专利名称：基于lte的车载接入方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及一种基于LTE的车载接入方法及一种基于LTE的车载接入系统。
背景技术：
移动通信网络中，不管是2G还是3G，在采用传统覆盖方式的情况下，对处于高速运动中的移动用户的接入和通话等业务不能提供很好的服务，这一点在高铁上尤为明显。 随着中国高铁建设的高潮到来，高速铁路网络的规模越来越大，列车行驶速度会越来越快。伴随着高铁运行速度的提高，高铁列车车厢的密闭性也随之提高，列车采用全封闭式车体结构，连玻璃也采用了金属镀膜玻璃，从而导致车体穿透损耗大幅度提高，车厢内手机接收到的信号强度也随之大幅衰减。而且随着高铁列车的运行速度从300公里/小时到400公里/小时甚至500公里/小时，速度的提升导致用户频繁切换、在切换的同时在网络侧也会引起大量的信令传输，导致所谓的信令风暴，从而出现用户接通、切换成功率降低的问题，用户感受变差。为了解决上述高铁通信的问题，提供车地之间稳定、宽带及可靠地通信服务，有公司提出了基于LTE (Long Term Evolution,长期演进)的高速铁路LTE车载基站方案，以实现HRC(High-Speed Railway Communication，高速铁路通讯)端到端解决方案。通过使用目前业界最先进的LTE技术，将HRC车载台天线部署在车厢外顶端，在车厢内，车载台汇聚、 分发车载2G/3G基站设备的Abis、Iub接口数据；高铁旅客通过车厢内综合接入设备接入 2G/3G网络，在列车运行过程中，不但无车体损耗问题，也没有小区间切换，更不存在群移动导致的信令风暴问题。但是采用上述方法时仍然存在一个问题，即当高铁快速经过时，车载基站的频率会对其他宏基站、尤其是处于城区车站附近的宏基站的频率带来干扰，增加高铁组网的网规设计难度。并且由于列车的高速运行，对车顶天线的尺寸的要求也越来越高，天线尺寸越大，高速运动时风阻也会越大，导致列车在高速运动时存在较大的安全隐患。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于LTE的车载接入方法及系统，可以有效解决车载基站的频率对铁路沿途同频小区的干扰和行车安全的问题。一种基于LTE的车载接入方法，包括上行接入过程和下行接入过程；所述上行接入过程包括以下步骤车载基站接收车厢内的上行无线信号，处理后变为上行数据，经LTE制式处理后转换成上行LTE制式信号，然后由车载微波收发单元调制为上行微波信号并向外发送；所述下行接入过程包括以下步骤车载微波收发单元接收到下行微波信号后将其转换成下行LTE制式信号，经LTE制式处理后变为下行数据，然后由车载基站处理后变为下行无线信号并发送给用户设备。一种基于LTE的车载接入系统，包括车载基站，用于接收车厢内的上行无线信号，处理后变为上行数据并发送给车载 LTE收发单元；以及接收所述车载LTE收发单元发送过来的下行数据，处理后变为下行无线信号并发送给用户设备；车载LTE收发单元，用于接收所述上行数据，经LTE制式处理后转换成上行LTE制式信号并发送给车载微波收发单元；以及接收解调后的下行LTE制式信号，经LTE制式处理后变为下行数据并发送给所述车载基站；车载微波收发单元，用于接收所述上行LTE制式信号，调制为上行微波信号后向外发送；以及接收下行微波信号，解调成下行LTE制式信号后发送给所述车载LTE收发单兀。从以上方案可以看出，本发明的基于LTE的车载接入方法及系统，由于利用了微波作为无线传输信号，当高铁或是使用本系统的其他设备快速经过某地时，车载基站的频率不会对其他宏基站(尤其是火车站附近的宏基站)的频率带来干扰，极大减小了高铁组网的网规设计难度；而且由于微波的频率高，所以在车顶天线的尺寸设计上比传统LTE频段的天线尺寸要小，减小了列车高速运行时的风阻，提高了高速列车的安全性，也有利于列车安装。
图1为本发明基于LTE的车载接入方法流程示意图；图2为本发明基于LTE的车载接入系统的结构示意图；图3为实施例三中的基于LTE的车载接入系统的结构示意图；图4为实施例三中的车载多模微基站接入系统的结构示意图；图5为实施例三中的车载LTE收发单元与其他设备的连接示意图；图6为实施例三中的微波传输子系统的结构示意图；图7为实施例三中的路基接收子系统的结构示意图。
