CN106817705B - 一种兼容wlan和lte-m两种无线信号的轨道组网系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种兼容WLAN和LTE‑M两种无线信号的轨道组网系统，通过在铁路沿线对每个中继双频波导传输机构中的双频漏泄波导管单元、WLAN信号源装置、LTE‑M信号源装置、合路器和匹配负载进行合理的设计组网，实现了WLAN和LTE‑M两种制式的无线信号兼容传输，解决了WLAN技术向LTE‑M技术过渡跨度太大，很多列车还没有安装LTE‑M信号接收模块的难题，实现双通信系统的互联互通；通过LTE‑M无线信号的覆盖传输，克服了现用于轨道交通CBTC无线通信系统以WLAN制式进行组网所存在的运行速度受限、覆盖距离短且切换频繁、无线干扰严重、不适合综合承载的弊端。

Description

一种兼容WLAN和LTE-M两种无线信号的轨道组网系统

技术领域

本发明涉及轨道交通无线通信技术领域，尤其涉及一种兼容WLAN和 LTE-M两种无线信号的轨道组网系统。

背景技术

基于通信的列车控制技术（CBTC）是一种在列车运行控制系统中使用的技术，通过车地之间周期传递列车位置和移动授权等信息来实现对列车的控制功能。

目前的列车控制技术（CBTC）主要采用IEEE802.11标准进行无线传输，使用频点开放、标准公开的WLAN技术进行车地无线组网；通过长期的工程应用实践证明，其可用性、可靠性、安全性能够基本满足当前城市轨道交通运营的需求，但这种技术存在一些局限性，主要表现在：1.运行速度受限，WLAN无线网络不是为高速设计的，在高速移动中，无线传输受到的多普勒效应、多径效应等影响会加剧，导致实际传输速率下降，目前城市轨道交通运行速度最高在80-120km/h，仿真研究表明，如果运行速度超过120km/h，就会导致误码率急剧增加；2.覆盖距离短且切换频繁，WLAN设备的最大发射功率为100mW，一个AP的覆盖距离约为200m左右，另外列车运营时处于高速移动状态，车载无线单元在轨旁AP间快速移动，车载无线设备会频繁发生漫游切换，切换中断会引起数据丢包；3.无线干扰严重， WLAN网络多工作在2.4GHz公共频段，为开放频段，多数民用无线设备均工作在这一频段，信道有限，使用者众多，随着互联网宽带技术普及、用户激增，干扰源日益复杂，严重影响轨道交通安全运营；4.不适合综合承载，随着通信技术的发展，车地无线网络不仅可以承载信号系统的简单数据信息，而且向着同时可承载视频、多媒体等多项业务的方向发展，现有WLAN技术如果同时传输CBTC、列车状态监测、车厢内视频监控和乘客信息系统的信息时，无法按照优先级调度。

LTE-M（长期演进）是基于OFDMA/MIMO（正交频分复用多址接入/多入多出）技术，依据由3GPP（第三代合作伙伴计划）组织制定的全球通用标准；作为一种先进的无线通信技术，LTE-M技术在设计时就考虑了满足高吞吐率的需求，在20MHz带宽组网的情况下，峰值速率下行可达100Mbit/s，上行可达50Mbit/s，采用了OFDM（正交频分复用）、MIMO（多输入多输出）、HARQ（混合自动重传请求）等先进技术，有效提高数据速率、频谱效率和抗干扰性，提供综合业务承载的优先级调度和高速移动性支持，并通过抗干扰技术和安全机制，保证无线数据业务的安全可靠传输；CBTC无线通信系统中采用 LTE-M技术进行组网解决了以往采用WLAN进行组网所存在的弊端，深受运营商好评，越来越多的应用在轨道交通建设当中。

目前，国内外既有的轨道交通CBTC无线通信系统轨道沿线无线信号多采用单频漏泄波导管单元的方式进行覆盖，其设计只考虑了WLAN制式组网方式，工作频率限定在2.4GHz～2.5GHz，仅能实现WLAN信号传输，不能实现工作频率为1785MHz~1805MHz的 LTE-M信号传输；LTE-M是针对城市轨道交通综合业务承载需求的TD- LTE系统，它在保证基于通信的列车控制系统（CBTC）车地信息传输基础上，可同时传输视频监控（IMS）、乘客信息系统（PIS）、列车运行状态监测、集群调度业务等信息，未来国内一些大中型城市将陆续采用LTE-M技术实现城市轨道交通综合业务承载，在很长一段时期内，WLAN和 LTE-M两种技术将处于过渡期，因此两种组网方式在一定时期内将处于并存状态，如何实现两种制式的无线信号兼容组网迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供一种兼容WLAN和 LTE-M两种无线信号的轨道组网系统，能够实现在轨道沿线将WLAN和 LTE-M两种制式信号进行综合传输，实现双通信系统的互联互通。

