实用新型涉及轨道交通车载通信技术领域，尤其是涉及一种用于轨道交通设备的车载5G通信装置。

背景技术

经过多年的发展，通信技术为人们正常的生产生活带来了极大的便利，加快了数字化时代的建设步伐，为了满足铁路和轨道交通行业的业务需求，轨道交通和铁路开始了对列车的5G系统接入方法进行构建和应用思考。传统的GSM-R、TETRA、 LTE-R和LTE-M网络覆盖情况下，车载设备通过馈线线缆连接车顶或车底的天线设备，完成无线网络的接入。

既有的无线接入方式具有以下缺陷：

(1)既有的天线尺寸较大，且更换不便，单天线设计无法实现分集接收；

(2)使用馈线线缆连接，馈线价格昂贵，需要专业仪表进行参数测试；

(3)信号衰减特性受现场安装馈线线缆长度的影响明显，线缆越长损耗越大；

(4)信号的衰减量会随温度的升高而增大，为克服温度特性必须进行温度补偿，增加成本；

(5)安装时，馈线电缆在拐角处不能弯曲成直角或被压扁。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实现轨道交通设备的5G网络接、一体化成型、传输速度快的用于轨道交通设备的车载5G 通信装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于轨道交通设备的车载5G通信装置，包括内嵌5G通信芯片的无线接入单元、网络馈线、车载交换机、第一连接器和第二连接器；所述的无线接入单元安装在轨道交通设备的车顶；所述的无线接入单元通过第一连接器与网络馈线的一端相连；所述的网络馈线的另一端通过第二连接器与车载交换机相连；所述的车载交换机安装在轨道交通设备的车厢内。

优选地，所述的无线接入单元包括底座、外壳、控制器、GPS定位模块、射频模块、电源和天线；所述的控制器、GPS定位模块、射频模块和电源分别安装在底座上；所述的底座与外壳相连；所述的GPS定位模块、射频模块和电源分别与控制器相连；所述的天线与射频模块相连。

更加优选地，所述的外壳与底座进行可拆卸连接。

更加优选地，所述的射频模块包括若干个5G通信芯片。

更加优选地，所述的电源为直流电源或POE供电电源。

更加优选地，所述的天线为内置式全频段MIMO天线阵列。

优选地，所述的网络馈线为带屏蔽线缆。

更加优选地，所述的带屏蔽线缆为超七类线缆。

优选地，所述的第一连接器和第二连接器均为千兆以太网连接器。

更加优选地，所述的第一连接器和第二连接器均设有金属外壳。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

一、实现轨道交通设备的5G网络接入：本实用新型中的车载5G通信装置通过5G射频模块、内置MIMO天线、网络馈线以及车载交换机实现轨道交通设备的5G网络接入，实现了轨道交通设备的数据的高速传输。

二、一体化成型：本实用新型中的车载5G通信装置使用内置式MIMO天线阵列来替代多根连接馈线线缆，避免线缆及接口的射频损耗，装置一体化成型，占用的车顶空间更少。

三、传输速度快：本实用新型中的车载5G通信装置支持5G独立组网SA和非独立组网NSA两种网络架构，拥有更快的传输速度，更优秀的承载能力，以及更低的网络延时。

四、环境适应力强：本实用新型中的车载5G通信装置支持Sub-6GHz频段，支持中高速移动，传输损耗较少，没有雨衰，支持非视距无线通信NLOS，在轨道交通设备运行时，装置受到的影响较小。

五、通用性强：本实用新型中的车载5G通信装置设有标准的支持M.2接口的 5G通信芯片，可以兼容多种通信协议，如sata、PCIe、USB、HSIC、UART、SMBus 等，可实现跨平台、跨无线系统，支持通过网络接口通过授权后修改IMIS号码，装置的通用性强。

六、可靠性高：本实用新型中的车载5G通信装置内部一体化集成支持多种Massive MIMO大规模多进多出天线阵列，具有极高的频谱利用效率，显著增强了装置的可靠性、传输范围和吞吐量。

