[发明专利]一种超高速磁悬浮列车的车地无线通信系统

权利要求书

1.一种超高速磁悬浮列车的车地无线通信系统，其特征是包括三个通信模块：

第一通信模块用于列车内部之间的信息交互，包括车载中继站、无线接入点、车载天线、用户终端，组成列车内部的第一局域网LAN1，车载中继站作为该局域网网关，将用户信息汇集于车载中继站上；车载中继站与无线接入点均放置在列车车厢内部，车载天线放置在车厢内顶部，信号通过透波天窗实现接收与发射；车载中继站通过光纤与车载天线连接；用户终端为车厢中每一个人的手持终端，有其自身的IP地址；每一节车厢配置若干个无线接入点，每个无线接入点间通过光纤相连；用户终端通过网络协议与车厢中的无线接入点进行通信，以IP数据包的形式传递信息；

第二通信模块用于超高速磁悬浮列车与地面控制中心间的信息交互，包括车载中继站、中心控制站、宏站、天线单元，构成超高速磁悬浮列车与地面控制中心间信息交互的第二局域网 LAN2，宏站是LAN2的网关；天线单元放置于真空管道管壁内顶部，并用隔热透波材料制成保护罩；宏站位于地面控制中心，宏站与所有中心控制站通过光缆相连，以数字基带信号的形式进行远距离传输；中心控制站位于真空管道外部，中心控制站间通过光缆连接；

第三通信模块用于地面控制中心与公共交换电信网络间的信息交互，包括宏站和公共交换电信网络；宏站将所管理的各个中心控制站的信息通过光纤与公共交换电信网络进行数据交换；所述数据交换过程包括将第二局域网LAN2的数据发送至广域网以及接收来自广域网的数据；

第一通信模块中所述网络协议包括CDMA、GSM、TCP/IP或UDP；

所述车载天线包括前天线(6)和后天线(1)，前天线(6)位于车头车厢内顶部，后天线(1)位于车尾车厢内顶部，前天线(6)和后天线(1)均包括两根特定覆盖角度的定向天线，分别是第一前天线(5)、第二前天线(4)和第一后天线(3)、第二后天线(2)；第一前天线(5)与第二前天线(4)、第一后天线(3)与第二后天线(2)指向方向相差180°，用以实现接收方向的分集；

所述第一前天线(5)通过频分复用的方式，以f₁或f₃的频率接收来自附近天线单元的信号，同时以f₂或f₄的频率向天线单元发送数据；第二前天线(4)只有接收功能，以f₁或f₃的频率接收来自附近天线单元的信号；第一后天线(3)通过频分复用的方式，以f₁或f₃的频率接收来自附近天线单元的信号，同时以f₂或f₄的频率向天线单元发送数据；第二后天线(2) 只有接收功能，以f₁或f₃的频率接收来自附近天线单元的信号；

安装所述车载天线的车顶部分采用透波材料；

所述中心控制站每隔若干距离部署一个；天线单元采用分布式架构布置，在一个逻辑小区内分散部署多个天线单元；所述逻辑小区为一个中心控制站所控制的范围；

所述车载中继站与最近的中心控制站通过车载天线与天线单元保持双向数据传输；中心控制站与车载中继站的上行传输链路和下行传输链路相分开，在不同的光纤中进行信息传输，对于下行场景，中心控制站将基带信号上变频至1.4GHz的中频模拟信号进行传输，通过模数转换器将模拟信号转换成为数字信号，由光载无线通信电光调制器将中频数字信号调制到光载波上，通过光纤传输至天线单元；天线单元接收光信号，将该光信号通过光电探测器解调为中频数字信号，通过数模转换器将数字信号还原为模拟信号，经过上变频将其转换为12.7GHz的射频信号，经功率放大器放大，天线单元通过射频发送至列车的车载天线，从而完成中心控制站到车载中继站的下行信息传输；对于上行的场景，同一中心控制站小区内的多个天线单元共同接收车载天线发送的射频信号，距离列车最近的天线单元接收信号强度最大；天线单元将接收到的射频信号通过低噪放大器进行放大，下变频至1.4GHz，通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号，通过电光调制器将中频数字信号调制到光载波上，通过光纤链路传输至光电探测器，光电探测器将光信号解调为中频数字信号，通过数模转换器将数字信号转换为模拟信号，下变频为基带信号，传输至当前正在使用服务的中心控制站；

所述超高速磁悬浮列车运行至当前服务的中心控制站与目标中心控制站的覆盖重叠区时，相邻小区使用不同的上下行频率，以保证切换时两个小区的数据互不干扰；超高速磁悬浮列车位于重叠覆盖区时，使用f₁或f₃的下行频率、f₂或f₄的上行频率与当前服务的中心控制站通信，使用f₃或f₁的下行频率、f₄或f₂的上行频率与目标中心控制站建立连接；当触发切换时，后天线(1)依然保持与当前服务的中心控制站的用户业务数据双向传输，前天线(6)负责与目标中心控制站进行切换控制类数据的交互；前天线(6)切换成功后，与目标中心控制站建立链路，传输业务数据，并向目标中心控制站申请后天线(1)的信道资源，目标中心控制站允许接入后，后天线(1)再执行切换，与前天线(6)一同工作，切换完成后，目标中心控制站成为当前服务的中心控制站，下一个目标中心控制站被激活，上一个当前服务的中心控制站会被关闭；所述当前服务的中心控制站为超高速磁悬浮列车所处逻辑小区所属的中心控制站，目标中心控制站为列车运行前方的下一个逻辑小区所属的中心控制站。