专利名称：弱场强地区的列车移动通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及列车的移动通信，具体地说，是列车在弱场强的隧道内运行时的乘客 移动通信。
背景技术：
各种移动通信已经非常普及，GSM、CDMA等各种的移动通信系统正在经营，800MHz、 900MHz、1900MHz频带的信号覆盖了城市和城际间的交通线路；450MHz的集群系统和专用 移动通信也同样广泛应用；今后还将实现第三代移动通信系统。而地铁和铁路等列车在弱 场强的隧道内运行时，各种移动通信都不能正常使用。例如在北京的2号地铁线路，各种 系统的手机只能在站区附近正常使用；当列车进入隧道内，在前面车厢内的手机就无信号， 而在后面车厢的手机经过几秒种后也无信号，反之，列车即将进站时，前面车厢的手机先有 信号，后面车厢的手机只有到达隧道出口前才有信号。其原因是列车在隧道对信号屏蔽所 至。当前解决地下的移动通信信号的办法是通过地面的天线接收基站的信号，再经过 双向放大器、传输电缆接到地下的天线，提高地下的基站信号；反过来，地下的天线接收手 机的信号经过双向放大器放大后，再由地面的天线发射，基站接收到手机的信号。另有，在 地下直接设置基站，覆盖地下空间；有的地铁在隧道内铺设泄漏电缆，泄漏电缆一端连接双 向放大器，泄漏电缆相当于双向放大器的分布式天线，此办法会提高隧道内的通信范围，但 无法解决手机在移动时的基站切换，通信就会中断。
发明内容
本发明是通过固定的信号覆盖系统和列车的信号覆盖系统解决列车在运行过程 中，乘客可以如同在地面一样进行通信。本发明的原理是在固定的信号覆盖系统的基础上， 由列车的信号覆盖系统，将两个基站下行信号合理地分布到各车厢；同时接收各车厢的手 机的上行信号传送给相关基站；再由移动通信系统控制手机在指定基站内通信，根据信号 场强的变化，控制手机在不同基站间进行切换。本发明是采用成熟的技术或产品，通过系统设计对技术和产品重新组合，合理控 制移动通信的上、下行信号的场强分布。本发明的目的是实现弱场强地区的列车移动通信。
为达到所述目的，本发明采用固定的信号覆盖系统将基站覆盖区扩大到地下空间 和隧道内，即在地铁的每个车站的固定放大系统，将所在基站的下行信号引入地下空间和 隧道内，也将地下空间和隧道内的上行信号经放大后传送到所在基站。两个基站的下行信 号从隧道的两端，分别送入隧道内，形成两路下行信号的场强分布图(见图1)。列车9在隧 道内行驶时，列车9对下行信号的屏蔽作用改变了前面所述的场强分布图(见图2、3、4)。通 过列车的信号覆盖系统将隧道的两路下行信号引入列车的各个车厢(见图5、6、7)，同样， 将车厢内的上行信号传送到隧道。
本发明所述系统分两个分系统固定信号覆盖分系统和列车信号覆盖分系统。固 定信号覆盖系统(见图8)由地面天线、双向放大器、传输电缆8和地下覆盖的天线组成(该 分系统已经被广泛应用)，在隧道内的场强分布如图1所示。列车信号覆盖分系统(见图 9,10)由收发天线1、双向放大器2、泄漏电缆3组成。
在列车9的两端分别设置天线1，前端的天线1接收前方车站所在基站工的下行信 号fTl，后端的天线1接收后方车站所在基站2的信号fT2，两端的天线发送手机的上行信 号f上。双向放大器2由双工器21-1、带通滤波器22、下行放大器23、上行放大器24、和双 工器21-2组成(见图11)。泄漏电缆3的一端连接前端的双向放大器的双工器21-2，另一 端连接后端的双向放大器的双工器21-2。列车9前后两端的正向放大器23对下行信号进 行放大后，在泄漏电缆3上形成下行信号的电平梯度，在泄漏电缆3的周围形成下行信号的 场强梯度。泄漏电缆3已经得到广泛应用，其主要参数是传输损耗和耦合损耗；它的特性阻 抗是按需要选择，大部分选择50欧姆或75欧姆；它具有传输的双向性，即电缆内的下行信 号被泄漏耦合到电缆的外部，同时，电缆外部的上行信号耦合到电缆的内部，上行信号经电 缆传输到反向放大器的输入。