本发明采用的技术方案为：一种兼容WLAN和LTE-M两种无线信号的轨道组网系统，包括至少一组独立的中继双频波导传输机构；所述中继双频波导传输机构包括从左到右依次设置的第一双频漏泄波导管单元、第二双频漏泄波导管单元、第三双频漏泄波导管单元和第四双频漏泄波导管单元；第一双频漏泄波导管单元的第一端口和第二端口分别连接第一合路器和第二合路器，第二双频漏泄波导管单元的第一端口和第二端口分别连接第三合路器和第四合路器，第三双频漏泄波导管单元的第一端口和第二端口分别连接第五合路器和第六合路器，第四双频漏泄波导管单元的第一端口和第二端口分别连接第七合路器和第八合路器；第一合路器分别与第一匹配负载和第一LTE-M信号源装置相连接，第八合路器分别与第四匹配负载和第二LTE-M信号源装置相连接，第二合路器和第三合路器均连接第一WLAN信号源装置，且第二合路器和第三合路器相连接；第六合路器和第七合路器均连接第二WLAN信号源装置，且第六合路器和第七合路器相连接；第四合路器和第五合路器分别连接第二匹配负载和第三匹配负载，且第四合路器和第五合路器相连接。

进一步地所述第一双频漏泄波导管单元、第二双频漏泄波导管单元、第三双频漏泄波导管单元和第四双频漏泄波导管单元均包括依次连接的多个双频漏泄波导管，所述每个双频漏泄波导管包括截面呈矩形的金属波导管管体，金属波导管管体的其中一个宽侧面的中轴线两侧分别铣一排泄漏缝隙，并在设有泄漏缝隙的金属波导管管体的宽侧面上依次粘接一层塑料胶带和一层阻燃胶布，阻燃胶布的外表面压设有一层阻燃玻璃钢盖板，阻燃玻璃钢盖板的两端分别搭接有挡水板,金属波导管管体的两端分别焊接用于密封连接的左金属法兰和右金属法兰；设置在最外侧的两个双频漏泄波导管的外侧端分别密封连接有端盖，所述端盖上设置有用于连接馈线，并用于输入输出信号的波导同轴转换器。

进一步地所述金属波导管管体的外截面的宽度为113.1mm～113.5mm，高度为58.5mm～58.9mm；所述金属波导管管体的内截面的宽度为109.0mm～109.4mm，高度为54.4mm～54.8mm。

进一步地所述金属波导管管体的外截面的宽度为109.1mm～109.5mm，高度为56.6mm～57.0mm；所述金属波导管管体的内截面的宽度为104.8mm～105.2mm，高度为52.3mm～52.7mm。

本发明通过在铁路沿线对每个中继双频波导传输机构中的双频漏泄波导管单元、WLAN信号源装置、LTE-M信号源装置、合路器和匹配负载进行合理的设计组网，实现了WLAN和LTE-M两种制式的无线信号兼容传输，解决了WLAN技术向 LTE-M技术过渡跨度太大，很多列车还没有安装LTE-M信号接收模块的难题，实现双通信系统的互联互通；通过LTE-M无线信号的覆盖传输，克服了现用于轨道交通CBTC无线通信系统以WLAN制式进行组网所存在的运行速度受限、覆盖距离短且切换频繁、无线干扰严重、不适合综合承载的弊端。

进一步地通过在金属波导管管体的其中一个宽侧面的中轴线两侧分别铣一排泄漏缝隙，并在设有泄漏缝隙的金属波导管管体的宽侧面上依次粘接一层塑料胶带和一层阻燃胶布，阻燃胶布的外表面压设有一层阻燃玻璃钢盖板，阻燃玻璃钢盖板的两端分别搭接有挡水板,金属波导管管体的两端分别焊接用于密封连接的左金属法兰和右金属法兰，使双频漏泄波导管不仅具有良好的信号漏泄能力，还具有较好的防水、防火性能，并且组装和运输非常方便。

