一種基于毫米波的高鐵WIFI系統技術方案

本發明專利技術提供一種基于毫米波的高鐵WIFI系統，能夠提高通信傳輸速率和傳輸質量。所述系統包括：移動終端，接入熱點，車載光纖交換機，車載信號收發設備，基站，基站控制中心，核心網；車載光纖交換機，用于將所述接入熱點通過線纜傳輸的數據包匯總并通過光纖傳輸給所述車載信號收發設備；或，還用于將從所述車載信號收發設備中接受到的數據包發送給移動終端。車載信號收發設備，用于將所述車載光纖交換機發送的輸入信號進行編碼、調制、組幀、濾波，并將濾波后的信號傳輸至所述基站。或，還用于將所述基站發送的射頻信號同步、均衡、解調、譯碼，并將譯碼后的信號通過光纖傳輸給車載光纖交換機。本發明專利技術適用于無線通信技術領域。

A high speed rail WIFI system based on millimeter wave

The invention provides a high-speed rail WIFI system based on millimeter wave, which can improve the communication transmission rate and the transmission quality. The system comprises a mobile terminal, access hotspot, optical fiber switch, vehicle signal transceiver equipment, base station, the base station control center, core network; optical fiber switch, for the access through the hot cable transmission data packet collection and transmitting through optical fiber to the vehicle signal transceiver; or, also used to be from the vehicle signal transceiver equipment to receive data packets sent to the mobile terminal. The on-board signal receiving and transmitting device is used for coding, modulating, assembling and filtering the input signals transmitted by the vehicular optical fiber switch, and transmits the filtered signals to the base station. Or, the radio frequency signal transmitted by the base station is synchronized, balanced, demodulated and decoded, and the decoded signal is transmitted to the vehicular optical fiber switch through the optical fiber. The invention is applicable to the field of wireless communication technology.

