CN214315624U - 适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置，在既有车载信号设备和主要设备不变的前提下，引入融合无线接入终端设备，基于4G‑WLAN既有技术，加入5G频段，通过异频组网方式，满足轨交车地无线通信系统的可用性能达到≥99.99%的关键指标，且5G采用3GPP标准SA独立组网，基于网络功能虚拟化NFV架构，利用MEC平台（现有或者新建），通过UPF和算力下沉实现业务数据在运营商边缘机房或轨交运营侧的本地卸载，有效降低传输时延、提升计算效率，融合了增强CT‑VAS、IT‑VAS能力以及平台应用，一站式提供“融合、开放、联动、弹性”的ICT服务，助力推进空铁或者是中低速轨交的车地无线通信领域的发展和迭代。

Description

适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置及 系统

技术领域

本实用新型涉及适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置及系统，属于空铁无线通信技术领域。

背景技术

目前轨道交通根据高中低运量分为地铁、轻轨、单轨、有轨电车、磁悬浮和自动导向轨道等制式，对于一/二线城市的主要制式基本为地铁和轻轨占据主要交通，前期轨道交通的车地无线通信使用的是4G公用免费频段（2.4GHz/5.8GHz），列车的速度在不断提升，一旦超过120km/h后，该频段就会受到公共设施的干扰，对于轨交的安全运行造成了不小的影响，后续国家批准4G专用频段（1.8GHz）用于轨道交通制式，用来解决运营效率及运行安全等问题，申请此频段，必须要向当地无线电管理局申请该频率的使用许可证，且审批下的信道带宽可能有5MHz、10MHz、15MHz、20MHz，信道带宽的多少是根据该项目的规模和其他等因素决定。申请该频段一般是地下线路、全自动驾驶DTO/UTO系统、超过120km/h的地铁等中高速轨交制式。

而对于中小运量的空铁制式而言，选择4G和5G公网频段较为实际和合适，原因如下，1.空铁的最高旅行速度不超过60km/h，而专用4G频段则是在地铁/城际的旅行速度超过120km/h的前提下问世的，因此就空铁的最高旅行速度的车地通信选择4G是可行的；2.对于4G专用频段，一来申请难，二来沿线铺设线缆又不美观，再来则是成本不可控。3.为满足GOA4（全自动运行最高等级）的要求，在此基础上必须加入5G技术，利用5G公网专用的MEC切片技术（即是“专网”的概念）。因此需考虑4/5G融合技术，对车辆的无线终端接入设备需进行设计和研发,也是通信系统的一个技术难点和重点设计方向，最终能真正将5G的优势在中低运量的轨交通信中得到真正的应用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置，在既有车载信号设备和主要设备不变的前提下，引入融合无线接入终端设备，有效利用5G通信技术与4G通信技术，提高空铁与地面之间通信的效率。

本实用新型为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本实用新型设计了适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置，用于实现空铁车厢内部各指定信号与空铁车厢外部系统之间的通信，包括结构彼此相同的主通讯控制装置和冗余通讯控制装置，其中，主通讯控制装置对应于空铁车厢的车头，冗余通讯控制装置对应于空铁车厢的车尾；

各通讯控制装置分别均包括融合无线接入终端设备，各通讯控制装置的结构中：融合无线接入终端设备包括融合终端设备、以及至少一根4G天线和至少一根5G天线，融合终端设备内置至少一个4G通信模块和至少一个5G通信模块，各4G通信模块分别对应至少一根4G天线，各4G通信模块分别经数据线外接其所对应的各4G天线；各5G通信模块分别对应至少一根5G天线，各5G通信模块分别经数据线外接其所对应的各5G天线；

各通讯控制装置中的融合终端设备设置于空铁车厢对应位置的内部，各通讯控制装置中的各根4G天线、各根5G天线设置于空铁车厢对应位置的外表面；各通讯控制装置中的融合终端设备分别均对接接入空铁车厢内部的各指定信号，并应用融合终端设备中的各4G通信模块和各5G通信模块，经对应所连天线实现与空铁车厢外部系统之间的通信。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述各通讯控制装置中的融合终端设备分别均内置数据通信系统交换机，由数据通信系统交换机用于提供各指定类型接口分别对接接入空铁车厢内部的各指定信号，以及由数据通信系统交换机连接对应各4G通信模块和各5G通信模块。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述数据通信系统交换机用于提供以太网接口、RS485接口、RS232接口，用于分别对接接入空铁车厢内部的各指定信号。