七、支持多网络冗余热备份：本实用新型中的车载5G通信装置支持列车的多网络冗余热备份，铁路或地铁列车可在列车顶部安装两套接入设备，实现网络的冗余热备份。

八、成本低：本实用新型中的车载5G通信装置使用网络馈线线缆连接无线接入单元和车载交换机，成本低廉且易于测试，使用网络测试仪或电脑即可调试，支持IPv4和IPv6数据服务，大大降低了装置的制造成本。

附图说明

图1为本实用新型中5G通信装置的结构示意图；

图2为本实用新型中无线接入单元的结构示意图；

图3为本实用新型中无线接入单元的俯视图；

图4为本实用新型中射频模块的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中机架式车载交换机的主视图；

图6为本实用新型实施例中机架式车载交换机的俯视图；

图7为本实用新型实施例中壁挂式车载交换机的主视图；

图8为本实用新型实施例中壁挂式车载交换机的俯视图。

图中标号所示：

1、无线接入单元，2、网络馈线，3、车载交换机，4、第一连接器，5、第二连接器，101、底座，102、外壳，103、控制器，104、GPS定位模块，105、射频模块，106、电源，107、天线。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

一种用于轨道交通设备的车载5G通信装置，其结构如图1所示，包括：无线接入单元1、网络馈线2、车载交换机3、第一连接器4和第二连接器5，无线接入单元1安装在轨道交通设备的车顶，无线接入单元通过第一连接器4与网络馈线2 的一端相连，网络馈线2的另一端通过第二连接器5与车载交换机3相连，车载交换机3安装在轨道交通设备的车厢内。

本实施例中无线接入单元1的结构如图2和图3所示，包括底座101、外壳102、控制器103、GPS定位模块104、射频模块105、电源106和天线107，控制器103、 GPS定位模块104、射频模块105和电源106分别安装在底座101上，底座101与外壳102相连，GPS定位模块104、射频模块105和电源106分别与控制器103相连，天线107与射频模块105相连。

外壳102与底座101进行可拆卸连接，方便对设备进行维护。

本实施例中的射频模块105包括若干个5G通信芯片，射频模块105适用于接入5G或LTE宽带网络的射频模组，支持5G NR/LTE-FDD/LTE-TDD/HSPA+等无线通信制式，支持最高4Gbps下载速率和R15 5G独立组网SA和非独立组网NSA 两种组网方式。射频模块105具有强大的扩展能力，支持PCIe、USB3.1、GPIO 等丰富的接口，射频单元采用M.2封装，类型是3052-S3-B，支持AT指令集操作，专为各种高吞吐量无线数据通信的5G应用而设计，具有高性能、高安全性和可靠性。

本实施例中的GPS定位模块104用于提供定位信息。

射频模块105的结构如图4所示，可以选用多个5G芯片厂家的模块，例如广和通FM150-NA、SimCom公司的SIM8200-M2系列以及华为MH5000-31模组等。

射频模块105具有以下特性：

1、M.2封装，具有丰富的接口；

2、支持5G Sub-6G 4Gbps下行高速速率；

3、具有丰富的软件功能，例如远程升级FOTA、TLS协议、VoLTE等；

4、集成多星座系统双频定位：GPS、GLONASS、北斗、伽利略和QZSS 频段。

支持的频段具体为：

5G Sub-6：n2、n5、n7、n12、n14、n38、n41、n66、n71、n78；

LTE FDD：B2、B4、B5、B7、B12、B13、B14、B17、B25、B26、B29、B30、 B66、B71；

LTE TDD：B41、B42、B43*、B48；

LAA：B46；

WCDMA：B1、B2、B4、B5、B8。

本实施例中使用的射频模块105的基本参数为：

尺寸：30*52*2.3mm；

操作电压：3.135V～4.4V，Typical 3.3V；

工作温度：-30～+75℃；

天线数量：4-6个。

本实施例中的电源106为直流电源或POE供电电源。

本实施例中的天线为内置式全频段MIMO天线阵列，选择IPX接口的多种频段天线。

本实施例中的无线接入单元1

本实施例中的网络馈线2为带屏蔽线缆，可以选用超七类线缆，具体选用超七类屏蔽万兆网线为S-FTP双绞线，品牌不限，网线的两端使用M12 X-code型连接器，优先选择泰科品牌。

