高铁隧道区域的卫星信号一体化复合中继传输方法与流程

本发明涉及一种高铁隧道区域的卫星通信和卫星电视直播信号一体化复合中继传输方法，旨在为高铁通过隧道(可推广应用到桥梁、沟堑、峡谷等无线信号覆盖弱区域)区域时提供卫星通信和卫星电视直播信号的中继覆盖，以保证高铁在整个运行过程中能保持连续不断的卫星信号连接。基于本方案，能极大的解决卫星通信在高铁移动互联中的瓶颈问题，推动卫星通信在高铁移动互联领域的应用。

背景技术：

高铁目前已经成为我们最普遍的出行方式，到2025年，我国高铁里程将达3.8万公里。对于能极大提高旅客乘车体验的高铁移动互联系统目前主要是基于地面移动网实现的，而基于卫星通信实现的高铁移动互联系统目前尚无成熟应用案例。

在基于地面移动网的高铁移动互联系统中，存在着网络建设成本高(每隔几百米就需要建一座基站)、小区切换频繁、网络优化复杂等缺点。在网络覆盖方面，在广大的中西部地区或者山区，城市密度低，建网的投资回报率将大大降低。另一方面，随着高铁走出国门，当高铁穿越不同国家时，由于各国地面移动网存在标准差异，且网络建设现状参差不齐，为高铁移动互联系统在更广区域内的应用造成实际困难。而基于卫星的高铁移动互联系统却能很好的解决这些困难，不依赖于复杂的地面网络建设，不论在广大中西部地区，还是走出国门，都能极大降低投资成本，加速高铁移动互联系统的广泛应用。另一方面，随着ka频段低轨高通量卫星的快速发展，基于卫星的互联网能解决现有卫星带宽限制的问题，将极大推动基于卫星的高铁移动互联系统的应用。

与地面移动网络一样，基于卫星的高铁移动互联系统同样需要解决在隧道、桥梁、沟堑、峡谷等区域卫星信号被遮挡的难题。目前，对于卫星信号在特殊场景(特别是隧道)的中继问题，现有文献主要集中于gapfiller技术的研究，特别是基于dvb-s/s2/s2x(digitalvideobroadcasting-satellite/2/2x)标准的gapfiller技术。通过以上研究内容发现，基于dvb-s/s2本身的中继技术受多径影响严重，虽然通过引入基于ofdm(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing)技术的dvb-rcs/t(digitalvideobroadcasting-returnchannelviasatellite/terrestrial)技术能部分解决此问题，但这些研究也仅存在于仿真层面，并没有实物展示。另一方面，这些技术由于应用面窄，在工程应用上专门针对这些标准的抗多径、多普勒频偏、相偏等技术并不成熟。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种高铁隧道区域的卫星信号一体化复合中继传输方法，旨在解决现有技术对如何实现卫星信号在高铁通过隧道、桥梁、沟堑、峡谷等特殊场景时的接入问题研究不足、无法形成完整的解决方案的问题。本发明通过为高铁通过隧道等特殊场景的卫星信号连接问题提供一整套完整的解决方案，从而实现高铁在卫星信号难以覆盖或覆盖弱地区(信号阴影区)与卫星保持稳定连接，满足旅客全程通过卫星连接互联网和收看电视直播的需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高铁隧道区域的卫星信号一体化复合中继传输方法，将卫星通信信号和卫星电视信号分别进行解码转发和透明转发后送入同一中继设备进行中继拉远，并在中继拉远之后将恢复出的信号通过漏缆向隧道辐射。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

