CN215186747U - 一种动车组车载直放站系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种动车组车载直放站系统，属于无线通信技术领域，该系统包括：车顶天线组件，安装于动车组中间列车厢的顶部；第一信号处理单元，安装于所述动车组中间列车厢的电气柜内部，通过馈线相连车顶天线组件；第二信号处理单元，安装于动车组每列列车厢的电气柜内部；通过网线连接第一信号处理单元，或通过网线与其它第二信号处理单元级联接入第一信号处理单元；车内信号覆盖天线，安装于动车组每列列车厢内部，通过馈线连接同车厢的第二信号处理单元。本实用新型充分利用了现有动车组线路设备，在不改变车体出厂结构的情况下实现了对动车组车厢的无线通信信号覆盖，解决了动车组车厢无线通信信号衰减的问题，降低了沿线基站建设成本。

Description

一种动车组车载直放站系统

技术领域

本实用新型属于无线通信技术领域，尤其涉及一种动车组车载直放站系统。

背景技术

目前，高铁沿线5G网络建设面临车体穿透损耗大等挑战：动车组列车车体密闭性造成信号进入车厢内额外的穿透损耗大，以CR400AF(复兴号)为例，车体材质为铝合金，5G信号穿透损耗达到33dB，如果按自由空间信号衰减模型推算，33dB相当于基站覆盖范围缩小44倍以上。

解决信号衰减的问题，现有的一种技术方案是增加沿线站址，当前京雄高铁、京张高铁、广深港高铁、鲁南高铁等全线或部分路段实现5G覆盖，站址400-600米，因建站密度高、基站功耗大，造成成本的大幅提升，综合成本约为4G网络的3-5倍。

现有的另一种技术方案是提出一种车厢内放大信号的方法及车载直放站，通过信号放大提高车厢内的信号强度，同时通过基于定位和频点选择性放大方法提高切换成功率。该方案利用信号放大的方法理论上可以补偿高铁密封车体带来的额外信号衰减，但是，这些车载直放站设备均处于研究和实验阶段，脱离动车组列车实际安装条件，未考虑车厢内外包含天线、信号放大器装置等部件的实际安装、供电等涉及的车体改造难度和可行性。由于现有每列动车组出厂时只在中间的列车车厢顶上配置有一套公网天线组件，该方案若选择每节车厢安装一套车载直放站，就需要在动车组的每节车厢顶部开孔并安装一套天线组件；该方案若选择多节车厢共用一套车载直放站，则需要在车厢之间加装铺设光纤或者同轴电缆，并定制改造车厢之间的专用连接器。无论是车顶开孔安装天线的现有方案，还是加装铺设光纤或同轴电缆、定制改造车厢间连接器的现有方案，均需破坏既有动车组车体结构，对动车组进行拆解改造，导致车体结构强度下降和车体动力学改变，在现实中实施该方案的难度大、成本高、风险难以预见。

实用新型内容

鉴于以上现有技术的不足，本实用新型针对动车组车体信号衰减大导致车厢内信号弱的问题，以及现有技术存在的对动车组改造工程量大，成本高的问题，提出一种动车组车载直放站系统，解决了车体信号损耗问题，同时，直放站系统的硬件架构和组网方式充分考虑动车组的实际安装条件，利用现有动车组既有的一套车顶公网天线组件和车厢间跨接传输线，最低改造限度的完成直放站系统的安装布设。

本实用新型公开了一种动车组车载直放站系统，包括：

车顶天线组件，安装于动车组中间列车厢的顶部；

第一信号处理单元，安装于所述动车组中间列车厢的电气柜内部，通过馈线与所述车顶天线组件相连；

第二信号处理单元，安装于动车组每列列车厢的电气柜内部；通过网线与所述第一信号处理单元相连，或通过网线与其它第二信号处理单元级联接入所述第一信号处理单元；所述第二信号处理单元的数量等于动车组列车厢数量；