具体实施例方式本发明提供了一种基于LTE的车载接入方法及系统，解决传统覆盖中由于列车快速移动而造成的频率干扰和行车安全的问题，主要应用在高速移动的高铁上。以下针对本发明的基于LTE的车载接入方法及系统的具体实施例进行详细阐述。实施例一如图1所示，本发明的基于LTE的车载接入方法，包括上行接入过程和下行接入过程；上行接入过程包括以下步骤在列车上，车载基站接收车厢内的上行无线信号，处理后变为上行数据，经LTE制式处理后转换成上行LTE制式信号，然后由车载微波收发单元调制为上行微波信号并向外发送；下行接入过程包括以下步骤车载微波收发单元接收到下行微波信号后将其转换成下行LTE制式信号，经LTE制式处理后变为下行数据，然后由车载基站处理后变为下行无线信号并发送给用户设备。另外，所述上行接入过程中，在所述车载微波收发单元将所述上行LTE制式信号调制为上行微波信号并向外发送之后，还可以包括步骤路基微波收发单元接收到所述上行微波信号后，判断所述上行微波信号的强度是否大于预设的门限值，若是则将所述上行微波信号解调成上行LTE制式信号，然后经LTE制式处理后变为上行数据并发送给核心网； 以及所述下行接入过程中，在所述车载微波收发单元接收所述下行微波信号之前，还可以包括步骤接收核心网中的下行数据，经LTE制式处理后转换成下行LTE制式信号，然后由路基微波收发单元调制成下行微波信号并发送给所述车载微波收发单元。上述的LTE制式处理的过程具体包括调制、解调、封装、解封装、出错处理、重传、
调度等。作为一个较好的实施例，在数据传输时，可以将上述的上行LTE制式信号、下行 LTE制式信号调为中频信号以方便传输。本发明的基于LTE的车载接入方法中所接收和传送的无线信号，可以包括GSM制式的无线信号、TD制式的无线信号、LTE制式的无线信号、WCDMA制式的无线信号以及WLAN 制式的无线信号中的任意一种或者任意组合，实现真正意义上的多模覆盖。优选的，本发明所述的微波信号频段为6GHz 23GHz。实施例二与本发明的基于LTE的车载接入方法相对应的，本发明还提供一种基于LTE的车载接入系统，如图2所示，包括车载基站，用于在上行方向，接收车厢内的上行无线信号，处理后变为上行数据并发送给车载LTE收发单元(可以通过Iub接口进行发送)；以及在下行方向，接收车载LTE 收发单元发送过来的下行数据，处理后变为下行无线信号并发送给用户设备；车载微波收发单元，用于接收所述上行LTE制式信号，调制为上行微波信号后向外发送；以及接收下行微波信号，解调成下行LTE制式信号后发送给所述车载LTE收发单元。车载LTE收发单元，用于在上行方向，接收所述车载基站发送的上行数据，经LTE 制式处理后转换成上行LTE制式信号并发送给车载微波收发单元；以及在下行方向，接收车载微波收发单元发送过来的解调后的下行LTE制式信号，经LTE制式处理后变为下行数据并发送给所述车载基站；车载微波收发单元，用于在上行方向，接收车载LTE收发单元发送的上行LTE制式信号，调制为上行微波信号后向外发送；以及在下行方向，接收下行微波信号，解调成下行 LTE制式信号后发送给所述车载LTE收发单元。作为一个较好的实施例，如图3所示，本发明的基于LTE的车载接入系统还可以包括至少一个路基微波收发单元，用于在上行方向，接收车载微波收发单元发送的上行微波信号，判断所述上行微波信号的强度是否大于预设的门限值，若是则将所述上行微波信号解调成上行LTE制式信号并发送给LTE ENodeB单元；若否则关闭回传通道(通过上述判断的步骤即可从多个路基微波收发单元中选择出一个最优的路基微波收发单元进行数据传输，并且在下行传输时也使用这个路基微波收发单元)；以及在下行方向，接收LTE EnodeB单元中的下行LTE制式信号，调制成下行微波信号后发送给所述车载微波收发单元；LTE EnodeB单元，用于在上行方向，接收路基微波收发单元发送过来的解调后的上行LTE制式信号，经LTE制式处理后变为上行数据后发送给LTE SAE单元；以及在上行方向，接收所述LTE SAE单元发送过来的下行数据，经LTE制式处理后转换为下行LTE制式信号并发送给所述路基微波收发单元；LTE SAE (System Architecture Evolution，系统架构演进)单元，用于接收到 LTE EnodeB发送过来的上行数据后按数据目的地进行转发，具体为接收所述LTE EnodeB单元发送的上行数据，处理后发送给CN(Core Network，核心网)；以及接收核心网发送给LTE EnodeB单元的下行数据，处理后发送给LTEEnodeB单元。