本發(fā)明通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多數(shù)據(jù)模塊共用射頻天線的通信系統(tǒng)及通信方法。

背景技術(shù)：

2015年5月，中國鐵路總公司頒發(fā)了鐵總運[2015]153號文件，其中發(fā)布了《旅客列車無線局域網(wǎng)系統(tǒng)和安裝布線總體技術(shù)要求(暫行)》技術(shù)文件，該通知在技術(shù)要求中提到了車載無線局域網(wǎng)必須具備互聯(lián)網(wǎng)接入功能，必須支持多家運營商3g/lte多模塊集中上聯(lián)。

目前的3g/lte技術(shù)的無線數(shù)據(jù)終端的設(shè)計基本上都是采用一個終端模塊一副天線102(包括一個主天線和一個副天線)的技術(shù)方案，而在某些特殊場景下，外接天線的數(shù)量受到限制，比如高速動車組中心服務(wù)器以太網(wǎng)組網(wǎng)情況下，因為空間的約束，車頂天線只部署一副，而為了增加車地?zé)o線互聯(lián)的帶寬和穩(wěn)定性，要求中心服務(wù)器最大支持多個運營商多張sim卡同時工作(例如：3個運營商的9張sim卡同時工作)，這就要求在只有一副車頂天線的情況下，能夠支持最大多個無線鏈路同時工作(例如：針對3個運營商的9張sim卡同時工作的工況，需要支持9個無線鏈路同時工作，即通過一副車頂天線支持最大9個無線模塊同時工作)。

現(xiàn)有技術(shù)中，尚沒有一副天線支持多運營商多sim卡同時工作的解決方案，而多是通過擴展車頂天線，為每個運營商通信系統(tǒng)配置專用天線的方式來解決以上問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對在只有一副天線的情況下，無法實現(xiàn)多張sim卡模塊的天線和射頻復(fù)用問題，提供了一種多個sim卡無線模塊天線復(fù)用的通信系統(tǒng)和通信方法，通過這種方法可以實現(xiàn)多張sim卡的無線模塊使用一副天線的無線信號發(fā)射和接收。

本發(fā)明的內(nèi)容為：多數(shù)據(jù)模塊共用射頻天線通信系統(tǒng)，包括外部天線，具體包括一主天線和一副天線，其特征在于：進(jìn)一步包括外部功分器、切換開關(guān)、n組功分器單元，每組功分器單元均對應(yīng)一組通信單元；每組功分器單元包括兩個天線信號功分器，每組通信單元均包括多個通信模塊，每個通信模塊均包括一個sim卡；

主天線連接至外部功分器輸入端，副天線連接至外部功分器的外部天線連接至切換開關(guān)；一副外接天線是同時接入的，但正常工況下，主天線起主要通信作用。

外部功分器的第n路功分輸出端連接至第n組功分器單元中一個天線信號功分器的合路輸入端，且外部功分器最多與n-1組功分器單元相接；切換開關(guān)的第n個輸出端連接至第n組功分器單元中另一個天線功分器的合路輸入端，切換開關(guān)與n組功分器單元均相接。

每個天線功分器輸出端數(shù)量至少需與每組通信單元中通信模塊的數(shù)量相同，輸出端分別接其對應(yīng)的無線通信單元中的每個通信模塊。

優(yōu)選為：包括兩組功分器單元和兩組無線通信單元，所述外部功分器選用二功分器，所述切換開關(guān)為二選一開關(guān)。

優(yōu)選為：包括三組功分器單元和三組無線通信單元，所述外部功分器選用二功分器，所述切換開關(guān)為三選一開關(guān)。

優(yōu)選為：每組無線通信單元包括三個無線通信模塊，所述天線信號功分器選用三功分器。

多數(shù)據(jù)模塊共用射頻天線的通信方法，采用上述多數(shù)據(jù)模塊共用射頻天線通信系統(tǒng)，根據(jù)接入的無線通信單元的數(shù)量m，調(diào)整外部功分器輸出端接天線功分器的數(shù)量，控制切換開關(guān)與通信單元的接通通路。

優(yōu)選為：若m＝1，外部功分器和切換開關(guān)分別接同一組功分器單元的兩個天線信號功分器。

優(yōu)選為：若m＝2，外部功分器和切換開關(guān)分別接兩組功分器單元的兩個天線信號功分器。

優(yōu)選為：若m≥3，外部功分器接m-1組通信單元中的功分器單元，切換開關(guān)與未分配主天線信號的一組通信單元對應(yīng)的功分器單元接通。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明提供了一種多數(shù)據(jù)模塊共用射頻天線的通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用一副外部天線，通過外部功分器、切換開關(guān)和天線功分器的選型，支持通信單元、通信模塊的擴展，從而支持sim卡單元的擴展，由于不同sim卡支持不同的運營商網(wǎng)絡(luò)，因此可以實現(xiàn)多數(shù)據(jù)模塊共用一副外部天線通信。例如，在設(shè)置有三組通信單元的情況下，通過一副天線102可提供9個無線上聯(lián)鏈路場鏡，可實現(xiàn)9張sim卡接入。