作为本实用新型的一种优选技术方案：分设空铁车厢车头、车尾的两融合终端设备之间，通过分别所包括的数据通信系统交换机，实现彼此之间的数据通信连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述各通讯控制装置中的各根4G天线、各根5G天线设置于空铁车厢对应位置的顶面。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述各融合无线接入终端设备中包括两根4G天线和一根5G天线，其中，各根4G天线分别均为一根同轴电缆的天线，5G天线为一根包含4根同轴电缆的天线。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述各通讯控制装置中融合终端设备分别均对接列车控制器、以及空铁车厢内各监控装置和各信息外输装置，实现融合终端设备接入空铁车厢内部的各指定信号。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述空铁车厢外部系统包括为列车控制中心终端。

与上述相对应，本实用新型还设计了基于适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置的系统，包括沿空铁车厢行驶沿线依次布设各个4G通信基站、以及各个5G通信基站，所述各空铁车厢上的各通讯控制装置应用其融合终端设备中的各4G通信模块和各5G通信模块，通过对应所连天线，经空铁车厢行驶沿线所设各个4G通信基站、5G通信基站，实现与空铁车厢外部系统之间的通信。

作为本实用新型的一种优选技术方案：沿空铁车厢行驶沿线，相邻4G通信基站之间的距离为130米至220米，相邻5G通信基站之间的距离为500米至1000米。

本实用新型所设计适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置及系统，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型所设计适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置及系统，在既有车载信号设备和主要设备不变的前提下，引入融合无线接入终端设备，基于4G-WLAN既有技术，加入5G频段，有效利用5G的eMBB超大带宽网络、mMTC超大物联网连接数、uRLLC超高可靠低时延、以及能实现辅助定位等功能，采用异构网络技术，并增补覆盖较差区域的站点来实现RSRP>=-95dBm的概率大于98%的要求，同时完成车顶的5G天线设计，如此通过异频组网方式，满足轨交车地无线通信系统的可用性能达到≥99.99%的关键指标，且5G采用3GPP标准SA独立组网，基于网络功能虚拟化NFV架构，利用MEC平台（现有或者新建），通过UPF和算力下沉实现业务数据在运营商边缘机房或轨交运营侧的本地卸载，有效降低传输时延、提升计算效率，融合了增强CT-VAS、IT-VAS能力以及平台应用，一站式提供“融合、开放、联动、弹性”的ICT服务，助力推进空铁或者是中低速轨交的车地无线通信领域的发展和迭代。

附图说明

图1是本实用新型所设计适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置的系统连接示意图；

图2是本实用新型所设计适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置的天线布置示意图；

图3是本实用新型所设计适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置中融合终端设备的前面板设计示意图；

图4是本实用新型所设计适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置中5G天线结构示意图；

图5是本实用新型所设计适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置的系统中沿途通信基站布设示意图。

其中，1. 5G天线，2. 4G天线。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

本实用新型设计了适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置，用于实现空铁车厢内部各指定信号与空铁车厢外部系统之间的通信，包括结构彼此相同的主通讯控制装置和冗余通讯控制装置，其中，主通讯控制装置对应于空铁车厢的车头，冗余通讯控制装置对应于空铁车厢的车尾。

如图1所示，各通讯控制装置分别均包括融合无线接入终端设备，各通讯控制装置的结构中：融合无线接入终端设备包括融合终端设备、以及至少一根4G天线和至少一根5G天线，融合终端设备内置至少一个4G通信模块和至少一个5G通信模块，各4G通信模块分别对应至少一根4G天线，各4G通信模块分别经数据线外接其所对应的各4G天线；各5G通信模块分别对应至少一根5G天线，各5G通信模块分别经数据线外接其所对应的各5G天线。

各通讯控制装置中的融合终端设备设置于空铁车厢对应位置的内部，各通讯控制装置中的各根4G天线、各根5G天线设置于空铁车厢对应位置的外表面；各通讯控制装置中的融合终端设备分别均对接接入空铁车厢内部的各指定信号，并应用融合终端设备中的各4G通信模块和各5G通信模块，经对应所连天线实现与空铁车厢外部系统之间的通信。

实际应用当中，如图2所示，具体可以设计各根4G天线、各根5G天线设置于空铁车厢对应位置的顶面，并且针对各通讯控制装置，设计包括两根4G天线和一根5G天线，其中，各根4G天线分别均为一根同轴电缆的天线，如图4所示，5G天线为一根包含4根同轴电缆的天线，如此针对5G天线，设计四根同轴电缆合成在一起构成的天线，能够尽量让车辆顶部的空间更宽裕。