【技術實現步驟摘要】
一種基于毫米波的高鐵WIFI系統
本專利技術涉及通信領域，具體涉及一種基于毫米波的高鐵WIFI系統。
技術介紹
WIFI技術是使各種便攜式通信設備不再使用通信線纜實現無線網絡接入的主要方式。通過無線方式連接，使網絡的構建和終端的移動更加靈活。目前WIFI信號在室內靜態環境下實現全覆蓋的技術已經十分純熟，如何在高速移動的交通工具中布置無線網絡并提供安全可靠的業務服務和具有較高數據傳輸速度是未來WIFI技術發展的方向。我國高鐵技術發展迅速，選擇乘坐高鐵出行的人數逐漸增大。在高鐵列車車廂上提供WIFI服務，能夠滿足互聯網時代移動用戶對于信息交互的基本需求，提高高鐵服務的品質，進一步提升我國高鐵技術在全球的競爭力。目前高鐵上的WIFI接入技術手段是通過車載WIFI設備，將沿線的3G信號或4G信號轉換為WIFI信號供乘客使用。但高鐵鐵路沿線比較荒涼，運營商的覆蓋密度比較小，而且車載設備需要不斷將收到三個運營商的信號進行轉換，必會造成信號的不穩定。并且列車在高速的行駛中，信號衰減會十分嚴重。毫米波通信具有高速率、短距離、超寬帶的特性，越來越受到學術界和工業界的重視。60GHz頻段及其附近擁有豐富的頻譜資源，帶寬最高可以達到9GHz,即使采用低階調制方式，通信速率也可以達到數Gbps。由于波束窄，因此抗干擾能力比較強，并且60GHz無線通信系統的元器件尺寸與微波的元器件相比要小很多，對發射功率的要求也很低。在IEEE802.11.ad標準中，支持最高傳輸速率為7Gbps，同時支持設在60GHz、5GHz及2.4GHz頻段進行切換，滿足高鐵WIFI的要求。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于毫米波的高鐵WIFI系統，以解決現有技術存在的傳輸速率低，信號不穩定，安全性能差的問題。為解決上述技術問題，本專利技術實施例提供一種高鐵WIFI系統，包括：移動終端，接入熱點，車載光纖交換機，車載信號收發設備，基站，基站控制中心，核心網。其中，所述移動終端依次通過所述接入熱點、車載光纖交換機、車載信號收發設備、基站、基站控制中心與所述核心網進行通信連接，所述車載光纖交換機與車載信號收發設備通過光纖連接。所述車載光纖交換機，用于將所述接入熱點通過線纜傳輸的數據包匯總并通過光纖傳輸給所述車載信號收發設備；或，還用于將從所述車載信號收發設備中接受到的數據包發送給移動終端。所述車載信號收發設備，用于將所述車載光纖交換機發送的輸入信號進行編碼、調制、組幀、濾波，并將濾波后的信號傳輸至所述基站。其中所述車載信號收發設備向所述基站無線發送的射頻信號為毫米波信號，頻段為60GHz；或，還用于將所述基站發送的射頻信號同步、均衡、解調、譯碼，并將譯碼后的信號通過光纖傳輸給車載光纖交換機。所述核心網，用于獲取鐵路數據，并將獲取的所述鐵路數據發送至與所述核心網相連的基站控制中心。進一步地，每節車廂布置一個所述車載光纖交換機，車頭和車尾分別布置一個所述車載信號收發設備，前三節車廂的所述車載光纖交換機通過光纖連接至車頭所述車載信號收發設備，后三節車廂的所述車載光纖交換機通過光纖連接至車尾所述車載信號收發設備。進一步地，所述車載信號收發設備在進行編碼和調制時，編碼采用格雷編碼，調制方式采用QPSK調制。進一步地，所述格雷編碼是由格雷序列組成，格雷序列的遞推公式為：其中由δ(n)可以求得A0(n)，B0(n)，進而可以求得Ga64、Ga128，格雷序列Ga64、Ga128的系數如下：Ga64(n)＝A6(64-n),Gb64(n)＝B6(64-n)，n＝1,2,...,64其中n表示序列的第n位數據，對應的Wk＝[+1+1-1-1+1-1]和Dk＝[21481632]，其中Wk、Dk均為偽隨機序列。Ga128(n)＝A7(128-n),Gb128(n)＝B7(128-n)，n＝1,2,...,128其中n表示序列的第n位數據，對應的Wk＝[-1-1-1-1+1-1-1]和Dk＝[1824163264]，其中Wk、Dk均為偽隨機序列，下標K為遞推下標，無實際意義。進一步地，所述基站和鐵軌之間的距離為3米，所述基站與基站之間的間隔距離為750米。進一步地，鐵路沿線沿著所述基站覆蓋區域的分布按照2個小區為一組的間隔進行頻率復用，所述基站覆蓋半徑為500米，小區重疊區域距離為250米。進一步地，所述基站采用天線水平波束寬度為90o的天線，采用分集技術為極化分集，所述天線陣面采用相控陣。進一步地，所述車載信號收發設備與所述基站采用頻分雙工的方式進行通信。本專利技術的上述技術方案的有益效果如下：上述方案中，通過采用毫米波的方式進行車載收發信號設備與基站之間的通信，能夠有效解決覆蓋區域小，信號不穩定，傳輸速度低的問題；基站天線采用相控陣的方式，具有抗干擾性能好，數據率高的特點；車廂內采用車載光纖交換機能夠滿足高鐵密集用戶對通信質量和傳輸速率的要求。附圖說明圖1為本專利技術實施例提供的高鐵WIFI系統結構示意圖；圖2為本專利技術實施例提供的高鐵車廂交換機連接示意圖；圖3為本專利技術實施例提供的高鐵車外基站覆蓋及車外接入網示意圖；圖4為本專利技術實施例提供的高鐵車載信號收發設備與基站調制解調過程示意圖。具體實施方式下面結合附圖，詳細描述本專利技術的技術方案：本專利技術針對現有的傳輸速率低、覆蓋區域小、信號不穩定、安全性能差的問題，提供一種基于毫米波的高鐵WIFI系統。本專利技術實施例中，為了更好地理解專利技術，先對相控陣天線和60GHz無線通信進行簡要說明。相控陣天線是指通過控制陣列天線中輻射單元的饋電相位來改變方向圖形狀的天線。控制相位可以改變天線方向圖最大值的指向，以達到波束掃描的目的。在快速跟蹤雷達、測相等領域得到廣泛的應用，它可以使主瓣指向隨著通信的需要而不斷地靈活調整，實現無慣性快速掃描，數據率高，并且對復雜目標環境的適應能力強，抗干擾性能好。我國高鐵通常載客量為500至1000名乘客，為這個數量的乘客提供寬帶無線接入所需的數據傳輸速率至少在1Gbps以上，特別是在5G時代來臨之際，用戶對于傳輸速度有了更高的要求。60GHz頻段及其附近擁有豐富的頻譜資源，首先相比于低頻段，它擁有豐富的連續可利用、免許可的寬帶，帶寬最大可以達到9GHz；其次，60GHz信號能量集中于4.7o的波束內，抗干擾能力強；最后60GHz無線通信系統的元器件尺寸與微波的元器件相比要小很多，為60GHz通信技術運用在小尺寸設備上提供了器件集成的可能，同時60GHz無線通信具有地發射功率的特性。綜上，可以將60GHz無線通信應用于高鐵通信，能夠滿足高鐵用戶的需求。實施例一如圖1所示，本專利技術實施例提供的一種基于毫米波的高鐵WIFI系統，包括：移動終端1、接入熱點2、車載光纖交換機3、車載信號收發設備4、基站5、基站控制中心6、核心網7。其中，所述移動終端1依次通過所述接入熱點2、車載光纖交換機3、車載信號收發設備4、基站5、基站控制中心6與所述核心網7進行通信連接，所述基站5，基站控制中心6通過光纖與所述核心網7進行通信連接；所述車載光纖交換機3，用于將所述接入熱點2通過線纜傳輸的數據包匯總并通過光纖傳輸給所述車載信號收發設備4；或，還用于將從所述車載信號收發設備4中接受到的數據包發送給移動終端。所述車載信號收發設備4，用于將所本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于毫米波的高鐵WIFI系統，其特征在于，包括：移動終端、接入熱點、車載光纖交換機、車載信號收發設備、基站、基站控制中心和核心網；其中，所述移動終端依次通過所述接入熱點、車載光纖交換機、車載信號收發設備、基站、基站控制中心與所述核心網進行通信連接，所述車載光纖交換機與車載信號收發設備通過光纖連接；所述車載光纖交換機，用于將所述接入熱點通過線纜傳輸的數據包匯總并通過光纖傳輸給所述車載信號收發設備；或，還用于將從所述車載信號收發設備中接受到的數據包發送給移動終端；所述車載信號收發設備，用于將所述車載光纖交換機發送的輸入信號進行編碼、調制、組幀、濾波，并將濾波后的信號傳輸至所述基站；其中所述車載信號收發設備向所述基站無線發送的射頻信號為毫米波信號，頻段為60GHz；或，還用于將所述基站發送的射頻信號同步、均衡、解調、譯碼，并將譯碼后的信號通過光纖傳輸給車載光纖交換機；所述核心網，用于獲取鐵路數據，并將獲取的所述鐵路數據發送至與所述核心網相連的基站控制中心。