附图说明

图1为本发明的组成原理框图；

图2为本发明所述的双频漏泄波导管的结构示意图；

图3为本发明所述的双频漏泄波导管的安装位置示意图；

图4为本发明所述的单LTE-M制式无线信号进行铁路组网的组成原理框图。

具体实施方式

为了在铁路沿线实现WLAN和LTE-M两种制式的无线信号兼容组网，本发明提供了一种利用双频漏泄波导管、合路器、匹配负载、WLAN信号源装置和LTE-M信号源装置进行轨道组网的系统，如图1所示，具体包括至少一组独立的中继双频波导传输机构，所述中继双频波导传输机构包括从左到右依次设置的第一双频漏泄波导管单元、第二双频漏泄波导管单元、第三双频漏泄波导管单元和第四双频漏泄波导管单元；第一双频漏泄波导管单元的第一端口和第二端口分别通过馈线连接第一合路器和第二合路器，第二双频漏泄波导管单元的第一端口和第二端口分别通过馈线连接第三合路器和第四合路器，第三双频漏泄波导管单元的第一端口和第二端口分别通过馈线连接第五合路器和第六合路器，第四双频漏泄波导管单元的第一端口和第二端口分别通过馈线连接第七合路器和第八合路器；第一合路器分别通过馈线与第一匹配负载和第一LTE-M信号源装置相连接，第八合路器分别通过馈线与第四匹配负载和第二LTE-M信号源装置相连接，第二合路器和第三合路器均通过馈线连接第一WLAN信号源装置，且第二合路器和第三合路器之间通过馈线相连接；第六合路器和第七合路器均通过馈线连接第二WLAN信号源装置，且第六合路器和第七合路器之间通过馈线相连接；第四合路器和第五合路器分别通过馈线连接第二匹配负载和第三匹配负载，且第四合路器和第五合路器之间通过馈线相连接；其中第一WLAN信号源装置和第二WLAN信号源装置优选为AP箱，第一LTE-M信号源装置和第二LTE-M信号源装置优选为BTS/RRU（远端射频单元）。

所述第一双频漏泄波导管单元、第二双频漏泄波导管单元、第三双频漏泄波导管单元和第四双频漏泄波导管单元均包括依次连接的多个双频漏泄波导管，如图2所示，所述每个双频漏泄波导管包括截面呈矩形的金属波导管管体1，金属波导管管体1的其中一个宽侧面的中轴线两侧分别铣一排泄漏缝隙3，并在设有泄漏缝隙3的金属波导管管体1的宽侧面上依次粘接一层塑料胶带4和一层阻燃胶布5，塑料胶带4和阻燃胶布5分别用于防水和防火；阻燃胶布5的外表面压设有一层阻燃玻璃钢盖板7，阻燃玻璃钢盖板7的两端分别搭接有挡水板6，进一步增强了防水效果；金属波导管管体1的两端分别焊接有左金属法兰2a和右金属法兰2b，图2中只为了说明双频漏泄波导管的结构，并没有示出双频漏泄波导管之间的连接关系，实际应用中，为了方便运输和制造，并满足不同工程需要的长度，双频漏泄波导管通常会制造成不同长度规格，比较常用的规格为：12米、6米、3米和1米；在安装过程中通过双频漏泄波导管两端设置的金属法兰，利用螺栓依次将双频漏泄波导管密封连接，设置在最外侧的两个双频漏泄波导管的外侧端的金属法兰分别连接有一端密封的端盖9，端盖9上设置有用于连接馈线并用于输入输出信号的波导同轴转换器8。

如图3所示，双频漏泄波导管的安装位置在轨道旁或两铁轨10之间，安装高度低于铁轨10的上端面30mm～40mm为宜；每一段中继双频波导传输机构中，射频信号通过基站或直放站等信号源设备，从双频漏泄波导管单元端部安装的波导同轴转换器8注入，并通过双频漏泄波导管上的泄漏缝隙3泄漏出去，被车载天线接收。