在具体设计的实际应用当中，设计各通讯控制装置中的融合终端设备分别均内置数据通信系统交换机（DCS交换机），由数据通信系统交换机（DCS交换机）用于提供各指定类型接口分别对接接入空铁车厢内部的各指定信号，以及由数据通信系统交换机（DCS交换机）连接对应各4G通信模块和各5G通信模块，如图3所示，如此所设计数据通信系统交换机（DCS交换机）用于提供以太网接口、RS485接口、RS232接口，用于分别对接接入空铁车厢内部的各指定信号。

基于以数据通信系统交换机（DCS交换机）所设计的融合终端设备，分设空铁车厢车头、车尾的两融合终端设备之间，通过分别所包括的数据通信系统交换机（DCS交换机），实现彼此之间的数据通信连接。

整个技术方案所设计适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置，在实际应用当中，各通讯控制装置中融合终端设备分别均对接列车控制器、以及空铁车厢内各监控装置和各信息外输装置，实现融合终端设备接入空铁车厢内部的各指定信号，进而完成与诸如列车控制中心终端之类的空铁车厢外部系统进行通信，其中，对接列车控制器，用于接入列车速度、运行放心、运行模式、牵引状态、网流网压、紧急制动状态、门控器状态等数据信号；以及对接空铁车厢内各监控装置和各信息外输装置，用于接入诸如空铁车厢内部监控画面、CCTV高清视频画面、PIS高清流媒体广告等，同时保证传输质量，包括RSRP信号接收功率、SINR信噪比、越区切换的时间、连续建立时延、连接丢失概率及每列车信息的传输速率等关键指标进行实时无线传输。

所设计多网通信融合车地无线数据传输接入装置，在实际应用中关于4G与5G的应用，首选5G通信，过程中一旦5G基站失电或者无信号时，自动切换并接受4G基站信号，形成4G的通信系统信道进行传输，两个频段接受模块之间不做信号之间的比较，仅仅是比较频段接受模块分别通信的时间戳。

实际应用当中进一步设计了基于适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置的系统，包括沿空铁车厢行驶沿线依次布设各个4G通信基站、以及各个5G通信基站，所述各空铁车厢上的各通讯控制装置应用其融合终端设备中的各4G通信模块和各5G通信模块，通过对应所连天线，经空铁车厢行驶沿线所设各个4G通信基站、5G通信基站，实现与空铁车厢外部系统之间的通信，并且如图5所示，在实际应用当中，沿空铁车厢行驶沿线，相邻4G通信基站之间的距离为130米至220米，相邻5G通信基站之间的距离为500米至1000米。

应用中，当列车经过轨旁AP（4/5G无线接入点）时，空铁车厢上的通讯控制装置进入实时通信阶段，其中5G天线会被激活，信号传输通道首先会优先选择5G基站信号（融合无线接入终端在设计算法中直接写入），并形成整个信号系统的信息传输通道，负责将传送的业务送到目的节点。

本实用新型设计了适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置及系统，其中4/5G协同，既支持5G网络，又兼顾4G LTE设备的解决方案，能将4G和5G（NSA/SA）同时进行边缘分流的能力；通信至少包含2路4G、2路5G传输，其他系统的通信可配置传输使用2路4G、2路5G、2路4G+1路5G、4路全部并发几种方式；各系统地面到列车、或者列车到地面的数据，从不同通道收取的数据首先完成数据的对比（根据预先设定的各系统的数据规格），其后直接转发至相应系统，对比不符合规则的数据丢弃处理；带智能信号处理能力的5G/4G+WIFI路由器，支持以太网通信、WAN口通信、WIFI局域网通信、LTE专网和公网5G/4G无线通信功能的设备，设备支持广域网VPN隧道、WIFI局域网传输的安全谁等安全功能，实现无线局域网和无线广域网的无缝连接，为用户提供高速、安全、可靠的移动宽带服务。

并且在实际应用当中，通过部署的UPF设备将用户数据传送至相应的业务平台，从而降低用户数据通过大网传输导致的安全风险和网络延迟。第三方应用由用户提供，与UPF共同部署在项目用户机房，两者通过光纤直连进行链路联通。