(2)本發(fā)明還提供了一種多數(shù)據(jù)模塊共用射頻天線的通信方法，通過外部功分器和切換開關(guān)分別接入主天線信號和副天線信號，分別接入不同的通信單元，通過切換開關(guān)控制天線信號的通路選擇，基于此實現(xiàn)一副外部天線情況下，多通信模塊的接入，從而提高互聯(lián)網(wǎng)接入帶寬。

(3)本通信系統(tǒng)和方法可以用于高鐵中心服務(wù)器、td-lte數(shù)據(jù)終端、fdd-lte數(shù)據(jù)終端等具備無線數(shù)據(jù)終端能力的產(chǎn)品設(shè)計，通過使用這種方法，可以實現(xiàn)在只有一副射頻天線的情況下，支持多個無線數(shù)據(jù)模塊的射頻無線信號聚合。

附圖說明

圖1為多數(shù)據(jù)模塊共用射頻天線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為多數(shù)據(jù)模塊共用射頻天線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為通信方法示意圖。

圖4為通信方法示意圖。

圖5為通信方法示意圖。

圖6為通信方法示意圖。

圖7為通信方法示意圖。

圖8為通信方法示意圖。

其中：101-主天線，102-副天線，2-外部功分器，3-切換開關(guān)，401-主天線101功分器，402-副天線102信號功分器，5-無線通信模塊

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行清楚完整地描述。顯然，具體實施方式所描述的實施例僅為本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“主”、“副”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

本發(fā)明提供了一種多個sim卡無線模塊天線復(fù)用的通信系統(tǒng)和通信方法，通過這種方法可以實現(xiàn)多張sim卡的無線模塊使用一副天線102的無線信號發(fā)射和接收。

本實施例提供一種多sim卡無線模塊共用一副天線102的通信系統(tǒng)，解決多運營商、多sim卡共用一副天線102通信的問題。

多無線數(shù)據(jù)模塊共用射頻天線通信系統(tǒng)包括外部天線、進(jìn)一步包括外部功分器2、切換開關(guān)3、n組功分器單元、n組無線通信單元，每組功分器單元對應(yīng)一組無線通信單元。n為任意正整數(shù)。

其中，外部天線包括一外部主天線101和一外部副天線102；功分器單元包括兩個天線信號功分器，我們定義其中一個為主天線信號功分器401，另一個為副天線信號功分器402，這種區(qū)分僅是從天線信號的流向上來區(qū)分，兩個天線信號功分器的功能沒有差異；每組無線通信單元均包括多個無線通信模塊5，本實施例中，無線通信模塊5采用3g/lte1模塊，每個無線通信模塊5均包括一個sim卡，每個無線通信模塊可支持相同或不同的運營商網(wǎng)絡(luò)通信。

主天線101或副天線102連接至外部功分器2，未連接至外部功分器2的外部天線連接至切換開關(guān)。也就是說，根據(jù)需要，可以選擇將外部主天線信號連接至外部功分器2，副天線102信號連接至切換開關(guān)3，或者，將外部副天線信號連接至外部功分器2，主天線101信號連接至切換開關(guān)3。

外部功分器2的第n路功分輸出端連接至第n組功分器單元中一個天線信號功分器(此處為主天線信號功分器401)的合路輸入端，且外部功分器2最多與n-1組功分器單元相接，形成主天線信號通路；切換開關(guān)3的第n個輸出端連接至第n組功分器單元中另一個天線功分器(此處為副天線信號功分器402)的合路輸入端，形成副天線信號通路，切換開關(guān)3與n組功分器單元均相接。其中，n為任意正整數(shù)。

在信號接收過程中，外部功分器2的作用是將主天線的信號接入無線通信單元，分配到相應(yīng)的sim卡，切換開關(guān)3的作用是選擇接通通路，將副天線信號接入無線通信單元，分配到相應(yīng)的sim卡；信號發(fā)送過程中，外部功分器2的作用是將無線通信單元的信號經(jīng)主天線101發(fā)出，切換開關(guān)的作用是選擇接通通路，將通信單元信號經(jīng)副天線102發(fā)出。