下面结合实例和图1对本组网系统的具体工作流程进行说明：

当本组网系统进行工作时，系统左侧 LTE-M无线信号从第一LTE-M信号源装置发出,进入第一合路器，第一合路器将 LTE-M信号进行合路传输至第一双频漏泄波导管单元,LTE-M信号传输至第一双频漏泄波导管单元右端进入第二合路器，然后再进入第三合路器，LTE-M信号通过第三合路器进入第二双频漏泄波导管单元，再传输至第二双频漏泄波导管单元右端进入第四合路器，然后再通过第五合路器传输至第三双频漏泄波导管单元；系统右侧 LTE-M无线信号从第二LTE-M信号源装置发出,进入第八合路器，第八合路器将 LTE-M信号进行合路传输至第四双频漏泄波导管单元, LTE-M信号传输至第四双频漏泄波导管单元左端进入第七合路器，然后再进入第六合路器， LTE-M信号通过第六合路器进入第三双频漏泄波导管单元，再传输至第三双频漏泄波导管单元左端进入第五合路器，然后再通过第四合路器传输至第二双频漏泄波导管单元；LTE-M信号在双频漏泄波导管中传输时会经过泄漏缝隙3进行泄漏，其中左侧LTE-M信号到达第三双频漏泄波导管单元右侧端时已经衰减殆尽，右侧LTE-M信号到达第二双频漏泄波导管单元左侧端时已经衰减殆尽，第二双频漏泄波导管单元和第三双频漏泄波导管单元为第一LTE-M信号源装置和第二LTE-M信号源装置所发出的 LTE-M信号的切换区。

系统左侧的WLAN无线信号从第一WLAN信号源装置发出，分别经由第二合路器和第三合路器进入第一双频漏泄波导管单元和第二双频漏泄波导管单元，然后再分别传输至第一合路器和第四合路器，第一匹配负载和第二匹配负载用于吸收第一WLAN信号源装置发出的剩余WLAN信号，并向外漏泄信号；系统右侧的WLAN无线信号从第二WLAN信号源装置发出，分别经由第六合路器和第七合路器进入第三双频漏泄波导管单元和第四双频漏泄波导管单元，然后再分别传输至第五合路器和第八合路器，第三匹配负载和第四匹配负载用于吸收第二WLAN信号源装置发出的剩余WLAN信号，并向外漏泄信号；WLAN信号在双频漏泄波导管中传输时会经过泄漏缝隙3进行泄漏，第二匹配负载和第三匹配负载避免在第二双频漏泄波导管单元和第三双频漏泄波导管单元之间出现WLAN信号盲区。

通过上述方式可以实现轨道沿线一定区间内 LTE-M和WLAN两种制式无线信号的融合传输覆盖，以1KM的区间为例，第一双频漏泄波导管单元和第四双频漏泄波导管单元的长度分别取200m,第二双频漏泄波导管单元和第三双频漏泄波导管单元的长度分别取300m，通过上述组网方案，在1.7GHz～2.5GHz频率范围可实现WLAN和 LTE-M两种制式信号综合传输，实现双通信系统的互联互通。

下面详细给出中继双频波导传输机构为1KM区间时，双频漏泄波导管结构尺寸的具体实施方案：

方案1：

金属法兰尺寸： 宽度：145mm±0.2mm 高度：90mm±0.2mm 厚度：7.5mm±0.2mm

双频漏泄波导管外截面尺寸：宽度：113.3mm±0.2mm 高度：58.7mm±0.2mm

双频漏泄波导管内截面尺寸：宽度：109.2mm±0.2mm 高度：54.6mm±0.2mm

方案2：

金属法兰尺寸： 宽度：145mm±0.2mm 高度：90mm±0.2mm 厚度：7.5mm±0.2mm

双频漏泄波导管外截面尺寸： 宽度：109.3mm±0.2mm 高度：56.8mm±0.2mm

双频漏泄波导管内截面尺寸： 宽度：105.0mm±0.2mm 高度：52.5mm±0.2mm

利用方案1和2的双频漏泄波导管结构尺寸进行组网时， LTE-M和WLAN两种信号的传输损耗与耦合损耗如表1所示：

表1

从表1中的数据可以看出，在1.7GHz～2.5GHz频率范围，LTE-M和WLAN两种信号的传输损耗与耦合损耗均较低。

如果不考虑 LTE-M和WLAN两种制式无线信号的融合传输覆盖，仅考虑以 LTE-M制式的无线信号覆盖进行铁路组网，可以有如下实施例：

如图4所示，第一漏泄波导管单元和第二漏泄波导管单元的长度均为500m， LTE-M无线信号分别从左、右两侧BTS/RRU（远端射频单元）发出进入第一漏泄波导管单元和第二漏泄波导管单元向右、左两侧传输，两个漏泄波导管单元之间通过射频馈线连接，第一漏泄波导管单元末端侧和第二漏泄波导管单元始端侧为右、左两侧信号切换区；以此种方式来实现轨道沿线1km区间的 LTE-M无线信号覆盖。

