專利名稱：高速鐵路微波通信網(wǎng)絡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及高速鐵路的寬帶通信技術，尤其是實現(xiàn)高速列車上寬帶信號的接 入與回傳的解決方案。
技術背景近年來，隨著高速鐵路建設和信息化建設的迅猛發(fā)展，需要在高速列車與路面之 間構建一套穩(wěn)定的寬帶通信系統(tǒng)，以滿足移動電話、上網(wǎng)，新聞直播、綜合信息服務系統(tǒng)等 業(yè)務的需要?，F(xiàn)有接入和回傳的通信方法是利用TD-LTE技術在移動通信頻段，采用沿鐵道線 建塔布基站的方式實現(xiàn)列車與路面的業(yè)務傳輸。但該技術存在以下缺點首先，該方法采用移動通信覆蓋技術進行寬帶傳輸，使用的頻率和帶寬都受到一 定限制，因為移動通信頻段頻譜資源稀缺和昂貴，靠細化小區(qū)得到復用，用很大的頻帶作為 數(shù)據(jù)傳輸很不經(jīng)濟。其次，采用沿鐵道線建塔布基站的方式實現(xiàn)列車與路面的業(yè)務傳輸，需要沿線協(xié) 調(diào)土地、電力等資源，隧道和場站還是需協(xié)調(diào)鐵道部門內(nèi)部資源，不可控因素大；由于信號 中繼采用移動通信頻段，車載天線體積大，很難與車體共形，造成一定行車安全隱患。另外，由于需要大量非通信系統(tǒng)自身需求的其他保障，構建一套完整的通信系統(tǒng) 需投入的運營成本巨大，贏利風險高。最為關鍵的是，由于構建這套系統(tǒng)涉及到復雜的環(huán)境資源，很難將系統(tǒng)標準化、通 用化并加以推廣。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服上述不足，提供一種高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，其采用微 波作為媒介，在高速鐵路建筑限界內(nèi)構建一套列車與路面之間的通信系統(tǒng)。為實現(xiàn)該目的，本發(fā)明采用如下技術方案本發(fā)明的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，用于實現(xiàn)高速鐵路上運動載體內(nèi)部通信網(wǎng)絡與 載體外部通信網(wǎng)絡之間的信號中繼，其包括多個軌基中繼裝置，沿高速鐵路軌道布設，且均裝設在鐵路建筑限界內(nèi)，用于在通 信網(wǎng)絡與車載中繼裝置之間實現(xiàn)信號中繼，每個軌基中繼裝置形成一個覆蓋區(qū)間；至少一個車載中繼裝置，固定于載體上，在與當前覆蓋區(qū)間相應的軌基中繼裝置 與載體內(nèi)部通信網(wǎng)絡之間實現(xiàn)信號中繼；所述信號的頻段被限定在4GHz 42GHz的一個或多個子頻段內(nèi)。具體的，所述信號的頻段被限定在6GHz 40GHz的一個或多個子頻段內(nèi)。所述多個軌基中繼裝置沿高速鐵路軌道等距布設。所述的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡可采用單一頻點通信，或采用多個頻點以實現(xiàn)頻率 分集和/或頻率復用通信。
所述的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，其車載中繼裝置可置于載體上一個位置或者多個 位置以實現(xiàn)空間分集和/或空間復用通信。所述的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡可采用時間分集通信以提高通信質(zhì)量。所述軌基中繼裝置包括一個信號處理單元，用于對被中繼信號進行處理；多個射頻前端，沿高速鐵路軌道布設以進行信號覆蓋；一組布線單元，用于對各覆蓋裝置進行組網(wǎng)以與信號處理單元實現(xiàn)連接。所述多個射頻前端沿高速鐵路軌道等距離布設。所述布線單元將多個覆蓋單元與 該信號處理單元組建成菊花鏈形、星形或環(huán)形拓撲網(wǎng)絡。所述多個射頻前端均布設于高速 鐵路軌道的同一側。