本实施例中的第一连接器4和第二连接器5均为千兆以太网连接器，连接器均设有金属外壳，具体选用的型号为泰科M12 X-Code系列连接器，天线上的选用母座T4171020008-001。

M12 X-Code系列连接器的数据传输速度最高可达10Gb/s(依据IEC 802.3an Cat6a)，其全金属外壳可以全方位屏蔽EMI/RFI干扰，并且达到了IP67等级的防尘防水标准。

本实施例中的车载交换机3可以为机架式或者壁挂式，是一种可应用于剧烈震动和冲击的使用场景的车载以太网交换设备，提供系统外部车载设备的网络接入，一般需要支持多种网络协议和行业标准，如STP/RSTP、VLAN、QoS功能、POE、 DHCP、端口汇聚和镜像等，拥有完善的管理功能，如支持端口配置、统计、IP绑定、访问控制、网络诊断、快速配置、在线升级等，具体选型如表1所示。

表1车载交换机选型

机架式车载交换机的结构如图5和图6所示，壁挂式车载交换机的结构如图7 和图8所示。

车载交换机3为12口EN50155轨交专用工业POE交换机，支持4路千兆M12 (Bypass功能)，8路百兆M12，支持110VDC电源输入，支持-40～75℃宽温工作， POE供电引脚：1号和2号引脚为负引脚，3号和4号引脚为正引脚，采用SW-Ring 环网专利技术，支持单环、耦合环、链环、Dual-homing环网功能，网络故障自动恢复时间<20ms。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于轨道交通设备的车载5G通信装置，其特征在于，包括内嵌5G通信芯片的无线接入单元(1)、网络馈线(2)、车载交换机(3)、第一连接器(4)和第二连接器(5)；所述的无线接入单元(1)安装在轨道交通设备的车顶；所述的无线接入单元通过第一连接器(4)与网络馈线(2)的一端相连；所述的网络馈线(2)的另一端通过第二连接器(5)与车载交换机(3)相连；所述的车载交换机(3)安装在轨道交通设备的车厢内。

2.根据权利要求1所述的一种用于轨道交通设备的车载5G通信装置，其特征在于，所述的无线接入单元(1)包括底座(101)、外壳(102)、控制器(103)、GPS定位模块(104)、射频模块(105)、电源(106)和天线(107)；所述的控制器(103)、GPS定位模块(104)、射频模块(105)和电源(106)分别安装在底座(101)上；所述的底座(101)与外壳(102)相连；所述的GPS定位模块(104)、射频模块(105)和电源(106)分别与控制器(103)相连；所述的天线(107)与射频模块(105)相连。

3.根据权利要求2所述的一种用于轨道交通设备的车载5G通信装置，其特征在于，所述的外壳(102)与底座(101)进行可拆卸连接。

4.根据权利要求2所述的一种用于轨道交通设备的车载5G通信装置，其特征在于，所述的射频模块(105)包括若干个5G通信芯片。

5.根据权利要求2所述的一种用于轨道交通设备的车载5G通信装置，其特征在于，所述的电源(106)为直流电源或POE供电电源。

6.根据权利要求2所述的一种用于轨道交通设备的车载5G通信装置，其特征在于，所述的天线(107)为内置式全频段MIMO天线阵列。

7.根据权利要求1所述的一种用于轨道交通设备的车载5G通信装置，其特征在于，所述的网络馈线(2)为带屏蔽线缆。

8.根据权利要求7所述的一种用于轨道交通设备的车载5G通信装置，其特征在于，所述的带屏蔽线缆为超七类线缆。

9.根据权利要求1所述的一种用于轨道交通设备的车载5G通信装置，其特征在于，所述的第一连接器(4)和第二连接器(5)均为千兆以太网连接器。

10.根据权利要求9所述的一种用于轨道交通设备的车载5G通信装置，其特征在于，所述的第一连接器(4)和第二连接器(5)均设有金属外壳。

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