前文已述，一個功分器單元對應(yīng)一個無線通信單元，每個功分器單元中兩個天線信號功分器的輸出端分別接其對應(yīng)的無線通信單元中的每個無線通信模塊，是指，一個主天線信號功分器401的功分信號輸出分別接任每一個無線通信模塊，一個副天線信號功分器402的功分信號輸出也分別接任何一個無線通信模塊。

天線信號功分器的功分輸出信號至少需要實現(xiàn)一路輸出信號對應(yīng)一個無線通信模塊，因此，主天線信號功分器401和副天線信號功分器402的選擇與無線通信模塊的數(shù)量有關(guān)，例如若每組無線通信單元包括兩個無線通信模塊，則主天線信號功分器401和副天線信號功分器402均可選擇二合一功分器；若每組無線通信單元包括三個無線通信模塊，則主天線信號功分器401和副天線信號功分器402均可選擇三合一功分器。

如此，可以實現(xiàn)多組無線通信單元，多個sim卡共用一組外設(shè)天線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

多數(shù)據(jù)模塊共用射頻天線的通信方法，采用上述多數(shù)據(jù)模塊共用射頻天線通信系統(tǒng)，根據(jù)接入的無線通信單元的數(shù)量m，m為任意正整數(shù)，調(diào)整外部功分器輸出端接天線功分器的數(shù)量，控制切換開關(guān)與通信單元的接通通路。

若m＝1，外部功分器和切換開關(guān)分別接同一組功分器單元的兩個天線信號功分器。

若m＝2，外部功分器和切換開關(guān)分別接兩組功分器單元的兩個天線信號功分器。

若m≥3，外部功分器接m-1組通信單元中的功分器單元，切換開關(guān)與未分配主天線信號的一組通信單元對應(yīng)的功分器單元接通。

以下將通過兩個具體的實施結(jié)構(gòu)來描述系統(tǒng)的組成及信號通信原理。

實施例1

第一種實施結(jié)構(gòu)及通信方法。

以包括兩個無線通信單元，每個通信單元包括三個無線通信模塊為例來說明通信系統(tǒng)的組成。由于每個通信模塊均接一sim卡，每組通信單元對應(yīng)3張sim卡，分別支持移動、聯(lián)通和電信的網(wǎng)絡(luò)通信制式，這種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)6張sim卡共用一副外部天線。

如圖1所示，一副外部天線分別連接至外部功分器和切換開關(guān)，這種實施結(jié)構(gòu)中，外部功分器2選用二功分器，切換開關(guān)3選擇二選一切換開關(guān)，主天線信號功分器401和副天線信號功分器402均選擇三功分器。外部功分器2的輸出端連接至第一組無線通信單元的主天線信號功分器401(外部功分器2的輸出端可以選擇是否連接到第二組無線通信單元的主天線信號功分器401)，切換開關(guān)3連接至第一組無線通信單元和第二組無線通信單元中的副天線信號功分器402。如此，形成兩條主天線信號通信線路和兩條副天線信號通路。

基于這種通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通信方法如下。

選擇一組無線通信單元接入時的通信方法。

發(fā)送信號過程：

如圖3所示，第一組無線通信單元中的主天線信號功分器401和副天線信號功分器402分別對三個通信模塊的信號進(jìn)行三合一合路，形成主天線信號(1)和副天線信號(1)；同理，第二組無線通信單元中形成主天線信號(2)和副天線信號(2)；

如圖4所示，將主天線信號(1)和主天線信號(2)連接到一個二功分外部功分功分器2上，主天線信號(1)和主天線信號(2)經(jīng)外部功分器2合路，經(jīng)主天線101發(fā)出；副天線信號(1)和副天線信號(2)連接到一個二選一切換開關(guān)3上；通過切換開關(guān)3的通斷選擇其接入第一組無線通信單元中的副天線信號功分器402或者接入第二組無線通信單元中的副天線信號功分器402，與切換開關(guān)3接通的一組無線通信單元的信號經(jīng)副天線102發(fā)出。

如圖5所示，當(dāng)選擇一組無線通信單元接入，切換開關(guān)與第一組無線通信單元中的副天線信號功分器402接通，此時輸出的為主(1)和副(1)信號，接入的無線通信單元工作在雙天線雙mo模式下。

接收信號的過程：

該過程與發(fā)送信號的過程相反，該過程中，外部功分器2將主天線信號一分為二，接入第一組無線通信單元的主天線信號功分器401，即接入主天線信號(1)，主天線信號功分器401對主天線信號(1)進(jìn)行一分三功分，分別傳遞至3張sim卡。此時選擇開關(guān)3也接入第一組無線通信單元的副天線信號功分器402，即接入副天線信號(1)，接入的無線通信單元工作在雙天線雙mi模式下。

