本實用新型涉及軌道交通無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種兼容WLAN和 LTE-M兩種無線信號的軌道組網(wǎng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

基于通信的列車控制技術(shù)（CBTC）是一種在列車運行控制系統(tǒng)中使用的技術(shù)，通過車地之間周期傳遞列車位置和移動授權(quán)等信息來實現(xiàn)對列車的控制功能。

目前的列車控制技術(shù)（CBTC）主要采用IEEE802.11標準進行無線傳輸，使用頻點開放、標準公開的WLAN技術(shù)進行車地無線組網(wǎng)；通過長期的工程應(yīng)用實踐證明，其可用性、可靠性、安全性能夠基本滿足當前城市軌道交通運營的需求，但這種技術(shù)存在一些局限性，主要表現(xiàn)在：1.運行速度受限，WLAN無線網(wǎng)絡(luò)不是為高速設(shè)計的，在高速移動中，無線傳輸受到的多普勒效應(yīng)、多徑效應(yīng)等影響會加劇，導致實際傳輸速率下降，目前城市軌道交通運行速度最高在80-120km/h，仿真研究表明，如果運行速度超過120km/h，就會導致誤碼率急劇增加；2.覆蓋距離短且切換頻繁，WLAN設(shè)備的最大發(fā)射功率為100mW，一個AP的覆蓋距離約為200m左右，另外列車運營時處于高速移動狀態(tài)，車載無線單元在軌旁AP間快速移動，車載無線設(shè)備會頻繁發(fā)生漫游切換，切換中斷會引起數(shù)據(jù)丟包；3.無線干擾嚴重， WLAN網(wǎng)絡(luò)多工作在2.4GHz公共頻段，為開放頻段，多數(shù)民用無線設(shè)備均工作在這一頻段，信道有限，使用者眾多，隨著互聯(lián)網(wǎng)寬帶技術(shù)普及、用戶激增，干擾源日益復雜，嚴重影響軌道交通安全運營；4.不適合綜合承載，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，車地無線網(wǎng)絡(luò)不僅可以承載信號系統(tǒng)的簡單數(shù)據(jù)信息，而且向著同時可承載視頻、多媒體等多項業(yè)務(wù)的方向發(fā)展，現(xiàn)有WLAN技術(shù)如果同時傳輸CBTC、列車狀態(tài)監(jiān)測、車廂內(nèi)視頻監(jiān)控和乘客信息系統(tǒng)的信息時，無法按照優(yōu)先級調(diào)度。

LTE-M（長期演進）是基于OFDMA/MIMO（正交頻分復用多址接入/多入多出）技術(shù)，依據(jù)由3GPP（第三代合作伙伴計劃）組織制定的全球通用標準；作為一種先進的無線通信技術(shù)，LTE-M技術(shù)在設(shè)計時就考慮了滿足高吞吐率的需求，在20MHz帶寬組網(wǎng)的情況下，峰值速率下行可達100Mbit/s，上行可達50Mbit/s，采用了OFDM（正交頻分復用）、MIMO（多輸入多輸出）、HARQ（混合自動重傳請求）等先進技術(shù)，有效提高數(shù)據(jù)速率、頻譜效率和抗干擾性，提供綜合業(yè)務(wù)承載的優(yōu)先級調(diào)度和高速移動性支持，并通過抗干擾技術(shù)和安全機制，保證無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的安全可靠傳輸；CBTC無線通信系統(tǒng)中采用 LTE-M技術(shù)進行組網(wǎng)解決了以往采用WLAN進行組網(wǎng)所存在的弊端，深受運營商好評，越來越多的應(yīng)用在軌道交通建設(shè)當中。

目前，國內(nèi)外既有的軌道交通CBTC無線通信系統(tǒng)軌道沿線無線信號多采用單頻漏泄波導管單元的方式進行覆蓋，其設(shè)計只考慮了WLAN制式組網(wǎng)方式，工作頻率限定在2.4GHz～2.5GHz，僅能實現(xiàn)WLAN信號傳輸，不能實現(xiàn)工作頻率為1785MHz~1805MHz的 LTE-M信號傳輸；LTE-M是針對城市軌道交通綜合業(yè)務(wù)承載需求的TD- LTE系統(tǒng)，它在保證基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）車地信息傳輸基礎(chǔ)上，可同時傳輸視頻監(jiān)控（IMS）、乘客信息系統(tǒng)（PIS）、列車運行狀態(tài)監(jiān)測、集群調(diào)度業(yè)務(wù)等信息，未來國內(nèi)一些大中型城市將陸續(xù)采用 LTE-M技術(shù)實現(xiàn)城市軌道交通綜合業(yè)務(wù)承載，在很長一段時期內(nèi)，WLAN和 LTE-M兩種技術(shù)將處于過渡期，因此兩種組網(wǎng)方式在一定時期內(nèi)將處于并存狀態(tài)，如何實現(xiàn)兩種制式的無線信號兼容組網(wǎng)迫在眉睫。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種兼容WLAN和 LTE-M兩種無線信號的軌道組網(wǎng)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在軌道沿線將WLAN和 LTE-M兩種制式信號進行綜合傳輸，實現(xiàn)雙通信系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