上述技术方案所设计适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置及系统，在既有车载信号设备和主要设备不变的前提下，引入融合无线接入终端设备，基于4G-WLAN既有技术，加入5G频段，有效利用5G的eMBB超大带宽网络、mMTC超大物联网连接数、uRLLC超高可靠低时延、以及能实现辅助定位等功能，采用异构网络技术，并增补覆盖较差区域的站点来实现RSRP>=-95dBm的概率大于98%的要求，同时完成车顶的5G天线设计，如此通过异频组网方式，满足轨交车地无线通信系统的可用性能达到≥99.99%的关键指标，且5G采用3GPP标准SA独立组网，基于网络功能虚拟化NFV架构，利用MEC平台（现有或者新建），通过UPF和算力下沉实现业务数据在运营商边缘机房或轨交运营侧的本地卸载，有效降低传输时延、提升计算效率，融合了增强CT-VAS、IT-VAS能力以及平台应用，一站式提供“融合、开放、联动、弹性”的ICT服务，助力推进空铁或者是中低速轨交的车地无线通信领域的发展和迭代。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置，用于实现空铁车厢内部各指定信号与空铁车厢外部系统之间的通信，其特征在于：包括结构彼此相同的主通讯控制装置和冗余通讯控制装置，其中，主通讯控制装置对应于空铁车厢的车头，冗余通讯控制装置对应于空铁车厢的车尾；

各通讯控制装置分别均包括融合无线接入终端设备，各通讯控制装置的结构中：融合无线接入终端设备包括融合终端设备、以及至少一根4G天线和至少一根5G天线，融合终端设备内置至少一个4G通信模块和至少一个5G通信模块，各4G通信模块分别对应至少一根4G天线，各4G通信模块分别经线缆外接其所对应的各4G天线；各5G通信模块分别对应至少一根5G天线，各5G通信模块分别经线缆外接其所对应的各5G天线；

各通讯控制装置中的融合终端设备设置于空铁车厢对应位置的内部，各通讯控制装置中的各根4G天线、各根5G天线设置于空铁车厢对应位置的外表面；各通讯控制装置中的融合终端设备分别均对接接入空铁车厢内部的各指定信号，并应用融合终端设备中的各4G通信模块和各5G通信模块，经对应所连天线实现与空铁车厢外部系统之间的通信。

2.根据权利要求1所述适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置，其特征在于：所述各通讯控制装置中的融合终端设备分别均内置数据通信系统交换机，由数据通信系统交换机用于提供各指定类型接口分别对接接入空铁车厢内部的各指定信号，以及由数据通信系统交换机连接对应各4G通信模块和各5G通信模块。

3.根据权利要求2所述适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置，其特征在于：所述数据通信系统交换机用于提供以太网接口、RS485接口、RS232接口，用于分别对接接入空铁车厢内部的各指定信号。

4.根据权利要求2所述适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置，其特征在于：分设空铁车厢车头、车尾的两融合终端设备之间，通过分别所包括的数据通信系统交换机，实现彼此之间的数据通信连接。

5.根据权利要求1所述适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置，其特征在于：所述各通讯控制装置中的各根4G天线、各根5G天线设置于空铁车厢对应位置的顶面。

6.根据权利要求1所述适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置，其特征在于：所述各融合无线接入终端设备中包括两根4G天线和一根5G天线，其中，各根4G天线分别均为一根同轴电缆的天线，5G天线为一根包含4根同轴电缆的天线。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置，其特征在于：所述各通讯控制装置中融合终端设备分别均对接列车控制器、以及空铁车厢内各监控装置和各信息外输装置，实现融合终端设备接入空铁车厢内部的各指定信号。

8.根据权利要求1至6中任意一项所述适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置，其特征在于：所述空铁车厢外部系统包括为列车控制中心终端。

9.一种基于权利要求1至8中任意一项所述适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置的系统，其特征在于：包括沿空铁车厢行驶沿线依次布设各个4G通信基站、以及各个5G通信基站，所述各空铁车厢上的各通讯控制装置应用其融合终端设备中的各4G通信模块和各5G通信模块，通过对应所连天线，经空铁车厢行驶沿线所设各个4G通信基站、5G通信基站，实现与空铁车厢外部系统之间的通信。

10.根据权利要求9所述一种基于适用于空铁的多网通信融合车地无线数据传输接入装置的系统，其特征在于：沿空铁车厢行驶沿线，相邻4G通信基站之间的距离为130米至220米，相邻5G通信基站之间的距离为500米至1000米。

Images