高速列车三模块自动切换信号发射中心的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及高铁通信服务领域，更具体地，设及一种高速列车=模块自动切换信 号发射中屯、。
【背景技术】
[0002] WIFI技术是手机、平板设备、笔记本电脑等便携电子产品实现无线网络接入的主 要手段。在各种室内环境中实现WIFI信号覆盖的技术目前已经相当成熟，当前WIFI技术 的发展方向是在交通工具当中提供稳定可靠和具有较高数据传输速度的无线网络接入。
[0003] 我国在高铁建设和研发方面已经逐渐走向世界前列，目前高铁已经成为了城际旅 客运输的主要力量。通过在高铁列车车厢内覆盖WIFI，能够为乘客在长途旅行当中的网络 访问带来极大的便利，满足移动互联网时代广大用户的基本信息需求，从而进一步提升高 铁服务的品质和体验。
[0004] 在高铁车厢实现WIFI接入的主要技术手段是安装车载多模式信号收发设备，该 设备对外接入无线信号覆盖的移动蜂窝网络，通过移动接入实现与广域互联网的数据连 接。车载多模式信号收发设备对内则在各个车厢提供WIFI的接入热点（AP)，并且执行WIFI 信号与蜂窝网络信号的转换。用户的终端设备通过车厢的WIFI接入热点（A巧连接到该车 载多模式信号收发设备，并且执行双向的数据收发，车载多模式信号收发设备通过所述移 动蜂窝网络实现了用户终端的互联网接入。
[0005] 目前，在WIFI无线网络接入的环境下，用户终端一般需要网页浏览、即时通信、电 子邮件、语音聊天、在线音视频观看等服务，对网络访问的带宽要求比较高。所述车载多模 式信号收发设备至少需要达到1000兆级W上的数据传输速率，才能够可靠和有效地保证 车厢内网络访问的顺畅和稳定，取得较好的用户体验。数据传输速率和网络稳定质量是由 两方面的因素共同决定的，一方面是车载多模式信号收发设备与沿线基站之间的无线数据 收发，另一方面则是列车内部的WIFI接入热点（AP)的信号覆盖、终端承载和数据传输能 力。
[0006] 关于车载多模式信号收发设备与沿线基站之间的无线数据收发，该车载多模式信 号收发设备所接入的移动蜂窝网络是通过高铁列车专用的地面基站系统来提供无线信号 覆盖的。专用地面基站系统面对高铁轨道沿线特殊的空间环境W及列车持续高速运行所带 来的特别需要会采用专口的应对方式。例如，可W采用射频拉远技术，地面基站BS利用光 纤来控制大量的沿着轨道分布设置的RAU(remoteantennaunit),从而实现了带状区域上 的接力信号覆盖，并且建立了符合MIMO信道特性的通信链路，在不同的RAU与列车之间形 成了信号的多径传输通路，从而有助于信道容量的提升。另外还可W在车载多模式信号收 发设备与基站之间的通信当中采用MIMO-OFDM空时编码，一方面利用OFDM克服了多径传输 中的频率选择性衰落问题，另一方面通过MIM0提高了OFDM编码的容量和频谱利用率。
[0007] 然而，关于列车内部的WIFI接入热点（A巧的信号发射性能方面，基于IE邸802. 11 标准的WLAN技术最初是为室内环境的无线局域网应用所设计的，接入热点（A巧具有W下 固有的局限性：较小的覆盖范围、同频干扰、较少的可承载接入用户数。最近几年，由于智能 手机的广泛应用，使得WLAN技术迅速进入各行各业。但是传统WLAN技术在AP侧存在的范 围和覆盖面不足、连接不稳定、不保证数据吞吐量的弱点也日趋暴露出来。随着无线网络带 宽的不到扩展，在WLAN技术中如何提高AP的终端接入密度和覆盖范围，使之与网络带宽同 步增长，成为需要解决的问题。
[000引更具体来说，在传统的WLAN技术当中，接入热点（A巧采用简单的天线，其发射能 量向各个方向散射，每个用户可接收到的能量很少，大多数能量都被浪费掉了，该就造成信 号传输距离有限，覆盖范围变小，并对其它设备造成干扰，对非用户的人体造成持续性福射 危害。
[0009] WLAN无线网络是开放的，任何空中干扰都可能造成网络的不稳定和不安全，尤其 在高密度部署中用户数量众多，无线信号复杂；同时WLAN网络使用的2. 4GHz频段在我国是 公共频段，其它非WLAN网络的设备如微波炉、无绳电话、藍牙等也在使用该个频率，均会对 WLAN网络产生频率干扰。
[0010] 高铁列车乘客数量多，高铁WIFI接入系统需要承载的用户终端数量远远超过一 般室内环境应用的WIFI设备。高铁列车内部结构复杂，座椅和行李架等设施都对无线信号 的传输造成一定的影响，而且车厢内还安装由各种实现行驶控制和旅客服务的通信和电器 设施，干扰源比较多，也有必要降低WIFI信号对其它设备的干扰。而且，列车呈现狭长的空 间形态，在车厢的宽度方向上距离有限，但在车厢的长度方向具有比较大的延伸距离。综合 W上因素，传统的接入热点（A巧所采用的散射式信号发射无法满足高铁列车内部的终端 WIFI接入要求，会导致车厢信号覆盖区域性差异大、信号质量差、网络连接断续、数据传输 速率不稳定，给用户的使用体验造成很大的不良影响。
【发明内容】
[0011] 基于现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种高速列车=模块自动切换信号发 射中屯、。本发明的WIFI接入热点（AP)通过=模块切换机制实现对用户接入终端的动态跟 踪并在此基础之上进行自动化的信号祀向控制，实现无线信号定向发射，在相同的发射功 率下采用本发明的方式能够使无线信号传输更远的距离，增强抗干扰能力，并且减少对人 体的电磁福射W及对其它设备的干扰，能够适应车厢特殊的空间分布W及高密度的用户环 境。
[0012] 本发明所述的高速列车S模块自动切换信号发射中屯、，其特征在于，包括若干组 祀向天线、信号检测模块、位置判断模块W及天线切换模块；其中，每组祀向天线在主瓣方 向上发射的无线信号相对于旁瓣具有高增益，实现对特定子空间区域的信号覆盖；信号检 测模块、主控判定模块W及天线切换模块组成=模块自动切换体系，根据终端在各个子空 间区域当中的分布切换当前用于无线信号发射的祀向天线；更具体地，信号检测模块通过 各组祀向天线反向接收无线信号，判定接收信号是否属于由接入终端发射的位置引导信 号，进而检测位置引导信号的强度，确定接收位置引导信号强度高于设定阔值的祀向天线， 将其相应的祀向天线序号W及接收位置引导信号强度发送至主控判定模块，并且控制所述 接收位置引导信号强度高于设定阔值的祀向天线将接收的位置引导信号传送至主控判定 模块；所述主控判定模块根据祀向天线接收的位置引导信号进行强度和延迟检测，选择主 瓣方向能够使该终端位置接收信号最强且延迟最小的祀向天线，并且将所选择的祀向天线 序号传送至天线切换模块；所述天线切换模块根据所述主控判定模块提供的祀向天线序号 选择用于向接入终端发射无线信号的祀向天线，并且将该组被选择的祀向天线连接至信号 发射机。
[0013] 优选的是，所述祀向天线沿着圆周在特定圆周角区间上相对集中的成簇分布。
[0014] 更优选的是，全部的祀向天线可W划分为第一天线簇和第二天线簇，所述第一天 线簇和第二天线簇均在具有45度圆周角的区间上均匀分布。
[0015] 优选的是，信号检测