专利名称：列车无线接入网关和接入方法
技术领域：
本发明涉及通信技术，特别涉及一种列车无线接入网关和接入方法。
背景技术：
最近几年里，移动通信和互联网业务飞速增长，随着时代与技术的进步，人类对移动性和信息的需求急剧上升，越来越多的人希望在移动的过程中高速地接入互联网，获取急需的信息；因此，移动与互联网的结合趋势是历史的必然。目前的网络信号已经基本覆盖主要铁路沿线，能够满足列车的基本通信需求；但是，由于列车自身的车体屏蔽以及铁路沿线基站覆盖不尽合理等原因，使得列车内的通话和上网业务的服务质量较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种列车无线接入网关和接入方法，以解决列车上的车内通话和上网业务服务质量差的问题，改善列车通话和上网服务的质量。本发明提供一种列车无线接入网关，包括输入模块，用于接收列车外部信号；分路器，与所述输入模块连接，用于将所述外部信号中的2G信号和3G信号分离开；第一放大模块和第二放大模块，所述第一放大模块的一端连接分路器，另一端连接合路器；所述第二放大模块的一端连接分路器，另一端连接区分模块；所述第一放大模块用于对所述2G信号进行放大，所述第二放大模块用于对所述3G信号进行放大；所述区分模块，分别连接第一分路和第二分路；所述第一分路与所述合路器直接连接，用于将放大后的所述3G信号直接输入所述合路器；所述第二分路上设置有转换模块，所述转换模块的一端连接所述区分模块，另一端连接所述合路器，用于将放大后的所述 3G信号转换为WIFI信号后输入至所述合路器；所述合路器，用于将所述2G信号、3G信号以及WIFI信号进行合路；输出模块，与所述合路器连接，用于将合路后的信号输出至列车车厢。本发明提供一种列车无线接入方法，包括接收列车外部信号，将所述外部信号中的2G信号和3G信号分离开；并分别对所述 2G信号和3G信号进行放大；将放大后的所述2G信号输入合路器；将放大后的所述3G信号分成两路，其中一路直接输入合路器，另一路转换为WIFI信号；通过所述合路器将所述2G信号、3G信号以及WIFI信号进行合路，并将合路后的信号输出至列车车厢。本发明的列车无线接入网关和接入方法，通过对信号进行放大，并且将WCDMA信号转换为WIFI信号输出，解决了列车上的车内通话和上网业务的服务质量差的问题，大大改善高速列车用户的车内通话质量以及上网业务的服务质量，并且可以实现在列车内的局域网覆盖，使得列车用户可以方便地通过WIFI接入互联网络。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明列车无线接入网关实施例的原理示意图；图2为图1中的放大模块的结构示意图；图3为图1中的转换模块的结构示意图；图4为图1中的转换模块的另一结构示意图；图5为本发明列车无线接入网关设备的应用系统图；图6为本发明列车无线接入方法实施例的流程示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。图1为本发明列车无线接入网关实施例的原理示意图，该设备是一种适合高速列车的车载接入设备，其以电信运营商的移动网络及业务平台为依托，利用该设备可以接收 WCDMA信号，并将其转换为WIFI信号提供给列车上需要无线上网的乘客，为乘客提供WLAN 无线上网服务；同时，该设备还可以接收和加强2G/3G信号，消除车厢屏蔽，优化车内覆盖， 在网络优化中大量减少主覆盖基站，节约投资，提升服务质量。如图1所示，本实施例的列车无线接入网关可以包括输入模块11、分路器12、第一放大模块13、第二放大模块14、区分模块15、转换模块16、合路器17以及输出模块18。其中，输入模块11可以为列车外部信号接收天线，其作为整个设备的信号输入端，可以接收来自电信运营商沿途基站的GSM信号和3G信号，将信号输入到设备内部。分路器12可以将GSM信号和3G信号分离开。分路器12分别连接第一放大模块 13和第二放大模块14 ；其中，第一放大模块13可以为GSM信号放大模块，第二放大模块14 可以为WCDMA信号放大模块；上述两个放大模块可以分别对GSM信号和WCDMA信号进行放大。第一放大模块13的另一端直接连接合路器17，可以将放大后的GSM信号直接输入合路器17。通过利用上述的放大模块对列车外部信号中的2G信号和3G信号进行放大，可以消除列车屏蔽，增加单个基站的覆盖范围，可以有效改善目前的状况，而且可以减少基站数量，节约建设投资。