车内信号覆盖天线，安装于动车组每列列车厢内部，通过馈线与安装于同列列车厢的所述第二信号处理单元相连；所述车内信号覆盖天线的数量等于所述第二信号处理单元的数量。

进一步地，所述第一信号处理单元，包括顺序电连接的第一馈线端口、第一数字处理板和第一网线端口。

进一步地，所述第二信号处理单元，包括顺序电连接的第二馈线端口、第二数字处理板和第二网线端口。

进一步地，所述第一馈线端口，包括至少2个馈线接口，每个馈线接口通过一条馈线电连接所述车顶天线组件的一个振子上。

进一步地，所述第一网线端口，包括至少2个网线接口，所述网线接口通过网线连接第二信号处理单元。

进一步地，所述第二馈线端口，包括至少2个馈线接口。

进一步地，所述第二网线端口，包括至少2个网线接口，网线接口可以通过网线直接连接所述第一信号处理单元的网线接口，或通过网线与其它第二信号处理单元进行级联并最终级联到所述第一信号处理单元的网线接口。

进一步地，所述车内覆盖天线至少包含2个天线振子；所述2个天线振子通过2条馈线与同一台所述第二信号处理单元的第二馈线端口电连接；或所述2个天线振子经过功分器合路后通过1条馈线与所述第二信号处理单元的第二馈线端口电连接。

进一步地，所述馈线采用1/2英寸50欧姆射频同轴电缆。

进一步地，所述网线接口为万兆网线接口；所述网线为万兆以太网传输线；所述网线的插头为8芯M12航空插头。

本实用新型有益效果如下：

本实用新型公开的一种动车组车载直放站系统，通过安装在动车组车厢顶部的车顶天线组件，实现与轨道旁通信基站的无线通信，避免了密闭车厢带来5G信号约33dB的衰减。

本实用新型通过第一信号处理单元和第二信号处理单元的信号放大作用带来额外的信号增益，有效拉远轨旁通信基站的布站距离，降低沿线基站建设成本。

本实用新型直放站系统采用菊花链型组网的方式，一台第一信号处理单元带多台第二信号处理单元，利用现有动车组列车既有的车顶天线和车厢间传输网络等设备，适配动车组电气柜安装条件、配电方式，对现有动车组列车改造小，可行性高，经济成本低，安全性和可靠性高。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一种动车组车载直放站系统示意图；

附图标记：

1，第一信号处理单元；2，第二信号处理单元；3，车顶天线组件；4，车内信号覆盖天线；5，馈线；6，网线；7，车厢。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本实用新型实施例中的技术方案，下面将结合附图对本实用新型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一部分实施例，而不是全部的实施例。应该理解，这些描述只是示例性的，并非用于限定本实用新型的范围。基于本实用新型的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型公开的概念。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合具体实施方式和附图对本实用新型的技术方案作进一步详细描述。

本实用新型的一个具体实施例，公开了一种动车组车载直放站系统，如图1所示，包括：第一信号处理单元1、第二信号处理单元2、车顶天线组件3、车内信号覆盖天线4、馈线5和网线6。

所述车顶天线组件3，是将电磁波与射频电信号进行转换的器件，用于直放站装置与铁轨旁通信基站的无线通信。

具有较佳效果地，所述车顶天线组件3可以利用现有动车组的天线组件。以现有国产某型号编组动车组列车为例，出厂时在动车组中间列车的车厢顶部已安装了一套用于车载Wi-Fi系统的车顶天线组件3，一套天线组件包含2组天线，每组天线带有4～6个振子，该车顶天线组件3支持国内三大运营商3G/4G/5G无线通信网络主要工作频段。

所述第一信号处理单元1，用于本实施例所述系统与车外通信基站之间的数字处理、发送和接收。

所述第一信号处理单元1包括第一数字处理板；所述第一数字处理板用于数字变频、数字滤波、数模/模数转换。

所述第一信号处理单元1处理上行数据的过程为：接收来自所述第二信号处理单元2的数字信号，经数字处理和数模转换成为射频信号，所述射频信号经信号放大后通过所述车顶天线组件3发送到车外通信基站。