【技術特征摘要】
1.一種基于毫米波的高鐵WIFI系統，其特征在于，包括：移動終端、接入熱點、車載光纖交換機、車載信號收發設備、基站、基站控制中心和核心網；其中，所述移動終端依次通過所述接入熱點、車載光纖交換機、車載信號收發設備、基站、基站控制中心與所述核心網進行通信連接，所述車載光纖交換機與車載信號收發設備通過光纖連接；所述車載光纖交換機，用于將所述接入熱點通過線纜傳輸的數據包匯總并通過光纖傳輸給所述車載信號收發設備；或，還用于將從所述車載信號收發設備中接受到的數據包發送給移動終端；所述車載信號收發設備，用于將所述車載光纖交換機發送的輸入信號進行編碼、調制、組幀、濾波，并將濾波后的信號傳輸至所述基站；其中所述車載信號收發設備向所述基站無線發送的射頻信號為毫米波信號，頻段為60GHz；或，還用于將所述基站發送的射頻信號同步、均衡、解調、譯碼，并將譯碼后的信號通過光纖傳輸給車載光纖交換機；所述核心網，用于獲取鐵路數據，并將獲取的所述鐵路數據發送至與所述核心網相連的基站控制中心。2.根據權利要求1所述的高鐵WIFI系統，其特征在于，在高鐵列車中：每節車廂布置一個所述車載光纖交換機，車頭和車尾分別布置一個所述車載信號收發設備，前三節車廂的所述車載光纖交換機通過光纖連接至車頭所述車載信號收發設備，后三節車廂的所述車載光纖交換機通過光纖連接至車尾所述車載信號收發設備。3.根據權利要求2所述的高鐵WIFI系統，其特征在于，所述車載信號收發設備在進行編碼和調制時，編碼采用格雷編碼，調制方式采用QPSK調制。4.根據權利要求3所述的高鐵WIFI系統，其特征在于，所述格雷編碼是由格雷序列組成，格雷序列的遞推公式為：

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐小珂，岳光榮，張智航，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川,51