本实施例中，第二放大模块14的另一端连接区分模块15，该区分模块15可以将放大后的WCDMA信号分成两路，即可以分别通过第一分路19和第二分路20连接至合路器17 ；该第一分路19可以用于将一部分放大后的3G信号直接传输至合路器17，第二分路20 上设置有转换模块16，可以将另一部分放大后的3G信号转换为WIFI信号后输入至合路器 17。合路器17可以将2G信号、3G信号以及WIFI信号合路后，通过输出模块18输出至列车车厢内。其中，第一放大模块13和合路器17之间，分路器12和第二放大模块14之间等各模块均可以通过射频连接。通过设置放大模块对信号进行放大，并且通过设置转换模块将WCDMA信号转换为 WIFI信号输出，可以大大改善高速列车用户的车内通话质量以及上网业务的服务质量，并且可以实现在列车内的局域网覆盖，使得列车用户可以方便地通过WIFI接入互联网络，享受随时随地的便捷上网服务，让高速列车不再成为信息孤岛。本实施例中，第一放大模块和第二放大模块的结构可以参见图2，图2为图1中的放大模块的结构示意图。该放大模块类似直放站，其可以在无线通信传输过程中起到信号增强的作用，即为射频信号功率增强器，可以根据列车行进过程中距离基站的远近进行自动调节。具体的，上述的放大模块可以包括自动增益控制模块21和自激自动检测调整模块22。其中，自动增益控制模块21可以检测输入信号的大小，快速调节上下行增益，达到上下链接的平衡，保证不对沿线基站产生干扰；自激自动检测调整模块22可以自动检测整个系统的隔离度，若发现隔离度不够可能引起自激现象时，则可以自动调整系统的下行功率输出，以保证设备的正常工作。本实施例中，区分模块15可以包括选频单元和分配单元。其中，选频单元可以将放大后的3G信号进一步区分为第一载频信号(公共频点)和第二载频信号(铁路沿线专用频点)，该第二载频信号可以是在铁路沿线开设WCDMA的二载频基站，基于运营商所分配的特定的WCDMA信号频点，专门用于服务列车上的上网用户。通过设置第二载频信号，用户可以通过本实施例的车载接入网关上网时，可以使用该第二载频信号的带宽，与服务于公共用户的第一载频信号完全分离，互不影响，可以使得列车用户的上网速度更快更稳定，具有更好的效果。其中，分配单元可以为二功分器，其可以将上述的第一载频3G信号输出至第一分路19，直接输出至合路器17，也可以将上述的第二载频3G信号输出至第二分路20上设置的转换模块16，该转换模块16可以将第二载频的3G信号转换为WLAN信号(即WIFI信号) 输出至合路器17。合路器17就可以通过馈线将WIFI信号、以及第一载频的3G信号、2G信号进行合路，以单条馈线的形式作为本设备的输出，这条馈线与各个车厢的室内天线相连接，可以达到在列车内部良好覆盖2G、3G以及WIFI信号的目的。此外，若不设置第二载频信号，区分模块15可以只包括分配单元例如二功分器； 该二功分器可以将由第二放大模块14所接收到的3G信号自动分成两路，一路输出至第一分路19连接至合路器17，另一路输出至第二分路20进行WIFI信号的转换。图3为图1中的转换模块的结构示意图，如图3所示，转换模块可以包括3G模块 31、路由模块32以及WIFI模块33。其中，3G模块31和WIFI模块33可以分别通过接口(如PCI Express)与路由模块32的主板相连接；3G模块31上可以插入一张3G SIM卡，通过该SIM卡的设置，可以使得在设置第二载频信号时，该3G模块31只能够接收第二载频的WCDMA信号。路由模块32可以将3G模块31接收的3G信号传递至WIFI模块33，由WIFI模块33将3G信号转换为 WIFI信号，并输出至合路器。路由模块32还可以将其接收的列车用户上网所用的认证信息发送至认证模块进行认证，该认证模块可以用于对WLAN的接入用户进行鉴权认证；在认证通过时，路由模块 32可以对列车用户开放路由。当有用户联入列车内的WLAN并通过认证发起上网请求后，该路由模块32可以调用3G模块31通过内置的3G SIM卡拨号联接至运营商的3G网，则转换模块16可以开始进行3G信号至WLAN信号的转换工作。在此网关覆盖的WLAN网络内，所有用户共用一个3G 信道，因此不会影响其他3G用户使用语音及数据业务。WLAN网络内没有用户使用上网业务时(没有数据请求)，仅保持联接(可以设置为断开连接)，转换模块可以不发送数据至3G 网络，也就不进行信号转换工作。