所述第一信号处理单元1处理下行数据数据的过程为：所述第一信号处理单元1通过所述车顶天线组件3接收车厢外通信基站的无线信号，经模数转换和数字处理后通过网线传输到所述第二信号处理单元2。

所述第一信号处理单元1，还包括分别与所述第一信号处理板连接的第一馈线端口和第一网线端口。

所述第一馈线端口，包括至少2个馈线接口，每个馈线接口通过一条馈线连接所述车顶天线组件3的一个振子上，实现至少2T2R MIMO(多输入多输出信道)。

所述第一网线端口，包括至少2个网线接口，所述网线接口通过网线连接第二信号处理单元2。

示例性地，所述第一信号处理单元1宽483mm、高132mm、深450mm，安装在动车组中间列车厢内电气柜中，采用电气柜直流110V电源供电。

所述第二信号处理单元2，用于车厢内无线网络覆盖以及本实施例所述系统与列车厢内乘客数字终端之间的数字处理、发送和接收。本实施例所述系统包括N个所述信号处理单元，N为动车组车厢数量。

所述第二信号处理单元2包括第二数字处理板；所述第二数字处理板用于数字变频、数字滤波、数模/模数转换。

所述第二信号处理单元2处理上行数据的过程为：通过所述车内信号覆盖天线4接收列车厢内乘客数字终端的无线信号，经模数转换、数字处理后通过网线传输到所述第一信号处理单元1。

所述第二信号处理单元2处理下行数据的过程为：第二信号处理单元2通过网线接收来自所述第一信号处理单元1的数字信号，经过数模转换恢复射频信号，所述射频信号经信号放大后通过所述车内信号覆盖天线4辐射到车厢内，由列车厢内乘客数字终端接收。

所述第二信号处理单元2，还包括分别与所述第二信号处理板电连接的第二馈线端口和第二网线端口。

所述第二网线端口，包括至少2个网线接口，网线接口可以通过网线直接连接所述第一信号处理单元1的网线接口，或通过网线与其它第二信号处理单元2进行级联并最终级联到所述第一信号处理单元1。

所述第二馈线端口，包括至少2个馈线接口。

可选地，每个馈线接口通过一条馈线连接到同列车厢内的所述车内信号覆盖天线4，或者通过功分器合路后复用一条馈线连接到同列车厢内的所述车内信号覆盖天线4，实现至少2T2R MIMO(多输入多输出信道)。

示例性地，所述第二信号处理单元2宽483mm、高132mm、深450mm，安装在车厢内电气柜，采用电气柜直流110V电源供电。

所述车内信号覆盖天线4，安装于动车组每列列车厢内部，通过馈线与安装于同列列车厢的所述第二信号处理单元2相连；所述车内信号覆盖天线4的数量等于所述第二信号处理单元2的数量。所述车内信号覆盖天线4是将电磁波与射频电信号进行转换的器件；用于本实施例所述系统与车厢内用户终端的无线通信。

所述车内覆盖天线4至少包含2个天线振子。可选地，所述2个天线振子通过2条馈线与同一台所述第二信号处理单元的第二馈线端口电连接，或所述2个天线振子经过功分器合路后通过1条馈线与所述第二信号处理单元的第二馈线端口电连接。每个天线振子通过馈线连接所述第二信号处理单元2，实现装置2T2R通信能力。

较佳地，所述馈线采用1/2英寸50欧姆射频同轴电缆。

较佳地，所述网线接口为万兆网线接口。

较佳地，所述网线为万兆以太网传输线。所述网线，用于所述第一信号处理单元1与第二信号处理单元2之间菊花链连接。当前国内现有动车组车型车厢间传输网络采用7类以太网传输线，以太网传输线贯穿动车组列车各节车厢，车厢之间跨接连接器技术成熟。本实用新型直放站装置采用分布式安装，利用现有动车组既有的车厢间7类线传输网络，减少对列车的改造。

