專利名稱：一種基于ofdm的高鐵移動通信方法、系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高鐵移動通信技術(shù)，尤其涉及一種基于OFDM和基站拉遠的高鐵移動 通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鐵路運輸作為主要的大陸性運輸方式，為人類社會的進步、文明和科學(xué)技術(shù)發(fā)展 做出了巨大的歷史貢獻。鐵路運輸系統(tǒng)作為一種工業(yè)生產(chǎn)過程，經(jīng)歷了以人力、機械、信息 為主體的各個發(fā)展階段，目前正逐步向信息化、智能化和高速化方向發(fā)展。從2006年起我 國鐵路開始大規(guī)模建設(shè)高速客運專線，到2010年采用GSM-R網(wǎng)絡(luò)的主干線和客運專線總里 程將達到30000km，已有的模擬無線通信系統(tǒng)將逐步改用GSM-R系統(tǒng)。我國鐵路經(jīng)過六次大 提速，動車組時速達200km以上。2011年京滬、京廣高鐵投入運營，時速將超300km。但是 在高速鐵路環(huán)境下，即使使用目前頻譜利用率最高的調(diào)制方式，比如EDGE技術(shù)，GSM-R系統(tǒng) 的傳輸速率也只有ΙΟΟΙΛ/s左右，僅能提供必需的高速鐵路運營需求，遠遠不能為高速鐵 路上旅客提供寬帶無限接入服務(wù)。因此，針對高速鐵路建立新型通信網(wǎng)絡(luò)，并采用全新的通 信技術(shù)進行覆蓋是非常有必要的。目前高速鐵路運行中所遇到的寬帶無線通信問題大概可以總結(jié)為下面幾個方面。1、高鐵的高速運行引起的問題1. 1多普勒頻移與快衰落移動臺移動引起的接收機信號頻移稱為多普勒頻移，它與移動臺的運動速度、運 動方向及接收機電磁波的入射角有關(guān)。在高速鐵路環(huán)境下，列車的高速運行使得多普勒頻 移顯著。多普勒頻移一方面會造成高速移動終端通信質(zhì)量差；另一方面，列車的高速運動所 產(chǎn)生的高頻次深度快衰落也會嚴重影響正常通信。1.2切換問題目前GSM-R通過采用改進的越區(qū)切換算法，比如快速場強衰落切換、同步/預(yù)同步 切換等，可以提高切換成功率，縮短切換時間。而且，由于鐵路系統(tǒng)運行線路基本固定，列車 的位置和速度可以通過定位技術(shù)判定，即預(yù)先判定列車即將進入的鄰近小區(qū)，并通知基站 做好切換準備，達到縮短切換時間的目的。然而，由于高速鐵路無線通信系統(tǒng)相對于目前的 GSM小區(qū)，需要采用更小的尺寸，對于高速列車而言，切換頻率將十分頻繁。若切換區(qū)大小不 變，移動速度越高穿越切換區(qū)的時間越短。當列車移動速度足夠快，以至于穿越切換區(qū)的時 間小于系統(tǒng)處理切換的最小時延，則切換流程無法完成，導(dǎo)致掉話發(fā)生。因此解決高速鐵路 通信系統(tǒng)的切換問題迫在眉睫。2、鐵路通信的特殊性帶來的問題2. 1列車對信號屏蔽問題新型鋁合金封閉車廂的高屏蔽性帶來大約20dB的損耗，造成高速列車內(nèi)易產(chǎn)生 切換失敗、掉話、質(zhì)量下降等問題。因此，高速移動通信系統(tǒng)的設(shè)計必須確保列車內(nèi)電平強 度達到-85dBm以上。一般，在高鐵移動通信系統(tǒng)設(shè)計中，首先要對各列車類型作相關(guān)的穿透損耗測試，以穿透損耗最大的車種作為設(shè)計基礎(chǔ)，來確保用戶在各種車型中都可以獲得 正常的通話電平值。2. 2隧道通信問題隧道作為鐵路的組成部分，直接影響到鐵路覆蓋的指標，覆蓋勢在必行。隧道的樣 式和長度影響信源選取、覆蓋方式等。目前沒有針對隧道通信統(tǒng)一的解決方案，且大部分系 統(tǒng)實現(xiàn)都是將其作為一個特殊的區(qū)段單獨實現(xiàn)，與現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過在列車車廂內(nèi)安裝基站拉遠端，基站拉遠端負責收發(fā)OFDM信號，接受 或轉(zhuǎn)發(fā)的信號通過連接列車的電力線與基帶處理模塊進行通信，從根本上避免了列車高速 運行帶來的多普勒效應(yīng)和切換問題，解決了車廂屏蔽和隧道通信問題，對高鐵無線寬帶通 信的發(fā)展有重要意義。本高鐵移動通信系統(tǒng)，包括UE、射頻拉遠模塊、耦合模塊、電力線和基帶處理模塊， 其中，UE為用戶移動設(shè)備，可以是手機、筆記本、平板電腦等需要接入移動網(wǎng)絡(luò)的用戶設(shè)備； 基帶處理模塊負責將UE發(fā)過來的信號進行基帶處理。由于電力線通信中直接傳輸?shù)氖巧漕l信號，因此我們直接采用射頻拉遠技術(shù)，射 頻拉遠模塊負責與UE通信，完成信號的射頻處理過程，包括上/下變頻，模/數(shù)和數(shù)/模變 換等。射頻拉遠是最早用于解決饋線問題的技術(shù)。射頻拉遠不對信號進行解調(diào)，只是負責射 頻處理和轉(zhuǎn)發(fā)，射頻解調(diào)和基帶處理在通過電纜進行遠距離傳輸后，由基帶處理模塊負責， 從而實現(xiàn)基站的射頻部分和無線信號處理部分分離。