本實用新型采用的技術(shù)方案為：一種兼容WLAN和LTE-M兩種無線信號的軌道組網(wǎng)系統(tǒng)，包括至少一組獨立的中繼雙頻波導傳輸機構(gòu)；所述中繼雙頻波導傳輸機構(gòu)包括從左到右依次設(shè)置的第一雙頻漏泄波導管單元、第二雙頻漏泄波導管單元、第三雙頻漏泄波導管單元和第四雙頻漏泄波導管單元；第一雙頻漏泄波導管單元的第一端口和第二端口分別連接第一合路器和第二合路器，第二雙頻漏泄波導管單元的第一端口和第二端口分別連接第三合路器和第四合路器，第三雙頻漏泄波導管單元的第一端口和第二端口分別連接第五合路器和第六合路器，第四雙頻漏泄波導管單元的第一端口和第二端口分別連接第七合路器和第八合路器；第一合路器分別與第一匹配負載和第一LTE-M信號源裝置相連接，第八合路器分別與第四匹配負載和第二LTE-M信號源裝置相連接，第二合路器和第三合路器均連接第一WLAN信號源裝置，且第二合路器和第三合路器相連接；第六合路器和第七合路器均連接第二WLAN信號源裝置，且第六合路器和第七合路器相連接；第四合路器和第五合路器分別連接第二匹配負載和第三匹配負載，且第四合路器和第五合路器相連接。

進一步地所述第一雙頻漏泄波導管單元、第二雙頻漏泄波導管單元、第三雙頻漏泄波導管單元和第四雙頻漏泄波導管單元均包括依次連接的多個雙頻漏泄波導管，所述每個雙頻漏泄波導管包括截面呈矩形的金屬波導管管體，金屬波導管管體的其中一個寬側(cè)面的中軸線兩側(cè)分別銑一排泄漏縫隙，并在設(shè)有泄漏縫隙的金屬波導管管體的寬側(cè)面上依次粘接一層塑料膠帶和一層阻燃膠布，阻燃膠布的外表面壓設(shè)有一層阻燃玻璃鋼蓋板，阻燃玻璃鋼蓋板的兩端分別搭接有擋水板,金屬波導管管體的兩端分別焊接用于密封連接的左金屬法蘭和右金屬法蘭；設(shè)置在最外側(cè)的兩個雙頻漏泄波導管的外側(cè)端分別密封連接有端蓋，所述端蓋上設(shè)置有用于連接饋線，并用于輸入輸出信號的波導同軸轉(zhuǎn)換器。

進一步地所述金屬波導管管體的外截面的寬度為113.1mm～113.5mm，高度為58.5mm～58.9mm；所述金屬波導管管體的內(nèi)截面的寬度為109.0mm～109.4mm，高度為54.4mm～54.8mm。

進一步地所述金屬波導管管體的外截面的寬度為109.1mm～109.5mm，高度為56.6mm～57.0mm；所述金屬波導管管體的內(nèi)截面的寬度為104.8mm～105.2mm，高度為52.3mm～52.7mm。

本實用新型通過在鐵路沿線對每個中繼雙頻波導傳輸機構(gòu)中的雙頻漏泄波導管單元、WLAN信號源裝置、LTE-M信號源裝置、合路器和匹配負載進行合理的設(shè)計組網(wǎng)，實現(xiàn)了WLAN和LTE-M兩種制式的無線信號兼容傳輸，解決了WLAN技術(shù)向 LTE-M技術(shù)過渡跨度太大，很多列車還沒有安裝LTE-M信號接收模塊的難題，實現(xiàn)雙通信系統(tǒng)的互聯(lián)互通；通過LTE-M無線信號的覆蓋傳輸，克服了現(xiàn)用于軌道交通CBTC無線通信系統(tǒng)以WLAN制式進行組網(wǎng)所存在的運行速度受限、覆蓋距離短且切換頻繁、無線干擾嚴重、不適合綜合承載的弊端。