所述的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，其射頻前端包括至少一個微波輻射單元和至少一 個射頻單元。所述的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，其微波輻射單元包括至少一段沿高速鐵路軌道泄 露電磁能量進而實現(xiàn)軌道沿線信號覆蓋的微波傳輸線。所述的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，其微波傳輸線為微波波導或射頻同軸電纜。所述的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，其微波輻射單元由一個或多個沿軌道方向輻射進 而實現(xiàn)軌道沿線信號覆蓋的定向性微波天線組成。所述車載中繼裝置包括用于完成載體內(nèi)部與軌基中繼裝置之間進行信號傳輸?shù)?天線，該天線與載體共形。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、在既有建筑限界內(nèi)采用較高的頻段進行通信，通信頻帶寬，信息容量大，占地空 間與所采用頻段之間的匹配非常合理，既規(guī)避了高成本的問題，又能滿足信號中繼需求；2、由于采用較高的頻段，結合本發(fā)明中合理的架設，容易使車載中繼裝置與軌基 中繼裝置之間實現(xiàn)主徑信號的通信，信號質(zhì)量好，相應的信號處理方法簡單；3、整個通信網(wǎng)絡的建設限定于高速鐵路的建筑限界內(nèi)，所需協(xié)調(diào)的非鐵道部門的 資源，如土地、電力等較少，建設成本低；4、整個通信網(wǎng)絡中的信號覆蓋集中于沿鐵路軌道的狹長區(qū)域內(nèi)，對鐵路外部的電 磁干擾??；5、所述通信網(wǎng)絡采用與載體共形的微波天線，安全、美觀、高效；6、所述通信網(wǎng)絡的車載中繼裝置和軌基中繼裝置易于通用化和標準化、易于推廣 應用。

圖1為本發(fā)明高速鐵路微波通信網(wǎng)絡的原理框圖；圖2為本發(fā)明高速鐵路微波通信網(wǎng)絡實施實例之一；圖3為本發(fā)明高速鐵路微波通信網(wǎng)絡實施實例之二 ；圖4為本發(fā)明高速鐵路微波通信網(wǎng)絡的軌基中繼裝置構成菊花鏈形網(wǎng)絡拓撲的 結構示意圖；圖5為本發(fā)明高速鐵路微波通信網(wǎng)絡的軌基中繼裝置構成星形網(wǎng)絡拓撲的結構示意圖；圖6為本發(fā)明高速鐵路微波通信網(wǎng)絡的軌基中繼裝置構成環(huán)形網(wǎng)絡拓撲的結構 示意圖。各附圖中，以標號后小括號加自然數(shù)的方式標示出同一圖中功能相同的不同部件 以示區(qū)別，其中的標號N代表任意自然數(shù)。
具體實施方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明本發(fā)明所稱鐵路建筑限界，是指一個和鐵路中心線垂直的極限橫斷面輪廓，在此 輪廓內(nèi)，除機車車輛和與機車車輛有相互作用的設備(車輛減速器，路簽授受器，接觸電線 及其他)外，其它設備或建筑物均不得入侵。鐵路建筑限界的具體尺寸定義由中華人民共 和國國家標準《標準軌距鐵路建筑限界》(GB 146. 2-83)以及《標準軌距鐵路機車車輛限界 檢查第2部分限界規(guī)》(GB/T 16904. 2-2006)等給出。本發(fā)明以下各實施例中所稱列車為本發(fā)明所稱載體的具體實現(xiàn)之一。請參閱圖1，為本發(fā)明所述高速鐵路微波通信網(wǎng)絡的原理框圖，主要包括沿高速鐵 路軌道4布設且均裝設在軌道建筑限界5內(nèi)的軌基中繼裝置1和裝載于列車3之上的車載 中繼裝置2。軌基中繼裝置1與鐵路專用通信系統(tǒng)、蜂窩移動通信網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)等類似業(yè)務網(wǎng) 絡(統(tǒng)稱為外部通信網(wǎng)絡，簡稱外網(wǎng))中的一個或多個相連，由此，一個軌基中繼裝置1便 形成一個覆蓋區(qū)間，并且在軌基中繼裝置1與外網(wǎng)之間實現(xiàn)信號中繼。