实施例三作为一个较好的实施例，本发明的车载接入系统可以包括三个子系统(实施例二中的各单元分别包括在各子系统中)路基接收子系统、微波传输子系统、车载接入子系统，如图3所示，这三个子系统相互配合实现高铁的多模覆盖。其中，车载接入子系统是整个置于列车内的，主要由车载多模微基站接入系统构成，该车载多模微基站接入系统包括实施例二中的车载基站和车载LTE收发单元，进一步的，所述车载基站可以包括GSM模块、TD模块、LTE模块、WCDMA模块、WLAN模块中的任意一个或者任意组合，以实现GSM、TD-SCDMA、LTE、WCDMA制式手机用户的接入和实现Wifi及宽带接入功能，以支持GSM/EDGE/TD-SCDMA/LTE/WCDMA/Wi-Fi等各种无线接入方式并提供车厢内各种信息化服务功能，实现真正意义上的多模覆盖，如图4所示。GSM模块相当于一个GSM制式基站，能接收处理GSM制式无线信号，负责高铁列车内GSM制式手机语音及其他业务的接入。具体工作过程如下接收用户设备的GSM制式上行无线信号，处理后转变为上行数据并发送给所述车载LTE收发单元；以及接收所述车载 LTE收发单元发送的下行数据，处理后变为GSM制式下行无线信号并发送给用户设备。TD模块相当于一个TD-SCDMA制式基站，能接收处理TD-SCDMA制式无线信号，负责高铁列车内TD-SCDMA制式手机语音及其他业务的接入。具体工作过程如下接收用户设备的TD-SCDMA制式上行无线信号，处理后转变为上行数据并发送给所述车载LTE收发单元； 以及接收所述车载LTE收发单元发送的下行数据，处理后变为TD-SCDMA制式下行无线信号并发送给用户设备。LTE模块相当于一个LTE制式基站，能接收处理LTE (TDD或FDD)制式无线信号，负责高铁列车内LTE制式手机语音及其他业务的接入。具体工作过程如下接收用户设备的 LTE制式上行无线信号，处理后转变为上行数据并发送给所述车载LTE收发单元；以及接收所述车载LTE收发单元发送的下行数据，处理后变为LTE制式下行无线信号并发送给用户设备。WCDMA模块相当于一个WCDMA制式基站，能接收处理WCDMA制式无线信号，负责高铁列车内WCDMA制式手机语音及其他业务的接入。具体工作过程如下接收用户设备的 WCDMA制式上行无线信号，处理后转变为上行数据并发送给所述车载LTE收发单元；以及接收所述车载LTE收发单元发送的下行数据，处理后变为WCDMA制式下行无线信号并发送给用户设备。 WLAN模块能接收处理基于802. 11协议的各种无线信号，负责高铁列车内WLAN业务的接入。具体工作过程如下接收基于802. IX协议的各种无线信号，处理后转变为上行数据并发送给所述车载LTE收发单元；以及接收所述车载LTE收发单元发送的下行数据，处理后变为WLAN数据并发送给用户设备。 如图4所示，GSM模块、TD模块、LTE模块、WCDMA模块、WLAN模块可以通过光纤或以太网与车载LTE收发单元连接，车载LTE收发单元也可以使用光纤或以太网和微波传输子系统中的设备(车载微波收发单元)连接，由车载LTE收发单元将各制式模块中不同制式的无线信号经过处理后通过微波传输子系统交付给路基接收子系统。图5为车载LTE收发单元与其他设备的连接示意图，可见车载LTE收发单元还可以包括接口板，接口板提供基站接口(Iub接口)和以太网接口，不同规格的接口板能提供的基站接口和以太网接口数量不同，可根据需求更换接口板，实现多种规格的基站和以太网接口组合。基站接口可以和其他制式的基站设备连接，实现其他基站与基站控制器或核心网的连接，以太网接口可以和车载其他支持以太网接口的设备连接，实现如车载监控设备，视频电视、wifi等功能，即车载LTE收发单元通过该接口板可与支持基站接口的其他基站设备相连接和/或与支持以太网接口的其他设备相连接。