我們在高鐵移動通信中采用基于基站 拉遠技術(shù)的電力線通信主要有以下幾方面的考慮1、基站拉遠技術(shù)降低了高鐵通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本?；纠h技術(shù)可以有效的減少饋 線損耗，降低了功率放大器的功率要求，從而降低了基站設(shè)備成本。2、基站拉遠技術(shù)降低了網(wǎng)絡(luò)部署的要求，高鐵沿線通常都是用戶較少的區(qū)域，如 果按照正常的網(wǎng)絡(luò)部署方式，基站很多時間處于空閑狀態(tài)，而采用基于基站拉遠技術(shù)可以 減少高鐵沿途的基站數(shù)量，降低運營成本和基站的租賃費用。3、實現(xiàn)高鐵通信網(wǎng)的快速建立。基站拉遠技術(shù)使得基帶和射頻的分開放置，讓高 鐵上通信網(wǎng)絡(luò)的部署更加容易，實現(xiàn)快速建網(wǎng)。4、便于高鐵網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化調(diào)整?；纠h技術(shù)天線的位置不受基站的限制，我們可 以在高鐵車廂的任意位置放置天線，構(gòu)建標準蜂窩結(jié)構(gòu)，降低了高鐵通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的難度。耦合模塊負責將信號耦合到電力線上進行傳輸，以及從電力線上提取OFDM信號 給基帶處理模塊或者射頻拉遠模塊。


圖1是本發(fā)明發(fā)明內(nèi)容中高鐵移動通信系統(tǒng)模型圖。圖2是本發(fā)明具體實施方式
中上行通信過程圖。圖3是本發(fā)明具體實施方式
中下行通信過程圖。圖4是本發(fā)明具體實施方式
中耦合模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式OFDM信號通過與列車連接的電力線網(wǎng)絡(luò)傳輸，通過有線方式傳輸，避免了高速移 動下無線傳輸帶來的諸多問題。上行方向包括以下步驟UE將上行基帶信號調(diào)制成OFDM 信號，發(fā)送給射頻拉遠，射頻拉遠接受UE發(fā)送的OFDM信號，并對信號進行下變頻到適合電 力線傳輸?shù)念l率；經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換后，通過耦合裝置將OFDM信號耦合到電力線上，信號以 OFDM方式在電力線上傳輸；基帶處理模塊通過耦合裝置從電力線上提取OFDM信號，并進行 模/數(shù)變換；基帶處理模塊對接收下來的信號進行基帶處理，完成從UE到基帶處理的上行 傳輸過程。下行方向包括以下步驟基帶處理模塊將下行基帶信號調(diào)制成高頻OFDM信號，并 對信號進行下變頻到適合電力線傳輸?shù)念l率；經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換后，通過耦合裝置將OFDM信 號耦合到電力線上，信號以O(shè)FDM方式在電力線上傳輸；射頻拉遠端通過耦合裝置從電力線 上提取OFDM信號，并進行模/數(shù)變換；射頻拉遠對接收下來的信號進行上變頻處理，并將 OFDM高頻信號通過無線信道發(fā)送給UE,完成從基帶處理到UE的下行傳輸過程。電力線載波通信裝置要把信號發(fā)射到電力線網(wǎng)絡(luò)中去，耦合與放大是與之最直接 相關(guān)的部分。將OFDM信號耦合到電力線上的步驟包括射頻輸入匹配與增益平衡、功率放 大器和帶通濾波器。低壓電力線網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗在幾歐至幾十歐之間。因此放大器的輸出 阻抗必須盡可能的小。低壓電力線網(wǎng)絡(luò)是一個時變的網(wǎng)絡(luò)，其輸入阻抗隨時間變化。另一 方面，電力線網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗會由于測量地點的不同而有較大的變化。因而耦合器需要有 動態(tài)阻抗匹配的能力以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)輸入阻抗的變化。OFDM是一種多載波通信方式，在子載波 間隔一定的情況下，其信號的帶寬與子載波數(shù)成正比。隨著通信速率的不同，實際信號帶寬 可能在幾百千赫茲到幾兆赫茲。因而放大器與耦合器的總增益也應(yīng)該在這個帶寬內(nèi)基本 不變。這個耦合電路具有匹配與增益平衡電路，能夠在0. 7 18MHz的頻帶內(nèi)保持增益在 22dB 27dB之間基本不變。系統(tǒng)在接收端有一個帶通濾波器。這個濾波器的作用是，濾除信號頻帶之外的噪 聲，而讓信號通過。電力線耦合器輸出的信號中含有大量低頻噪聲，其中以50kHz和800kHz 左右的噪聲最為突出。本OFDM系統(tǒng)信號所在的頻帶是IMHz到5MHz之間。帶通濾波器的 設(shè)計通頻帶為IMHz 5MHz，可以較好地抑制頻率小于IMHz的噪聲。