泄漏电缆有各种型号和规格一字槽、八字槽和稀编织等型 号，不同线径的规格。图3中表示了列车在弱场强地区内行驶时，下行信号在车厢内的场强分布，列车9 在行驶过程中，车厢内的下行信号的场强不断变化，车厢内的手机的接收信号和两个基站 分别接收到手机的上行信号的场强变化，是类似于手机在地面上的变化。列车信号覆盖分系统将隧道内被列车9屏蔽的下行信号引入车厢，在车厢内形成 移动通信的信号覆盖范围，同样，也解决上行信号的传输。列车信号覆盖分系统在固定信号覆盖分系统的基础上，实现弱场强地区的列车9 内移动通信。固定信号覆盖分系统将前方车站所在基站和后方车站所在基站的下行信号传 输到隧道内，两路下行信号需要有超过列车长度的重叠覆盖区。应该注意的问题是当列车9从弱场强地区驶到强场强地区时，列车信号覆盖分系 统会产生同频干扰现象，所以在列车信号覆盖分系统中需要有自动、遥控或人工进行开、关 控制。这些控制办法是很成熟的。对于不同频段的移动通信需要单独进行工程设计和工程施工。对于同一频段的不 同的运营商，选择对应的带通滤波器进行服务。
图1是固定场强覆盖系统的隧道内场强分布示意2是列车进入隧道时的场强分布示意3是列车行驶在隧道中间时的场强分布示意4是列车到达隧道出口时的场强分布示意5是列车进入隧道时，设置了列车场强覆盖系统的场强分布示意6是列车行驶在隧道中间时，设置了列车场强覆盖系统的场强分布示意7是列车到达隧道出口时，设置了列车场强覆盖系统的场强分布示意8是固定场强覆盖分系统示意图
图9是列车场强覆盖分系统示意10是另一种列车场强覆盖分系统示意11是双向放大器的示意12是另一种双向放大器
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行详细描述图1示出了只有固定的场强覆盖分系统时，两路下行信号在隧道内的场强分布 图，图中fTl为前方车站所在基站的下行信号，fT2为后方车站所在基站的下行信号，Etl为 手机切换场强值，a、b之间是手机正常切换基站的区域。图2、3、4示出了只有固定的场强覆盖分系统时，列车9在隧道内行驶时的两路下 行信号在隧道内的场强分布图，由于列车9的屏蔽作用，两路下行信号没有重叠的覆盖范 围，列车内的手机无法正常通信。图5、6、7示出了设置了本发明的固定场强覆盖分系统和列车场强覆盖分系统，列 车9在隧道内行驶时的两路下行信号在隧道内的场强分布图，和列车9内的两路下行信号 的场强分布图。F’ T1为前方基站的下行信号在列车9内的场强分布曲线，F’ T2为后方基 站的下行信号在列车9内的场强分布曲线。从图中可以看出，列车9内的两路下行信号具 有重叠的覆盖范围，列车在不同位置，两路下行信号的场强是有变化的。列车内的手机在到 达a位置前完成从后方基站切换到前方基站。图8示出了固定场强覆盖分系统，分为三个空间地上空间、地下空间和隧道。在 地上设置指向基站的天线1、双向放大器2 ；通过传输电缆8、进入地下，在地下设置覆盖地 下空间的天线1 ；还可以通过传输电缆8接至双向放大器2，由安装在洞口或洞内的定向天 线1将基站的下行信号发射至隧道内。有关覆盖地下空间的措施是很成熟的。图9示出了列车场强覆盖分系统的一个实施例。在列车9的前后两端分别安装定 向天线1，天线1接双向放大器2，双向放大器2的另一端接接泄漏电缆3。泄漏电缆的特性 阻抗应该与双向放大器的阻抗相匹配；为便于列车的编组，各车厢的泄漏电缆3通过电缆 连接器连接。下行信号通过泄漏电缆3辐射到各车厢的空间，各车厢的(手机)上行信号 耦合到泄漏电缆3内。另一个实施例是图10所示，是另一种列车场强覆盖分系统。在列车9的前后两端 分别安装定向天线1，天线1接双向放大器2，双向放大器2的下行放大器23连接下行信号 的泄漏电缆3-1，下行信号通过泄漏电缆3-1辐射到各车厢的空间；双向放大器2的上行放 大器24连接上行信号的泄漏电缆3-2，各车厢的(手机)上行信号耦合到泄漏电缆3-2内。图11所示双向放大器2。它有两个接口 天线接口和泄漏电缆接口。