微波传输子系统除了包括实施例二中的车载微波收发单元、路基微波收发单元之外，还可以包括置于天线，该天线可以装在车头或车顶等位置，如图6微波传输子系统的结构示意图所示，微波传输子系统可以用于实现列车和地面之间的无线传输。车载微波收发单元使用以太网与天线相连接，在上行方向，车载微波收发单元通过天线使用微波和路基微波收发单元交互信息，路基微波收发单元接收到天线发送的微波信号后解调到中频信号并发送给路基接收子系统。微波传输子系统的下行方向工作过程与上行方向的过程完全相反，此处不予赘述。如图7所示为本实施例中的路基接收子系统结构示意图，路基接收子系统包括 LTE ENodeB单元(即LTE基站)和LTE SAE单元，用于将车载接入子系统中的数据和核心网中的数据进行交互。LTE ENodeB单元和路基微波收发单元之间采用中频接口实现连接，具体可以使用光纤或以太网连接。优选的，LTE SAE单元可以通过Sl接口实现和LTE ENodeB单元的连接，具体也可以使用光纤或以太网连接。从图7可以看出，一个路基LTE基站(即LTE EnodeB单元)可以连接多个路基微波收发单元，具体连接数量取决于LTE基站的容量和实际施工中回传光纤或以太网的数量。需要说明的是，微波高频率增加了高铁高速运行时的多普勒频偏，但是这个问题可以通过改进车载LTE收发单元的抗多普勒频偏算法来有效解决。通过以上几个实施例可以看出，本发明的基于LTE的车载接入方法及系统，有如下的优点一、本发明中的车载基站包括了 GSM模块、TD模块、LTE模块、WCDMA模块、WLAN模块，因此可以实现GSM/EDGE/TD-SCDMA/LTE/WCDMA/WLAN等各种无线接入方式并提供车厢内各种信息化服务功能，实现真正意义上的多模覆盖；二、由于将车载接入子系统置于列车内部，使信号直接在列车内部传播，消除了车体穿透损耗；而且通过车厢内车载接入子系统提供的GSM/TD/LTE等网络接入，在列车运行过程中，没有小区间切换问题，也不存在由于频繁切换而导致的信令风暴；三、由于采用了 LTE技术，LTE精简的信令和扁平的网络化设计，使车载LTE收发单元和路基LTE ENodeB之间的小区切换时间比传统2G的切换时间提高了 10倍，使得小区切换设计难度得到较大的简化；且一个LTE ENodeB下可以挂多个微波回传设备，所以增加了一个LTE小区的覆盖区域，减少了车载LTE发射模块和LTE ENodeB之间小区切换的频度；四、最重要的，由于本发明的车载接入方法及系统采用了微波技术，将微波作为无线传输信号，当高铁或是使用本系统的其他设备快速经过某地时，车载基站的频率不会对铁路沿线、特别是处于城区车站附近的其他2G/3G基站的频率造成干扰，同时可以有效避免车载基站之间的互相干扰(在车站内部，可能同时有多列火车，这些火车又是动态高速运行的，在频率规划上很难避免干扰)，大大降低了高铁组网的网规设计难度；另外由于本发明的方法及系统使用了微波技术，由于微波的频率高，所以在车顶天线的尺寸设计上比传统LTE频段的天线尺寸要小，天线尺寸的减小即提高了高速列车的安全性，另外小尺寸的天线还可以减小风阻，有利于列车安装，为行车安全提供了有力保障。以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
权利要求
1.一种基于LTE的车载接入系统，其特征在于，包括车载基站，用于接收车厢内的上行无线信号，处理后变为上行数据并发送给车载LTE 收发单元；以及接收所述车载LTE收发单元发送过来的下行数据，处理后变为下行无线信号并发送给用户设备；车载LTE收发单元，用于接收所述上行数据，经LTE制式处理后转换成上行LTE制式信号并发送给车载微波收发单元；以及接收解调后的下行LTE制式信号，经LTE制式处理后变为下行数据并发送给所述车载基站；车载微波收发单元，用于接收所述上行LTE制式信号，调制为上行微波信号后向外发送；以及接收下行微波信号，解调成下行LTE制式信号后发送给所述车载LTE收发单元。