進一步地通過在金屬波導管管體的其中一個寬側(cè)面的中軸線兩側(cè)分別銑一排泄漏縫隙，并在設(shè)有泄漏縫隙的金屬波導管管體的寬側(cè)面上依次粘接一層塑料膠帶和一層阻燃膠布，阻燃膠布的外表面壓設(shè)有一層阻燃玻璃鋼蓋板，阻燃玻璃鋼蓋板的兩端分別搭接有擋水板,金屬波導管管體的兩端分別焊接用于密封連接的左金屬法蘭和右金屬法蘭，使雙頻漏泄波導管不僅具有良好的信號漏泄能力，還具有較好的防水、防火性能，并且組裝和運輸非常方便。

附圖說明

圖1為本實用新型的組成原理框圖；

圖2為本實用新型所述的雙頻漏泄波導管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型所述的雙頻漏泄波導管的安裝位置示意圖；

圖4為本實用新型所述的單LTE-M制式無線信號進行鐵路組網(wǎng)的組成原理框圖。

具體實施方式

為了在鐵路沿線實現(xiàn)WLAN和LTE-M兩種制式的無線信號兼容組網(wǎng)，本實用新型提供了一種利用雙頻漏泄波導管、合路器、匹配負載、WLAN信號源裝置和LTE-M信號源裝置進行軌道組網(wǎng)的系統(tǒng)，如圖1所示，具體包括至少一組獨立的中繼雙頻波導傳輸機構(gòu)，所述中繼雙頻波導傳輸機構(gòu)包括從左到右依次設(shè)置的第一雙頻漏泄波導管單元、第二雙頻漏泄波導管單元、第三雙頻漏泄波導管單元和第四雙頻漏泄波導管單元；第一雙頻漏泄波導管單元的第一端口和第二端口分別通過饋線連接第一合路器和第二合路器，第二雙頻漏泄波導管單元的第一端口和第二端口分別通過饋線連接第三合路器和第四合路器，第三雙頻漏泄波導管單元的第一端口和第二端口分別通過饋線連接第五合路器和第六合路器，第四雙頻漏泄波導管單元的第一端口和第二端口分別通過饋線連接第七合路器和第八合路器；第一合路器分別通過饋線與第一匹配負載和第一LTE-M信號源裝置相連接，第八合路器分別通過饋線與第四匹配負載和第二LTE-M信號源裝置相連接，第二合路器和第三合路器均通過饋線連接第一WLAN信號源裝置，且第二合路器和第三合路器之間通過饋線相連接；第六合路器和第七合路器均通過饋線連接第二WLAN信號源裝置，且第六合路器和第七合路器之間通過饋線相連接；第四合路器和第五合路器分別通過饋線連接第二匹配負載和第三匹配負載，且第四合路器和第五合路器之間通過饋線相連接；其中第一WLAN信號源裝置和第二WLAN信號源裝置優(yōu)選為AP箱，第一LTE-M信號源裝置和第二LTE-M信號源裝置優(yōu)選為BTS/RRU（遠端射頻單元）。

所述第一雙頻漏泄波導管單元、第二雙頻漏泄波導管單元、第三雙頻漏泄波導管單元和第四雙頻漏泄波導管單元均包括依次連接的多個雙頻漏泄波導管，如圖2所示，所述每個雙頻漏泄波導管包括截面呈矩形的金屬波導管管體1，金屬波導管管體1的其中一個寬側(cè)面的中軸線兩側(cè)分別銑一排泄漏縫隙3，并在設(shè)有泄漏縫隙3的金屬波導管管體1的寬側(cè)面上依次粘接一層塑料膠帶4和一層阻燃膠布5，塑料膠帶4和阻燃膠布5分別用于防水和防火；阻燃膠布5的外表面壓設(shè)有一層阻燃玻璃鋼蓋板7，阻燃玻璃鋼蓋板7的兩端分別搭接有擋水板6，進一步增強了防水效果；金屬波導管管體1的兩端分別焊接有左金屬法蘭2a和右金屬法蘭2b，圖2中只為了說明雙頻漏泄波導管的結(jié)構(gòu)，并沒有示出雙頻漏泄波導管之間的連接關(guān)系，實際應(yīng)用中，為了方便運輸和制造，并滿足不同工程需要的長度，雙頻漏泄波導管通常會制造成不同長度規(guī)格，比較常用的規(guī)格為：12米、6米、3米和1米；在安裝過程中通過雙頻漏泄波導管兩端設(shè)置的金屬法蘭，利用螺栓依次將雙頻漏泄波導管密封連接，設(shè)置在最外側(cè)的兩個雙頻漏泄波導管的外側(cè)端的金屬法蘭分別連接一端密封的端蓋9，端蓋9上設(shè)置有用于連接饋線并用于輸入輸出信號的波導同軸轉(zhuǎn)換器8。