实施例中漏泄波导管结构尺寸及技术指标如下：

金属法兰尺寸： 宽度：145mm±0.2mm 高度：90mm±0.2mm 厚度：7.5mm±0.2mm

漏泄波导管外截面尺寸： 宽度：113.3mm±0.2mm 高度：58.7mm±0.2mm

漏泄波导管内截面尺寸： 宽度：109.2mm±0.2mm 高度：54.6mm±0.2mm

LTE-M无线信号频率：1.7GHz～1.9GHz；

利用上述组网方案及漏泄波导管结构尺寸方案时，LTE-M无线信号的传输损耗与耦合损耗如表2所示：

表2

从表2中的数据可以看出，在1.785GHz～1.805GHz频率范围， LTE-M信号的传输损耗与耦合损耗均较低。

综上所述，本发明提供了一种兼容WLAN和LTE-M两种无线信号的轨道组网方案，实现了WLAN和LTE-M两种制式的无线信号兼容传输，解决了WLAN技术向 LTE-M技术过渡跨度太大，很多列车还没有安装LTE-M信号接收模块的难题，实现双通信系统的互联互通；通过LTE-M无线信号的覆盖传输，克服了现用于轨道交通CBTC无线通信系统以WLAN制式进行组网所存在的运行速度受限、覆盖距离短且切换频繁、无线干扰严重、不适合综合承载的弊端，并有效提高数据速率、频谱效率和抗干扰性，提供综合业务承载的优先级调度和高速移动性支持。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种兼容WLAN和LTE-M两种无线信号的轨道组网系统，其特征在于，包括至少一组独立的中继双频波导传输机构；所述中继双频波导传输机构包括从左到右依次设置的第一双频漏泄波导管单元、第二双频漏泄波导管单元、第三双频漏泄波导管单元和第四双频漏泄波导管单元；第一双频漏泄波导管单元的第一端口和第二端口分别连接第一合路器和第二合路器，第二双频漏泄波导管单元的第一端口和第二端口分别连接第三合路器和第四合路器，第三双频漏泄波导管单元的第一端口和第二端口分别连接第五合路器和第六合路器，第四双频漏泄波导管单元的第一端口和第二端口分别连接第七合路器和第八合路器；第一合路器分别与第一匹配负载和第一LTE-M信号源装置相连接，第八合路器分别与第四匹配负载和第二LTE-M信号源装置相连接，第二合路器和第三合路器均连接第一WLAN信号源装置，且第二合路器和第三合路器相连接；第六合路器和第七合路器均连接第二WLAN信号源装置，且第六合路器和第七合路器相连接；第四合路器和第五合路器分别连接第二匹配负载和第三匹配负载，且第四合路器和第五合路器相连接。

2.如权利要求1所述的一种兼容WLAN和LTE-M两种无线信号的轨道组网系统，其特征在于：所述第一双频漏泄波导管单元、第二双频漏泄波导管单元、第三双频漏泄波导管单元和第四双频漏泄波导管单元均包括依次连接的多个双频漏泄波导管，每个双频漏泄波导管包括截面呈矩形的金属波导管管体，金属波导管管体的其中一个宽侧面的中轴线两侧分别铣一排泄漏缝隙，并在设有泄漏缝隙的金属波导管管体的宽侧面上依次粘接一层塑料胶带和一层阻燃胶布，阻燃胶布的外表面压设有一层阻燃玻璃钢盖板，阻燃玻璃钢盖板的两端分别搭接有挡水板,金属波导管管体的两端分别焊接用于密封连接的左金属法兰和右金属法兰；设置在最外侧的两个双频漏泄波导管的外侧端分别密封连接有端盖，所述端盖上设置有用于连接馈线，并用于输入输出信号的波导同轴转换器。

3.如权利要求2所述的一种兼容WLAN和LTE-M两种无线信号的轨道组网系统，其特征在于：所述金属波导管管体的外截面的宽度为113.1mm～113.5mm，高度为58.5mm～58.9mm；所述金属波导管管体的内截面的宽度为109.0mm～109.4mm，高度为54.4mm～54.8mm。

4.如权利要求2所述的一种兼容WLAN和LTE-M两种无线信号的轨道组网系统，其特征在于：所述金属波导管管体的外截面的宽度为109.1mm～109.5mm，高度为56.6mm～57.0mm；所述金属波导管管体的内截面的宽度为104.8mm～105.2mm，高度为52.3mm～52.7mm。

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