結合圖4至圖6，軌基中繼裝置1由一個信號處理單元11、多個射頻前端12以及 一組布線單元13組成。信號處理單元11用于對被中繼的來自車載中繼裝置2的信號和來 自外網(wǎng)的信號進行處理；多個射頻前端12沿高速鐵路軌道4布設以進行信號覆蓋，以便接 收來自車載中繼裝置2的上行信號和輻射來自外網(wǎng)的下行信號；所述布線單元13用于對各 射頻前端12進行組網(wǎng)以使各射頻前端與信號處理單元11建立連接關系。一個射頻前端12 可以使用一個布線單元13與信號處理單元11建立連接。車載中繼裝置2則與列車3內(nèi)部的移動電話、移動互聯(lián)網(wǎng)、直播電視、列車監(jiān)控系 統(tǒng)等類似業(yè)務網(wǎng)絡(統(tǒng)稱為內(nèi)部通信網(wǎng)絡，簡稱內(nèi)網(wǎng))中的一個或多個相連，同理，車載中 繼裝置2在內(nèi)網(wǎng)和與其當前所處覆蓋區(qū)間相應的軌基中繼裝置1之間實現(xiàn)信號中繼；軌基 中繼裝置1與車載中繼裝置2之間采用4GHz 42GHz頻段的微波通信鏈路相連，優(yōu)選則采 用6GHz 40GHz頻段；由于軌基中繼裝置1處于建筑限界內(nèi)部，且車載中繼裝置2裝設于 載體上，因此，軌基中繼裝置1和車載中繼裝置2均布設于鐵路的建筑限界5內(nèi)部。該通信網(wǎng)絡軌基中繼裝置1及車載中繼裝置2之間內(nèi)部的信號處理，可以采用前 述指定頻段中的單一頻點通信，或者采用多個頻點輔以實現(xiàn)頻率分集和/或頻率復用通 信；另一種途徑是在列車的一個位置或者多個位置的車載中繼裝置中采集信號后采用空間 分集和/或空間復用通信；又或，可以采用時間分集通信以提高通信質(zhì)量。由于軌基中繼裝置1和車載中繼裝置2間構成的通信網(wǎng)絡采用了 4GHz 42GHz 中的一個或者多個子頻段進行通信，因此相對移動通信的L波段或者S波段，所述高速鐵路 微波通信網(wǎng)絡能提供更寬的數(shù)據(jù)帶寬，可達IOOMHz以上，并可通過頻率分集、空間分集、時間分集等技術進一步改善通信可靠性和通信容量，足以支持移動電話、上網(wǎng)、直播電視等寬 帶綜合業(yè)務。由于所述高速鐵路微波通信網(wǎng)絡均布設于鐵路的建筑限界5內(nèi)部，鐵路建筑限界 5專屬鐵路建設使用，因此本發(fā)明的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡可完全由鐵路建設部門構建，無 需或者極少需要協(xié)調(diào)如土地征用、鐵塔建設、外部供電等非鐵道部門所控的資源，具有建設 成本低、易于標準化和通用化、建設周期短、投資回報率高等特點。圖2給出了本發(fā)明所述高速鐵路微波通信網(wǎng)絡的具體實施實例之一。在該實施例 中，軌基中繼裝置1及其射頻前端12適宜沿高速鐵路軌道4等距離布設，其由射頻單元121 和沿高速鐵路軌道4泄露電磁能量進而實現(xiàn)軌道4沿線信號覆蓋的微波輻射單元構成，其 中的射頻單元121的功能是對微波輻射單元的射頻信號進行處理并與信號處理單元11相 連，其中的微波輻射單元采用微波傳輸線122，整個射頻前端12裝置于雙向列車軌道4之 間，這樣射頻前端12便居于任意一條軌道4的同一側，對于僅有一條軌道4的情況，可以將 射頻前端12置于該軌道4的任意一側；微波傳輸線122為微波波導尤佳，也可使用射頻同 軸電纜，并能實現(xiàn)朝兩側列車進行信號覆蓋；車載中繼裝置2置于列車3朝射頻前端12 — 側的車廂側部，在該側部的前側部和后側部分別裝載一個車載中繼裝置2，也可根據(jù)需要在 車廂上裝載更多的車載中繼裝置2以實現(xiàn)空間分集和/或空間復用通信。軌基中繼裝置1 的信號處理單元11、射頻前端12以及布線單元13可構建成如圖4所示的菊花鏈形、圖5所 示的星形以及圖6所示的環(huán)形拓撲網(wǎng)絡。圖3給出了本發(fā)明所述高速鐵路微波通信網(wǎng)絡的具體實施實例之二。