1、将卫星通信信号和卫星电视直播信号用同一套设备进行中继，更加节约成本；

2、针对卫星通信信号和卫星电视信号对误码率有不同需求的实际情况，分别采用了解码转发和透明转发方法，一方面提高了频谱利用率，另一方面降低了中继设备的研发成本；

3、对于卫星通信信号采用基于lte技术的解码转发方法，相比于现有技术中的采用dvb-rcs/t等技术实现解码转发，技术应用更广，可靠性更有保证；

4、中继信号最终通过漏缆辐射接入高铁列车，技术成熟度高，可靠性有保证；在条件允许的情况下，可与地面移动通信网共用漏缆设备，降低卫星网在已有地面移动通信网覆盖区域的接入成本，减少公共资源的浪费。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为基于lte解码转发的卫星通信中继方法；

图2为基于透明转发的卫星电视中继方法；

图3为数字光纤中继拉远及漏缆覆盖示意图。

具体实施方式

一种高铁隧道区域的卫星信号一体化复合中继传输方法，包括如下内容：

1、本发明包含了一种能同时对卫星通信信号和卫星电视信号进行中继传输的技术；基于成熟的数字光纤拉远技术，将卫星通信射频信号和卫星电视射频信号分别变换至l波段中频信号，再通过中继设备进行中继拉远；

2、针对卫星通信信号对误码率要求高的特点，本发明提出了基于lte技术的解码转发方案。将卫星通信信号解调成ip数据后，通过lte技术将其进行二次调制输出lte射频信号，再送入中继设备中进行中继拉远；

3、针对卫星电视信号解调对误码要求较低的特点，为最大程度提高频谱效率，本发明提出了对卫视信号的透明转发的方案。接收前端将接收到的卫视信号变换至l波段的中频信号后，将中频信号直接送入中继设备进行中继拉远；

4、在中继拉远之后恢复出的通信和电视的复合信号，本发明中采用漏缆覆盖的方式实现隧道内的均匀覆盖。

以下将结合附图进行详细描述：

图1描述了基于lte解码转发方法的卫通中继链路的信号传输与转换过程：卫通中继是一个双向链路，以实现车载用户与互联网用户之间的双向通信。对于卫通中继链路，采用基于lte解码转发的方法，可满足误码率很低的使用需求。对于前向链路(从互联网端到车载用户端)，卫星主站将车载用户需要的互联网内容(网页、文件、语音、视频等)通过卫星调制解调器调制后经过主站天线发射至通信卫星。在隧道端，通过一卫星接收天线接收卫星信号，并变频至l波段中频信号，传输至隧道中继卫星信号接入单元的卫星调制解调器将卫星信号解调成ip数据，再将其传递给隧道中继室外单元。通过lte基站，室外中继单元将ip数据转化成lte射频信号，同时通过数字光纤中继近端单元将lte射频信号转化为光信号。光信号通过光纤传递至隧道中继室内单元，在室内单元将光信号还原成lte射频电信号，再将此信号通过漏缆向隧道辐射。车载接收单元通过天线接收到漏缆辐射的信号，并在包含lte调制解调器的车载单元中对lte信号进行解码以恢复出ip数据，最后将ip数据通过无线路由器向车内旅客进行无线接入。对于返向链路(从车载用户到远端互联网端)，则是与前向链路相反的过程。

图2描述了基于透明转发方法的卫视链路信号的传输与转换过程：卫视中继是一个单向链路。采用透明转发机制，即将卫视射频信号变频至中频信号后直接进行转发，可满足卫视信号接收的误码率要求。卫视信号经过通用标准的调制器调制后，通过电视台的卫星电视天线将卫视信号发射至电视卫星。在隧道端，通过一套卫视信号接收天线将电视信号接收后转成l波段中频信号，并将此信号传输给隧道中继室外单元。隧道中继室外单元将l波段信号转换成光信号，并通过光纤传输至隧道中继室内单元。隧道中继室内单元将光信号重新恢复成中频电信号后通过漏缆将信号辐射出去。在车载端，通过车载天线接收漏缆辐射的信号，车载单元将接收信号放大至可正常解调的电平范围后，通过解调器将卫视信号解调。此后，一方面可以直接将电视信号通过机顶盒接至车载电视进行播放，另一方面，可以将卫视信号接入转码服务器进行数据压缩和视频格式转换，压缩和转换后的数据可以通过无线路由器向车内旅客进行无线覆盖。