天线端接双 工器21-1，双工器21-1的一端接下行带通滤波器22-1输入，带通滤波器22-1的输出接下 行放大器23输入，下行放大器23的输出接双工器21-2 ；双工器21-2的公共端接泄漏电缆 接口 ；双工器21-2的另一端接上行带通滤波器22-2输入，上行带通滤波器22-2的输出接 上行放大器24，上行放大器24的输出接双工器21-1的一端。图12是另一实施例的双向放大器2。它有三个接口 天线接口、下行信号输出接 口，上行信号输入接口。它与图11所示的双向放大器的差别在泄漏电缆端。下行放大器23的输出接下行环行器25-1，下行环行器25-1的输出接下行输出(泄漏电缆)接口 ；上行输入(泄漏电缆)接口连接上行环行器25-2的输入，上行环行器25-2的输出接上行滤波器 22-2输入，其它就与图11所示一样。本发明主要特点是在固定场强覆盖分系统的基础上，结合列车场强覆盖分系统组 成弱场强地区的列车移动通信系统。它采用了现成的技术和产品，组成新的系统，解决了现 有的许多铁路隧道和地铁隧道的移动通信存在的问题。列车场强覆盖分系统的基本内容是在列车的两端接收移动通信的下行信号，经过 放大后通过泄漏电缆辐射到列车的各节车厢；反之，车厢内的上行信号耦合到泄漏电缆内， 再经上行放大后，发送到相关的基站。列车场强覆盖分系统采用不同的实施方法，可以到达同一目的。对于不同的频段(800MHz、900MHz、1900MHz等)和不同制式(GSM、CDMA等)以及 不同的运营商(中国移动、中国联通和中国铁通等)都可以采用本发明，但需要分别进行设 计、选择不同规格的产品和选择施工方法。对应不同频段、不同制式、不同运营商需要有不 同的系统；可以经过精心设计、合适的产品和施工调试，组成多系统的兼容系统。 综上所述，本发明可以解决隧道等弱场强地区的列车移动通信。
权利要求
一种弱场强地区的列车无线通信系统，其特征在于，所述无线通信系统包括固定的信号覆盖分系统和列车的信号覆盖分系统；列车的信号覆盖分系统是安装在列车两端的天线(1)、双向放大器(2)和泄漏电缆(3)组成。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，列车的信号覆盖分系统的两个双向放大 器⑵之间连接一条泄漏电缆(3)。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，列车的信号覆盖分系统的两个双向放大 器(2)有下行信号输出接口和上行信号输入接口之间连接两条泄漏电缆(3)；两个下行信号输出接口之间连接一条泄漏电缆(3)，两个上行信号输入接口之间连接 另一条泄漏电缆(3)。
4.根据权利要求2上述的系统，其特征在于，所述双向放大器(2)包括天线接口和泄 漏电缆接口，双工器(21-1)、带通滤波器(22)、下行放大器(23)、上行放大器(24)和双工器 (21-2)组成。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述双向放大器(2)包括天线接口、下 行信号输出接口和上行信号输入接口，双工器(21-1)、带通滤波器(22)、下行放大器(23)、 下行环行器(25-1)上行放大器(24)、和上行环行器(25-2)组成。
全文摘要
本发明公开了解决弱场强地区(地铁和铁路隧道内)列车中的移动通信用户保持正常通信的系统。本系统分固定的信号覆盖分系统和列车的信号覆盖分系统其固定的信号覆盖分系统解决基站和地下空间、隧道内用户的通信；列车的信号覆盖分系统解决了列车内移动通信用户的正常通信。本发明是集成成熟的技术和产品组成的系统。可以根据不同频段、不同制式、不同网络的要求，进行设计、选择产品和合理施工进行实施；也可以建立不同频段、不同制式、不同网络的综合系统。
文档编号H04W16/26GK101848470SQ20101018150
公开日2010年9月29日 申请日期2010年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者沈湧 申请人:沈湧