如圖3所示，雙頻漏泄波導管的安裝位置在軌道旁或兩鐵軌10之間，安裝高度低于鐵軌10的上端面30mm～40mm為宜；每一段中繼雙頻波導傳輸機構(gòu)中，射頻信號通過基站或直放站等信號源設(shè)備，從雙頻漏泄波導管單元端部安裝的波導同軸轉(zhuǎn)換器8注入，并通過雙頻漏泄波導管上的泄漏縫隙3泄漏出去，被車載天線接收。

下面結(jié)合實例和圖1對本組網(wǎng)系統(tǒng)的具體工作流程進行說明：

當本組網(wǎng)系統(tǒng)進行工作時，系統(tǒng)左側(cè) LTE-M無線信號從第一LTE-M信號源裝置發(fā)出,進入第一合路器，第一合路器將 LTE-M信號進行合路傳輸至第一雙頻漏泄波導管單元, LTE-M信號傳輸至第一雙頻漏泄波導管單元右端進入第二合路器，然后再進入第三合路器， LTE-M信號通過第三合路器進入第二雙頻漏泄波導管單元，再傳輸至第二雙頻漏泄波導管單元右端進入第四合路器，然后再通過第五合路器傳輸至第三雙頻漏泄波導管單元；系統(tǒng)右側(cè) LTE-M無線信號從第二LTE-M信號源裝置發(fā)出,進入第八合路器，第八合路器將 LTE-M信號進行合路傳輸至第四雙頻漏泄波導管單元, LTE-M信號傳輸至第四雙頻漏泄波導管單元左端進入第七合路器，然后再進入第六合路器， LTE-M信號通過第六合路器進入第三雙頻漏泄波導管單元，再傳輸至第三雙頻漏泄波導管單元左端進入第五合路器，然后再通過第四合路器傳輸至第二雙頻漏泄波導管單元；LTE-M信號在雙頻漏泄波導管中傳輸時會經(jīng)過泄漏縫隙3進行泄漏，其中左側(cè)LTE-M信號到達第三雙頻漏泄波導管單元右側(cè)端時已經(jīng)衰減殆盡，右側(cè)LTE-M信號到達第二雙頻漏泄波導管單元左側(cè)端時已經(jīng)衰減殆盡，第二雙頻漏泄波導管單元和第三雙頻漏泄波導管單元為第一LTE-M信號源裝置和第二LTE-M信號源裝置所發(fā)出的 LTE-M信號的切換區(qū)。

系統(tǒng)左側(cè)的WLAN無線信號從第一WLAN信號源裝置發(fā)出，分別經(jīng)由第二合路器和第三合路器進入第一雙頻漏泄波導管單元和第二雙頻漏泄波導管單元，然后再分別傳輸至第一合路器和第四合路器，第一匹配負載和第二匹配負載用于吸收第一WLAN信號源裝置發(fā)出的剩余WLAN信號，并向外漏泄信號；系統(tǒng)右側(cè)的WLAN無線信號從第二WLAN信號源裝置發(fā)出，分別經(jīng)由第六合路器和第七合路器進入第三雙頻漏泄波導管單元和第四雙頻漏泄波導管單元，然后再分別傳輸至第五合路器和第八合路器，第三匹配負載和第四匹配負載用于吸收第二WLAN信號源裝置發(fā)出的剩余WLAN信號，并向外漏泄信號；WLAN信號在雙頻漏泄波導管中傳輸時會經(jīng)過泄漏縫隙3進行泄漏，第二匹配負載和第三匹配負載避免在第二雙頻漏泄波導管單元和第三雙頻漏泄波導管單元之間出現(xiàn)WLAN信號盲區(qū)。