在該實施例 中，軌基中繼裝置1的射頻前端12的微波輻射單元包括一個或多個沿軌道4方向輻射進而 實現(xiàn)軌道4沿線信號覆蓋的定向性微波天線，整個射頻前端12同樣裝置于雙向列車軌道4 之間；車載中繼裝置2置于列車3的頭部和尾部，也可根據(jù)需要在列車上裝置更多的車載中 繼裝置2以實現(xiàn)空間分集和/或空間復用通信。軌基中繼裝置1的信號處理單元11、射頻 前端12以及布線單元13同樣可構建成如圖4所示的菊花鏈形、圖5所示的星形以及圖6 所示的環(huán)形拓撲網(wǎng)絡。所述的車載中繼裝置2包括有用于完成載體內(nèi)部與軌基中繼裝置1之間進行信號 中繼的天線，該天線與列車共形。本發(fā)明的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡的工作過程如下對于下行信號，軌基中繼裝置1接收外網(wǎng)信號后，在其信號處理單元11中進行信 號處理，然后通過其射頻前端12在空中進行輻射以在建筑限界內(nèi)實施覆蓋；車載中繼裝置 2的共形天線接收由該軌基中繼裝置1的射頻前端12產(chǎn)生的信號后，進而轉發(fā)給與之相連 接的內(nèi)網(wǎng)，最終由內(nèi)網(wǎng)實現(xiàn)對列車車廂內(nèi)部的各種業(yè)務信號的接入和覆蓋，以提供給各數(shù) 據(jù)終端使用。對于上行信號，數(shù)據(jù)終端發(fā)送的上行信號經(jīng)由車載中繼裝置2接收后，通過車載 中繼裝置2的共形天線向空中輻射以在建筑限界內(nèi)完成覆蓋，相應的，軌基中繼裝置1接收 的射頻前端12該上行信號后，送入其信號處理單元12進行相應處理后最終被外網(wǎng)的接收 設備接收。綜上所述，本發(fā)明的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，由于采用了微波頻段進行內(nèi)網(wǎng)和外 網(wǎng)的信號中繼，具有信道穩(wěn)定、通信容量大的優(yōu)點；由于將系統(tǒng)封閉在高速鐵路之建筑限界內(nèi)實現(xiàn)，具有可靠性高、通用性好、造價低廉等優(yōu)點。 本發(fā)明盡管只給出以上實施例，但是，本領域內(nèi)普通技術人員在通讀本說明書后， 結合公知的通信常識，應能聯(lián)想到更多的具體實施方式
，但是這樣的具體實施方式
并不超 脫本發(fā)明權利要求的精神，任何形式的等同替換或簡單修飾均應視為被本發(fā)明所包括的實 施例。
權利要求
1.一種高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，用于實現(xiàn)高速鐵路上運動載體內(nèi)部通信網(wǎng)絡與載體外 部通信網(wǎng)絡之間的信號中繼，其特征在于，其包括多個軌基中繼裝置，沿高速鐵路軌道布設，且均裝設在軌道建筑限界內(nèi)，用于在外部通 信網(wǎng)絡與車載中繼裝置之間實現(xiàn)信號中繼，每個軌基中繼裝置形成一個覆蓋區(qū)間；至少一個車載中繼裝置，固定于載體上，在與當前覆蓋區(qū)間相應的軌基中繼裝置與載 體內(nèi)部通信網(wǎng)絡之間實現(xiàn)信號中繼；所述信號的頻段被限定在4GHZ 42GHz的一個或多個子頻段內(nèi)。
2.根據(jù)權利要求1所述的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，其特征在于所述信號的頻段被限 定在6GHz 40GHz的一個或多個子頻段內(nèi)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，其特征在于所述多個軌基中 繼裝置沿高速鐵路軌道等距布設。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，其特征在于該通信網(wǎng)絡采用 單一頻點通信，或采用多個頻點以實現(xiàn)頻率分集和/或頻率復用通信。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，其特征在于，所述車載中繼裝置 置于載體上一個位置或者多個位置以實現(xiàn)空間分集和/或空間復用通信。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，其特征在于該通信網(wǎng)絡采用 時間分集通信以提高通信質(zhì)量。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，其特征在于，所述軌基中繼裝置 包括一個信號處理單元，用于對被中繼信號進行處理；多個射頻前端，沿高速鐵路軌道布設以進行信號覆蓋；一組布線單元，用于對各射頻前端進行組網(wǎng)以與信號處理單元實現(xiàn)連接。