本实施例中，认证模块可以设置在该列车无线接入网关内部，此时，路由模块与认证模块可以均基于嵌入式系统开发实现，共用同一硬件系统。参见图4，图4为图1中的转换模块的另一结构示意图。该列车无线接入网关作为基于运营商网络及平台的设备，需要具备在列车上进行商业运营的能力，因此在网关内部设置了认证模块41，该认证模块41相当于一套用户认证管理系统，其可以具有用户认证、鉴权、计费以及与运营商平台同步账号等功能。具体的，认证模块41中可以包括用户接入管理模块42、用户数据库43、认证门户 44 ^^iAilE^tXif Ι (Authentication>Authorization>Accounting ；:AAA)牛 1双45。 该认证模块可以与运营商平台进行同步账号。其中，该网关内置的用户接入管理模块42可以根据管理员指令向运营商发卡中心平台发送获取上网卡信息请求指令；运营商发卡中心平台可以根据该网关的请求及时间批量生成随机的账号和密码等信息，生成后保存在发卡中心数据库，并通过安全加密协议向网关的用户接入管理模块42发送生成的批量账号和密码。上述的账户密码也可以为运营商平台定期推送，用户认证时仅在网关设备完成认证过程，当网关账号剩余量低于设定阈值时，运营商平台将再次推送批量账号给网关。用户接入管理模块42在接收到上述的账号和密码等上网卡信息后，可以将上述信息拆分成数组封装好后，将其插入到网关内置的用户数据库43，并插入操作日志记录账号个数。例如列车员当给用户发放账号时，可以向用户接入管理模块42发送获取上网卡信息请求，用户接入管理模块42可以从用户数据库43中查询并获取未打印的账号，排好版式发送至外设打印设备进行打印，同时可以将获取的上网卡信息插入到AAA模块45的认证数据表中，记录日志以告知AAA模块45后续可以对该账号进行计费。该网关可以通过认证门户44(P0RTAL门户)接收用户输入的上网卡信息，认证门户44可以将上网卡信息通过路由模块32传送至AAA模块45 ；AAA模块45可以将上网卡信息发送至用户数据库43进行验证；并在验证通过时通知路由模块32对用户开放；AAA模块 45还用于对上述的上网卡信息对应的用户账户进行计费。此外，本实施例的列车无线接入网关中的认证模块还可以采用外置的方式，即不将其集成在网关设备的内部，而是采用运营商集中外设的认证平台或服务器实现。例如，所有的账号、计费等信息全部储存在运营商的3A认证平台，认证门户也可以由运营商通过集中的PORTAL服务器实现。路由模块再通过WIFI模块接收到用户的上网卡信息后，可以通过3G模块将其发送至运营商的上述认证平台进行认证，待认证通过再开放路由。图5为本发明列车无线接入网关设备的应用系统图，如图5所示，可以将该设备设置在列车上，其输出端与各列车车厢内的天线相连接。列车乘客使用电话语音业务时，手机将接收本设备发出的2G/3G信号，使用流程与平时一样，优化和改善了通话质量。当采用本网关进行上网时，其工作原理如下乘客使用笔记本电脑或者具有WIFI功能的设备，通过无线信号接入列车内的 WLAN，该列车无线接入网关可以通过DHCP协议为客户机分配动态IP地址；用户获得动态 IP地址后，处于未认证状态，当用户使用浏览器输入网址访问任何网时，在网关内的路由模块处均会被验证是否认证了 IP ；如果未认证，则可以将认证门户PORTAL登陆面推送给用户，即将用户重定向到指定的认证门户PORTAL;如果已经认证通过了 IP则可以跳转到网址位置。用户在认证面中输入通过短信方式或者向列车员购买得到的账号和密码等上网卡信息，提交给PORTAL。PORTAL首先验证IP段是否在指定范围，若正确则返回上网卡信息给路由模块，路由模块再将该信息提交给AAA模块，AAA模块将信息交给用户数据库的认证数据表进行验证。用户数据库对用户提交的认证信息进行核对，查看其是否与已经存储的信息相匹配；若匹配成功即通过认证，则返回认证结果给AAA模块；AAA模块将用户的IP地址等信息给路由模块，并通知路由模块认证成功使其打开用户链路层，即路由模块对用户开放，用户可以访问外部资源；否则，会要求用户重新认证。用户认证通过后，在路由模块开放对此用户IP的对外路由的同时，将会向AAA模块发送计费请求，AAA模块在收到该请求后将会对此用户进行计费。用户的TCP/UDP请求经由WIFI模块、路由模块再到3G模块，发送给沿线基站，再到运营商3G核心网联入互联网， 用户请求得到的服务器响应再按原路返回至用户终端。