如果不加這個濾波器， 含有大量噪聲的信號直接進入接收器處理，會給同步帶來很大的難度。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋 在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種基于OFDM的高鐵移動通信方法，其特征在于A、上行方向包括以下步驟UE將上行基帶信號調(diào)制成OFDM信號，發(fā)送給射頻拉遠，射頻拉遠接受UE發(fā)送的OFDM 信號，并對信號進行下變頻到適合電力線傳輸?shù)念l率；經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換后，通過耦合裝置將OFDM信號耦合到電力線上，信號以O(shè)FDM方式在電 力線上傳輸；基帶處理模塊通過耦合裝置從電力線上提取OFDM信號，并進行模/數(shù)變換；基帶處理模塊對接收下來的信號進行基帶處理，完成從UE到基帶處理的上行傳輸過程。B、下行方向包括以下步驟基帶處理模塊將下行基帶信號調(diào)制成高頻OFDM信號，并對信號進行下變頻到適合電 力線傳輸?shù)念l率；經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換后，通過耦合裝置將OFDM信號耦合到電力線上，信號以O(shè)FDM方式在電 力線上傳輸；射頻拉遠端通過耦合裝置從電力線上提取OFDM信號，并進行模/數(shù)變換；射頻拉遠對接收下來的信號進行上變頻處理，并將OFDM高頻信號通過無線信道發(fā)送 給UE,完成從基帶處理到UE的下行傳輸過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鐵移動通信方法，其特征在于，特征A中，將OFDM信號 耦合到電力線上的步驟包括射頻輸入匹配與增益平衡、功率放大器和帶通濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高鐵移動通信方法，其特征在于，耦合電路的匹配與增 益平衡電路，能夠在0. 7 18MHz的頻帶內(nèi)保持增益在22dB 27dB之間基本不變。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高鐵移動通信方法，其特征在于，耦合電路包含一個帶 通濾波器，這個濾波器的作用是，濾除信號頻帶之外的噪聲，而讓信號通過。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鐵移動通信方法，其特征在于，采用射頻拉遠技術(shù)，將 射頻拉遠端放置在車廂內(nèi)，通過無線信道連接車廂內(nèi)的UE。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鐵移動通信方法，其特征在于，射頻拉遠和基帶處理 模塊之間通過電力線進行通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高鐵移動通信方法，其特征在于，信號在電力線上傳輸 時，采用OFDM調(diào)制方式。
8.一種高鐵移動通信系統(tǒng)，其特征在于，包括UE、射頻拉遠模塊、耦合模塊、電力線和 基帶處理模塊，UE與射頻拉遠模塊通過無線接口連接，射頻拉遠模塊通過耦合模塊與電力 線連接，電力線通過耦合模塊與基帶處理模塊連接，其中，UE為用戶移動設(shè)備，可以是手機、筆記本、平板電腦等需要接入移動網(wǎng)絡(luò)的用戶設(shè)備；射頻拉遠模塊負責與UE通信，完成信號的射頻處理過程，包括上/下變頻，模/數(shù)和數(shù) /模變換等。射頻拉遠是最早用于解決饋線問題的技術(shù)。耦合模塊負責將信號耦合到電力線上進行傳輸，以及從電力線上提取OFDM信號給基 帶處理模塊或者射頻拉遠模塊。基帶處理模塊負責將UE發(fā)過來的信號進行基帶處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于OFDM調(diào)制的高鐵移動移動通信方法和系統(tǒng)，在火車車廂內(nèi)放置射頻拉遠，射頻拉遠通過與火車連接的電力線與遠端的機房進行通信；機房和射頻拉遠端之間的通信采用OFDM調(diào)制方式；在上行方向，移動臺發(fā)出的信號以O(shè)FDM方式傳送到射頻拉遠端，經(jīng)過下變頻、D/A變換，耦合到電力線上進行傳輸，然后到達遠端機房，進行基帶處理；在下行方向，機房將基帶信號調(diào)制成OFDM信號，耦合到電力線進行傳輸，接收到基站拉遠端，然后經(jīng)過A/D變換、上變頻，通過基站拉遠端發(fā)送給移動臺，從而實現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)通信。
文檔編號H04B7/15GK102130882SQ20111009367
公開日2011年7月20日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月14日
發(fā)明者凌大兵, 巨穎, 溫向明, 趙巖琨, 路兆銘, 鄭偉, 高日新 申請人:北京郵電大學(xué)