8.根據(jù)權利要求7所述的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，其特征在于，所述多個射頻前端沿 高速鐵路軌道等距離布設。
9.根據(jù)權利要求7所述的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，其特征在于，所述布線單元將多個 射頻前端與該信號處理單元組建成菊花鏈形、星形或環(huán)形拓撲網(wǎng)絡。
10.根據(jù)權利要求7所述的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，其特征在于，所述多個射頻前端均 布設于高速鐵路軌道的同一側。
11.根據(jù)權利要求7所述的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，其特征在于，所述射頻前端包括至 少一個微波輻射單元和至少一個射頻單元。
12.根據(jù)權利要求11所述的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，其特征在于，所述微波輻射單元 包括至少一段沿高速鐵路軌道泄露電磁能量進而實現(xiàn)軌道沿線信號覆蓋的微波傳輸線。
13.根據(jù)權利要求12所述的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，其特征在于，所述微波傳輸線為 微波波導或射頻同軸電纜。
14.根據(jù)權利要求11所述的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，其特征在于，所述微波輻射單元 由一個或多個沿軌道方向輻射進而實現(xiàn)軌道沿線信號覆蓋的定向性微波天線組成。
15.根據(jù)權利要求1或2所述的高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，其特征在于，所述車載中繼裝 置包括用于完成載體內(nèi)部與軌基中繼裝置之間進行信號中繼的天線，該天線與載體共形。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高速鐵路微波通信網(wǎng)絡，用于實現(xiàn)高速鐵路上運動載體內(nèi)部通信網(wǎng)絡與載體外部通信網(wǎng)絡之間的信號中繼，其包括多個軌基中繼裝置，沿高速鐵路軌道布設，且均裝設在軌道建筑限界內(nèi)，用于在外部通信網(wǎng)絡與車載中繼裝置之間實現(xiàn)信號中繼，每個軌基中繼裝置形成一個覆蓋區(qū)間；至少一個車載中繼裝置，固定于載體上，在與當前覆蓋區(qū)間相應的軌基中繼裝置與載體內(nèi)部通信網(wǎng)絡之間實現(xiàn)信號中繼；所述信號的頻段被限定在4GHz～42GHz的一個或多個子頻段內(nèi)。本發(fā)明由于采用了微波頻段進行內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)的信號中繼，具有信道穩(wěn)定、通信容量大的優(yōu)點；由于將系統(tǒng)封閉在高速鐵路之建筑限界內(nèi)實現(xiàn)，具有可靠性高、通用性好、造價低廉等優(yōu)點。
文檔編號H04B7/14GK102104410SQ201110020530
公開日2011年6月22日 申請日期2011年1月18日 優(yōu)先權日2011年1月18日
發(fā)明者吳知航, 王偉, 苗龍 申請人:京信通信系統(tǒng)(中國)有限公司