[发明专利]一种轨道交通车地无线通信的车载毫米波收发机

说明书

本发明属于毫米波通信技术领域，涉及一种轨道交通车地无线通信的车载毫米波收发机。本发明的车载毫米波收发机，信号带宽1GHz，为速率达Gbit/s的车地高速通信系统的实现提供了有效、可靠的支撑。采用了模块化、通用化的设计，低功耗、低成本、适应性好，方便系统集成设计、测试及产品化；安装于车顶的毫米波模块和微波模块采用垂直互连的方式，结构紧凑、连接可靠；工作时可受系统实时监控，支持系统校准、故障预警和故障快速定位，发射端的信号功率和接收端的AGC可以动态调整，不同气候、环境条件下的适应性更强，具备一定工程化价值，可向地铁等其它轨道交通车地高速通信的解决方案推广。

技术领域

本发明属于毫米波通信技术领域，涉及一种轨道交通车地无线通信的车载毫米波收发机。

背景技术

毫米波介于微波(3～30GHz)和亚毫米波(大于300GHz)之间，兼容了微波和光波的一些特点。近年来，由于毫米波具有的诸多优点,其在通信、雷达、制导、遥感技术等方面都具有重要的应用。随着轨道交通(高铁、地铁)的快速发展，为旅客提供可靠、实时、高效的宽带无线网络接入服务，对铁路信息化也提出了新的要求。一方面，列车的运行、安全监控和设备维护等信息需要实时传送到控制中心，满足路网实时动态信息传输的需要；另一方面，人们需要通过各种通讯设备，时刻保持与网络的连接。毫米波通信具备在相同的相对带宽下绝对带宽大，这就意味着更高的传输速率与更大的容量；更高的频率也意味着更高的天线增益、更小的尺寸，抗干扰性更好。毫米波收发机是把毫米波发射模块和接收模块，本振模块和微波模块等集成为一体的毫米波微波集成电路，是构成毫米波通信系统的基础。

国内现有的轨道交通车地无线通信体制大致为GSM-R、WLAN和LTE几种；GSM-R主要基于第二代全球移动通信系统GSM，成熟可靠，但该系统本身是窄带系统，数据承载能力有限，仅能满足铁路专用无线调度与控制需求；WLAN技术具有产业链完整、技术成熟、造价低等优点，但不支持高速运行设备的数据切换，且工作在开放频段2.4GHz，易受到如个人热点、蓝牙等干扰；LTE采用1.8GHz专用频段，抗干扰能力强，可维护性能好，但不支持100MHz以上频宽和低功耗，覆盖距离100m～1km，组网成本较高。现有的几种主流方案，即使采用高阶调制或多址技术来扩大通信系统的容量，提高频谱利用率，也很难满足未来通信发展的需求。

发明内容

本发明的目的是，针对轨道交通日益增长的高速移动条件下高速数据传输所带来的“双高”问题的新需求，而采用与现有解决方案不同的毫米波技术，提供一种基于轨道交通车地通信中毫米波通信技术体制下的车载毫米波收发机，作为实现车地之间毫米波高速通信的基础，以适应近年来轨道交通迅速发展下铁路信息化新的时代需求。

本发明的技术方案是：

车载毫米波收发机提供一种安装于列车车顶的毫米波收发前端，在车头和车尾的位置各1套独立工作的毫米波收发通道。采用模块化的设计思路，考虑模块及模块内电路的通用性，将车载毫米波收发机分为毫米波收发模块、微波模块和中频模块三大部分；与地面毫米波收发机共同完成轨道沿线上车地之间毫米波信号的中继传输，并可以监测和控制车载毫米波收发机的工作状态。

毫米波收发模块，包括毫米波发射电路和毫米波接收电路。毫米波发射电路将微波模块输入的中频信号(带宽1GHz)上变频至工作的毫米波频段，并放大至所需功率后送入环形器，由车载天线向地面轨道沿线站点上的地面天线发射出去。同时，车载天线接收地面天线发射的毫米波信号(带宽1GHz)，经环形器后进入毫米波接收电路，毫米波接收电路将信号放大后下变频至中频信号，输出至微波模块。