较佳地，所述第一信号处理单元和所述第二信号处理单元的功能还包括车厢内外无线通信信号的中继放大，自动频率补偿实现高速场景下多普勒频偏补偿等。

较佳地，所述第一信号处理单元1与第二信号处理单元2之间通过CPRI协议传输基带信号，进行2T2R网络覆盖，基带带宽100MHz，IFFT点数4096，子载波间隔30kHz，采样位宽30bit，编码开销计算在内传输带宽需求约9830.4Mbps，单根cat7网线可满足要求，网线与第一信号处理单元1和第二信号处理单元2的网线接口采用8芯M12航空插头。

最后应说明的是，以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本实用新型实施例中的模块或者工作流程进行再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本实用新型实施例中涉及的模块、工作流程的名称，仅仅是为了区分各个模块或者工作流程，不视为对本实用新型的不当限定。

本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、流程步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、工作流程对应的程序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。为了清楚地说明电子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。这些功能究竟以电子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。本领域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。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动车组车载直放站系统，其特征在于，包括：

车顶天线组件，安装于动车组中间列车厢的顶部；

第一信号处理单元，安装于所述动车组中间列车厢的电气柜内部，通过馈线与所述车顶天线组件相连；

第二信号处理单元，安装于动车组每列列车厢的电气柜内部；通过网线与所述第一信号处理单元相连，或通过网线与其它第二信号处理单元级联接入所述第一信号处理单元；所述第二信号处理单元的数量等于动车组列车厢数量；

车内信号覆盖天线，安装于动车组每列列车厢内部，通过馈线与安装于同列列车厢的所述第二信号处理单元相连；所述车内信号覆盖天线的数量等于所述第二信号处理单元的数量。

2.根据权利要求1所述的一种动车组车载直放站系统，其特征在于，所述第一信号处理单元，包括顺序电连接的第一馈线端口、第一数字处理板和第一网线端口。

3.根据权利要求2所述的一种动车组车载直放站系统，其特征在于，所述第二信号处理单元，包括顺序电连接的第二馈线端口、第二数字处理板和第二网线端口。

4.根据权利要求3所述的一种动车组车载直放站系统，其特征在于，所述第一馈线端口，包括至少2个馈线接口，每个馈线接口通过一条馈线电连接所述车顶天线组件的一个振子上。

5.根据权利要求4所述的一种动车组车载直放站系统，其特征在于，所述第一网线端口，包括至少2个网线接口，所述网线接口通过网线连接第二信号处理单元。

6.根据权利要求5所述的一种动车组车载直放站系统，其特征在于，所述第二馈线端口，包括至少2个馈线接口。

7.根据权利要求6所述的一种动车组车载直放站系统，其特征在于，所述第二网线端口，包括至少2个网线接口，网线接口可以通过网线直接连接所述第一信号处理单元的网线接口，或通过网线与其它第二信号处理单元进行级联并最终级联到所述第一信号处理单元的网线接口。

8.根据权利要求7所述的一种动车组车载直放站系统，其特征在于，所述车内信号覆盖天线至少包含2个天线振子；所述2个天线振子通过2条馈线与同一台所述第二信号处理单元的第二馈线端口电连接；或所述2个天线振子经过功分器合路后通过1条馈线与所述第二信号处理单元的第二馈线端口电连接。

9.根据权利要求8所述的一种动车组车载直放站系统，其特征在于，所述馈线采用0.5英寸50欧姆射频同轴电缆。

10.根据权利要求9所述的一种动车组车载直放站系统，其特征在于，所述网线接口为万兆网线接口；所述网线为万兆以太网传输线；所述网线的插头为8芯M12航空插头。

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