本实施例的列车无线接入网关，通过设置放大模块对信号进行放大，并且通过设置转换模块将WCDMA信号转换为WIFI信号输出，解决了列车上的车内通话和上网业务的服务质量差的问题，大大改善高速列车用户的车内通话质量以及上网业务的服务质量，并且可以实现在列车内的局域网覆盖，使得列车用户可以方便地通过WIFI接入互联网络。图6为本发明列车无线接入方法实施例的流程示意图，如图6所示，本实施例的基于电信运营商平台的列车无线接入方法可以采用本发明任意实施例的列车无线接入网关所执行。本实施例只简单描述，具体的实施方法可以结合参见前述的列车无线接入网关实施例。该方法可以包括以下步骤步骤601、列车无线接入网关接收列车外部信号，将所述外部信号中的2G信号和 3G信号分离开；并分别对所述2G信号和3G信号进行放大；具体的，可以通过列车无线接入网关的外部信号接收天线接收列车外部信号；可以采用GSM信号放大模块对GSM信号进行放大，采用WCDMA信号对WCDMA信号进行放大。其中，在采用上述放大模块对信号进行放大时，可以根据输入信号的大小调整上下行增益，并根据隔离度检测调整上下行功率输出。步骤602、列车无线接入网关将放大后的所述2G信号输入合路器；将放大后的所述3G信号分成两路，其中一路直接输入合路器，另一路转换为WIFI信号；
其中，可以将放大后的所述3G信号分离为第一载频信号以及第二载频信号；第一载频信号为公共频点信号，第二载频信号为铁路沿线专用频点信号，该第二载频信号可以是在铁路沿线开设WCDMA的二载频基站，基于运营商所分配的特定的WCDMA信号频点，专门用于服务列车上的上网用户。可以将所述第一载频信号输出至所述第一分路，直接输入合路器；并将所述第二载频信号转换为WIFI信号之后再输出至合路器。步骤603、通过所述合路器将所述2G信号、3G信号以及WIFI信号进行合路，并将合路后的信号输出至列车车厢。合路器可以通过馈线将WIFI信号、以及第一载频的3G信号、2G信号进行合路，以单条馈线的形式作为本设备的输出，这条馈线与各个车厢的室内天线相连接，可以达到在列车内部良好覆盖2G、3G以及WIFI信号的目的。通过上述的WIFI信号输出，可以实现在列车内的局域网覆盖，列车用户可以方便地通过WIFI接入互联网络，享受随时随地的便捷上网服务。为了实现可运营性，该网关还可以接收用户认证信息；将所述用户认证信息发送至认证模块进行认证，并在认证通过时对用户开放。具体的，例如，列车无线接入网关可以向运营商平台发送获取上网卡信息请求，接收所述运营商平台返回的所述上网卡信息；并将所述上网卡信息保存至用户数据库；接收用户输入的上网卡信息，并将所述上网卡信息通过所述路由模块传送至AAA模块；通过所述AAA模块将所述用户上网卡信息发送至所述用户数据库进行验证；并在验证通过时通知所述路由模块对用户开放；同时对所述用户进行计费。本实施例的列车无线接入方法，通过对信号进行放大，并且将WCDMA信号转换为 WIFI信号输出，解决了列车上的车内通话和上网业务的服务质量差的问题，大大改善高速列车用户的车内通话质量以及上网业务的服务质量，并且可以实现在列车内的局域网覆盖，使得列车用户可以方便地通过WIFI接入互联网络。本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括R0M、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种列车无线接入网关，其特征在于，包括 输入模块，用于接收列车外部信号；分路器，与所述输入模块连接，用于将所述外部信号中的2G信号和3G信号分离开； 第一放大模块和第二放大模块，所述第一放大模块的一端连接分路器，另一端连接合路器；所述第二放大模块的一端连接分路器，另一端连接区分模块；所述第一放大模块用于对所述2G信号进行放大，所述第二放大模块用于对所述3G信号进行放大；所述区分模块，分别连接第一分路和第二分路；所述第一分路与所述合路器直接连接， 用于将放大后的所述3G信号直接输入所述合路器；所述第二分路上设置有转换模块，所述转换模块的一端连接所述区分模块，另一端连接所述合路器，用于将放大后的所述3G信号转换为WIFI信号后输入至所述合路器；所述合路器，用于将所述2G信号、3G信号以及WIFI信号进行合路； 输出模块，与所述合路器连接，用于将合路后的信号输出至列车车厢。