選擇兩組無線通信單元接入時的通信方法。

信號接入方式，以及信號接入和輸出的原理與上述相同，不在贅述，不同的是：

如圖6所示，當(dāng)選擇兩組無線通信單元接入，外部功分器2與第一組無線通信單元中的主天線信號功分器401接通，形成主天線信號(1)，切換開關(guān)3與第二組無線通信單元中的副天線信號功分器402接通，此時輸出的為主(1)和副(2)信號，接入的兩組無線通信單元工作在單天線單mimo模式下。

采用這種通信系統(tǒng)和通信方法，可以實現(xiàn)6張sim卡共用一副外部天線的數(shù)據(jù)通信。

實施例2

第二種實施結(jié)構(gòu)及通信方法。

進(jìn)一步以包括三個無線通信單元，每個通信單元包括三個無線通信模塊為例來說明通信系統(tǒng)的組成。

如圖2所示，一副外部天線分別連接至外部功分器和切換開關(guān)，這種實施結(jié)構(gòu)中，外部功分器2選用二功分器，切換開關(guān)3選擇三選一切換開關(guān)，主天線信號功分器401和副天線信號功分器402均選擇三功分器。外部功分器2的輸出端連接至第一組和第二組無線通信單元的主天線101信號功分器401，切換開關(guān)3連接至第一組無線通信單元、第二組無線通信單元和第三組無線通信單元中的副天線信號功分器402。如此，形成兩條主天線信號通信線路和三條副天線102信號通路。

基于這種通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通信方法如下。

具體的說，選擇一組無線通信單元接入時的通信方法，參考圖3、圖5和圖7。

天線信號接入的過程：

主天線信號經(jīng)外部功分器2接入，并進(jìn)行一分二，主天線信號(1)傳遞至一組無線通信單元，選擇開關(guān)3接入副天線信號(1)，也接入該無線通信單元；主天線信號功分器401和副天線信號功分器402分別對主天線信號(1)和副天線信號(1)進(jìn)行一分三功分，傳遞到3張sim卡。

信號輸出過程：

一組無線通信單元中3張sim卡信號分別經(jīng)主天線信號功分器401和副天線信號功分器402進(jìn)行三合一合路，形成主天線信號(1)和副天線信號(1)，并分別經(jīng)外部功分器2和選擇開關(guān)3后由主天線101和副天線102輸出。

一組無線通信單元接入時，其工作在雙天線mimo的工作模式下。

選擇兩組無線通信單元接入時的通信方法。

信號接入方式與上述相同，不在贅述，不同的是：

如圖6所示，當(dāng)選擇兩組無線通信單元接入，外部功分器2將主天線信號接入一組無線通信單元的主天線信號功分器401，相應(yīng)的切換開關(guān)3與另一組無線通信單元中的副天線信號功分器402接通，此時輸出一個主天線信號和一個副天線信號，例如為主(1)和副(2)信號，接入的兩組無線通信單元工作在單天線單mimo模式下。

選擇三組無線通信單元接入時的通信方法。

信號接入方式與上述相同，不在贅述，不同的是：

如圖8所示，當(dāng)選擇三組無線通信單元接入，外部功分器2將主天線信號接入兩組無線通信單元的主天線信號功分器401，切換開關(guān)3與第三組無線通信單元中的副天線信號功分器402接通，此時輸出的為兩個主天線信號和一個副天線信號，主(1)、主(2)和副(3)信號，接入的三組無線通信單元工作在單天線單mimo模式下。

采用這種通信方法，可以實現(xiàn)9張sim卡共用一副外部天線的數(shù)據(jù)通信。

除以上實施結(jié)構(gòu)外，根據(jù)配置需求，還可以設(shè)計其他數(shù)量的通信單元，相應(yīng)的，需要更改外部功分器、切換開關(guān)的和天線功分器的選型。

其中，切換開關(guān)3和外部功分器2的選型與通信單元的數(shù)量有關(guān)，切換開關(guān)3的階數(shù)與通信單元的數(shù)量相同，例如：若包括四組通信單元，則切換開關(guān)3應(yīng)用四選一開關(guān)，外部功分器2應(yīng)用三功分器，外部功分器2的輸出端與三個通信單元中的主天線信號功分器401連接，形成主天線信號通路，切換開關(guān)3與四個通信單元中的副天線信號功分器402相接，形成副天線信號通路。天線功分器的選型與通信單元中通信模塊的數(shù)量有關(guān)，天線功分器的功分通道數(shù)等于通信單元中通信模塊的數(shù)量。