通過上述方式可以實現(xiàn)軌道沿線一定區(qū)間內(nèi) LTE-M和WLAN兩種制式無線信號的融合傳輸覆蓋，以1KM的區(qū)間為例，第一雙頻漏泄波導管單元和第四雙頻漏泄波導管單元的長度分別取200m,第二雙頻漏泄波導管單元和第三雙頻漏泄波導管單元的長度分別取300m，通過上述組網(wǎng)方案，在1.7GHz～2.5GHz頻率范圍可實現(xiàn)WLAN和 LTE-M兩種制式信號綜合傳輸，實現(xiàn)雙通信系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

下面詳細給出中繼雙頻波導傳輸機構(gòu)為1KM區(qū)間時，雙頻漏泄波導管結(jié)構(gòu)尺寸的具體實施方案：

方案1：

金屬法蘭尺寸： 寬度：145mm±0.2mm 高度：90mm±0.2mm 厚度：7.5mm±0.2mm

雙頻漏泄波導管外截面尺寸：寬度：113.3mm±0.2mm 高度：58.7mm±0.2mm

雙頻漏泄波導管內(nèi)截面尺寸：寬度：109.2mm±0.2mm 高度：54.6mm±0.2mm

方案2：

金屬法蘭尺寸： 寬度：145mm±0.2mm 高度：90mm±0.2mm 厚度：7.5mm±0.2mm

雙頻漏泄波導管外截面尺寸：寬度：109.3mm±0.2mm 高度：56.8mm±0.2mm

雙頻漏泄波導管內(nèi)截面尺寸：寬度：105.0mm±0.2mm 高度：52.5mm±0.2mm

利用方案1和2的雙頻漏泄波導管結(jié)構(gòu)尺寸進行組網(wǎng)時， LTE-M和WLAN兩種信號的傳輸損耗與耦合損耗如表1所示：

表1

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，在1.7GHz～2.5GHz頻率范圍，LTE-M和WLAN兩種信號的傳輸損耗與耦合損耗均較低。

如果不考慮 LTE-M和WLAN兩種制式無線信號的融合傳輸覆蓋，僅考慮以 LTE-M制式的無線信號覆蓋進行鐵路組網(wǎng)，可以有如下實施例：

如圖4所示，第一漏泄波導管單元和第二漏泄波導管單元的長度均為500m， LTE-M無線信號分別從左、右兩側(cè)BTS/RRU（遠端射頻單元）發(fā)出進入第一漏泄波導管單元和第二漏泄波導管單元向右、左兩側(cè)傳輸，兩個漏泄波導管單元之間通過射頻饋線連接，第一漏泄波導管單元末端側(cè)和第二漏泄波導管單元始端側(cè)為右、左兩側(cè)信號切換區(qū)；以此種方式來實現(xiàn)軌道沿線1km區(qū)間的 LTE-M無線信號覆蓋。

實施例中漏泄波導管結(jié)構(gòu)尺寸及技術(shù)指標如下：

金屬法蘭尺寸： 寬度：145mm±0.2mm 高度：90mm±0.2mm 厚度：7.5mm±0.2mm

漏泄波導管外截面尺寸：寬度：113.3mm±0.2mm 高度：58.7mm±0.2mm

漏泄波導管內(nèi)截面尺寸：寬度：109.2mm±0.2mm 高度：54.6mm±0.2mm

LTE-M無線信號頻率：1.7GHz～1.9GHz；

利用上述組網(wǎng)方案及漏泄波導管結(jié)構(gòu)尺寸方案時，LTE-M無線信號的傳輸損耗與耦合損耗如表2所示：

表2

從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，在1.785GHz～1.805GHz頻率范圍， LTE-M信號的傳輸損耗與耦合損耗均較低。

綜上所述，本實用新型提供了一種兼容WLAN和LTE-M兩種無線信號的軌道組網(wǎng)方案，實現(xiàn)了WLAN和LTE-M兩種制式的無線信號兼容傳輸，解決了WLAN技術(shù)向 LTE-M技術(shù)過渡跨度太大，很多列車還沒有安裝LTE-M信號接收模塊的難題，實現(xiàn)雙通信系統(tǒng)的互聯(lián)互通；通過LTE-M無線信號的覆蓋傳輸，克服了現(xiàn)用于軌道交通CBTC無線通信系統(tǒng)以WLAN制式進行組網(wǎng)所存在的運行速度受限、覆蓋距離短且切換頻繁、無線干擾嚴重、不適合綜合承載的弊端，并有效提高數(shù)據(jù)速率、頻譜效率和抗干擾性，提供綜合業(yè)務(wù)承載的優(yōu)先級調(diào)度和高速移動性支持。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型實施例技術(shù)方案的范圍。