2.根据权利要求1所述的列车无线接入网关，其特征在于，所述第一放大模块或第二放大模块，包括自动增益控制模块，用于根据输入信号的大小调整上下行增益； 自激自动检测调整模块，用于根据隔离度检测调整上下行功率输出。
3.根据权利要求1所述的列车无线接入网关，其特征在于，所述区分模块包括 选频单元，用于将放大后的所述3G信号分离为第一载频信号以及第二载频信号；分配单元，用于将所述第一载频信号输出至所述第一分路，以及将所述第二载频信号输出至所述第二分路上的转换模块。
4.根据权利要求1所述的列车无线接入网关，其特征在于，所述转换模块包括 3G模块，与所述区分模块连接，用于接收3G信号；WIFI模块，与所述合路器连接，用于将所述3G信号转换为WIFI信号，并输出至所述合路器；路由模块，分别与所述3G模块和WIFI模块连接，用于将所述3G信号传递至所述WIFI 模块；还用于接收用户认证信息，并将所述用户认证信息发送至认证模块进行认证，在认证通过时对用户开放。
5.根据权利要求4所述的列车无线接入网关，其特征在于，所述认证模块设置在所述列车无线接入网关内；所述认证模块包括用户接入管理模块，用于向运营商平台发送获取上网卡信息请求，并接收所述运营商平台返回的所述上网卡信息；用户数据库，与所述用户接入管理模块连接，用于保存所述用户接入管理模块获得的所述上网卡信息；以及用于对用户输入的上网卡信息进行验证；认证门户，与路由模块连接，用于接收用户输入的上网卡信息，并将所述上网卡信息通过所述路由模块传送至AAA模块；所述AAA模块，分别与所述路由模块和用户数据库连接，用于将从所述路由模块获得的所述上网卡信息发送至所述用户数据库进行验证；并在验证通过时通知所述路由模块对用户开放；还用于对所述用户进行计费。
6.一种列车无线接入方法，其特征在于，包括接收列车外部信号，将所述外部信号中的2G信号和3G信号分离开；并分别对所述2G 信号和3G信号进行放大；将放大后的所述2G信号输入合路器；将放大后的所述3G信号分成两路，其中一路直接输入合路器，另一路转换为WIFI信号；通过所述合路器将所述2G信号、3G信号以及WIFI信号进行合路，并将合路后的信号输出至列车车厢。
7.根据权利要求6所述的列车无线接入方法，其特征在于，还包括根据输入信号的大小调整上下行增益，并根据隔离度检测调整上下行功率输出。
8.根据权利要求6所述的列车无线接入方法，其特征在于，将放大后的所述3G信号分成两路，其中一路直接输入合路器，另一路转换为WIFI信号，包括将放大后的所述3G信号分离为第一载频信号以及第二载频信号； 将所述第一载频信号输出至所述第一分路，直接输入合路器；并将所述第二载频信号转换为WIFI信号。
9.根据权利要求6所述的列车无线接入方法，其特征在于，还包括 接收用户认证信息；将所述用户认证信息发送至认证模块进行认证，并在认证通过时对用户开放。
10.根据权利要求9所述的列车无线接入方法，其特征在于，还包括向运营商平台发送获取上网卡信息请求，接收所述运营商平台返回的所述上网卡信息；并将所述上网卡信息保存至用户数据库；接收用户输入的上网卡信息，并将所述上网卡信息通过所述路由模块传送至AAA模块；通过所述AAA模块将所述用户上网卡信息发送至所述用户数据库进行验证；并在验证通过时通知所述路由模块对用户开放；还用于对所述用户进行计费。
全文摘要
本发明提供一种列车无线接入网关和接入方法，其中方法包括接收列车外部信号，将外部信号中的2G信号和3G信号分离开；并分别对2G信号和3G信号进行放大；将放大后的2G信号输入合路器；将放大后的3G信号分成两路，其中一路直接输入合路器，另一路转换为WIFI信号；通过所述合路器将2G信号、3G信号以及WIFI信号进行合路，并将合路后的信号输出至列车车厢。本发明的列车无线接入网关和接入方法，通过对信号进行放大，并且将WCDMA信号转换为WIFI信号输出，大大改善高速列车用户的车内通话质量以及上网业务的服务质量，并且可以实现在列车内的局域网覆盖，使得列车用户可以方便地通过WIFI接入互联网络。
文档编号H04W88/16GK102264153SQ20111008843
公开日2011年11月30日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者吴重庆, 孟祥登, 杜连东, 王一然 申请人:中国联合网络通信集团有限公司