图3描述了基于光纤中继技术将卫通中继信号和卫视中继信号进行拉远且通过漏缆实现隧道无线覆盖的过程。本发明采用通过数字光纤拉远技术对卫星通信信号和卫星电视信号进行拉远传输的方法。同时，为节约成本，卫通和卫视信号共用同一套设备、同一根光纤进行拉远，其实现方案如图3所示。将通信用的1785～1805mhz频段的lte射频信号和传输电视信号的950～1450mhz频段的中频信号同时接入数字光纤中继近端单元，经过处理后，将两路信号合路通过同一根光纤传递给数字光纤中继远端单元，远端单元将两路复合的光信号恢复成传输通信和电视信号的复合中频电信号，在远端单元的输出口接上漏缆，通过漏缆将通信和电视两路中频信号辐射出去以实现隧道及其周围区域的无线覆盖。

由于漏缆会对信号造成衰减，因此，每台数字光纤中继远端单元所接的漏缆长度是有限的，因此当隧道比较长时，需要多台远端单元才能覆盖整个隧道。如图3所示，本发明将多台数字光纤中继远端单元按一定距离部署于隧道沿线，它们以星型连接的方式通过光纤接至数字光纤中继近端单元。每台远端单元输出口接一段漏缆负责本段的信号无线覆盖，多台远端单元组合实现对隧道沿线整个区域的无线覆盖。

为验证本发明的可行性，按照上述方法，研制了样机，并进行了外场试验验证，搭建了外场试验场景：漏缆沿铁轨架设，分3段，每段100m。在每一段漏缆的起始端部署一台数字光纤中继远端单元，远端单元输出接至漏缆，通过漏缆将信号辐射出去。卫星信号接入分系统、数字光纤中继近端单元和一台1.8ghz频段的lte基站都置于漏缆一端的机柜内。卫星信号接入分系统接收卫星信号，对于卫视信号直接输出950～1450mhz的中频信号至数字光纤中继近端单元输入端，对于卫通信号输出ip信号至1.8ghz的lte基站，lte基站将卫通ip数据转成1.8ghz的射频信号后，将1.8ghz的射频信号输出至数字光纤中继近端单元输入端。数字光纤中继近端单元将卫视和卫通信号进行再次处理后变成光信号，通过其输出端引出3根光纤分别接至3台数字光纤中继远端单元。数字光纤中继远端单元将光信号恢复成电信号之后，将其通过漏缆辐射出去。测试时，测试车沿漏缆行驶或静止于某一处，通过车载设备收看卫星电视或通过卫通链路上网、传数据、看视频等。

试验中，通过租用2mhz带宽的卫星资源来进行卫通链路的验证(通过测试吞吐率来进行验证)。试验时，卫星通信采用tdma体制，qpsk调制，3/4码率的turbo信道编码，滚降系数0.2，在2mhz带宽资源条件下，则系统理论可达速率为rb＝2*0.8*2*3/4＝2.4mbps。通过本系统的卫通中继通道测试发现，不论试验车是在运动还是静止条件下，不论是前向链路(卫星主站到试验车)还是返向链路(试验车到卫星主站)，吞吐率峰值可达2.2mbps，均值则在2mbps左右，从而验证了本发明方案的可行性。

对于卫视链路则是通过收看中星9号卫星电视节目进行验证，通过收看中星9号卫星12020mhz中心频点(中频频点为1250～1290mhz)的电视数据包中的主要电视节目，测试发现通过本卫视中继方案收看的cctv-1、cctv-2、cctv-7、cctv-12、cctv-13、cctv-14、北京卫视和天津卫视等电视节目画面都非常清晰，从而验证了本发明方案的可行性。