2.根据权利要求1所述的基于LTE的车载接入系统，其特征在于，还包括至少一个路基微波收发单元，用于接收所述上行微波信号，判断所述上行微波信号的强度是否大于预设的门限值，若是则将所述上行微波信号解调成上行LTE制式信号并发送给LTE ENodeB单元；以及接收所述LTE EnodeB单元中的下行LTE制式信号，调制成下行微波信号后发送给所述车载微波收发单元；LTE EnodeB单元，用于接收解调后的上行LTE制式信号，经LTE制式处理后变为上行数据后发送给LTE SAE单元；以及接收所述LTE SAE单元发送过来的下行数据，经LTE制式处理后转换为下行LTE制式信号并发送给所述路基微波收发单元；LTE SAE单元，用于接收所述LTE EnodeB单元发送的上行数据，处理后发送给核心网； 以及接收核心网发送给LTE EnodeB单元的下行数据，处理后发送给LTE EnodeB单元。
3.根据权利要求2所述的基于LTE的车载接入系统，其特征在于，所述车载基站包括 GSM模块、TD模块、LTE模块、WCDMA模块、WLAN模块中的任意一个或者任意组合；所述GSM模块用于接收用户设备的GSM制式上行无线信号，处理后转变为上行数据并发送给所述车载LTE收发单元；以及接收所述车载LTE收发单元发送的下行数据，处理后变为GSM制式下行无线信号并发送给用户设备；所述TD模块用于接收用户设备的TD-SCDMA制式上行无线信号，处理后转变为上行数据并发送给所述车载LTE收发单元；以及接收所述车载LTE收发单元发送的下行数据，处理后变为TD-SCDMA制式下行无线信号并发送给用户设备；所述LTE模块用于接收用户设备的LTE制式上行无线信号，处理后转变为上行数据并发送给所述车载LTE收发单元；以及接收所述车载LTE收发单元发送的下行数据，处理后变为LTE制式下行无线信号并发送给用户设备；所述WCDMA模块用于接收用户设备的WCDMA制式上行无线信号，处理后转变为上行数据并发送给所述车载LTE收发单元；以及接收所述车载LTE收发单元发送的下行数据，处理后变为WCDMA制式下行无线信号并发送给用户设备；所述WLAN模块用于接收基于802. IX协议的各种无线信号，处理后转变为上行数据并发送给所述车载LTE收发单元；以及接收所述车载LTE收发单元发送的下行数据，处理后变为WLAN数据并发送给用户设备。
4.根据权利要求3所述的基于LTE的车载接入系统，其特征在于所述车载LTE收发单元包括接口板，所述接口板包括一个或多个基站接口和/或一个或多个以太网接口；和/或所述车载接入系统还包括天线。
5.根据权利要求4所述的基于LTE的车载接入系统，其特征在于，所述车载LTE收发单元与所述车载微波收发单元之间、所述路基微波收发单元与所述LTE ENodeB单元之间、所述LTE ENodeB单元与所述LTE SAE单元之间，使用光纤或以太网连接；所述车载微波收发单元与天线通过以太网连接；所述GSM模块、TD模块、LTE模块、WLAN模块分别通过光纤或以太网与所述车载LTE收发单元连接。
6.一种基于LTE的车载接入方法，包括上行接入过程和下行接入过程，其特征在于所述上行接入过程包括以下步骤车载基站接收车厢内的上行无线信号，处理后变为上行数据，经LTE制式处理后转换成上行LTE制式信号，然后由车载微波收发单元调制为上行微波信号并向外发送；所述下行接入过程包括以下步骤车载微波收发单元接收到下行微波信号后将其转换成下行LTE制式信号，经LTE制式处理后变为下行数据，然后由车载基站处理后变为下行无线信号并发送给用户设备。
7.根据权利要求6所述的基于LTE的车载接入方法，其特征在于所述上行接入过程中，在所述车载微波收发单元将所述上行LTE制式信号调制为上行微波信号并向外发送之后，还包括步骤路基微波收发单元接收到所述上行微波信号后，判断所述上行微波信号的强度是否大于预设的门限值，若是则将所述上行微波信号解调成上行LTE制式信号，然后经LTE制式处理后变为上行数据并发送给核心网；所述下行接入过程中，在所述车载微波收发单元接收所述下行微波信号之前，还包括步骤接收LTE SAE下行数据，经LTE制式处理后转换成下行LTE制式信号，然后由路基微波收发单元调制成下行微波信号并发送给所述车载微波收发单元。
8.根据权利要求7所述的基于LTE的车载接入方法，其特征在于无线信号包括GSM制式信号、TD-SCDMA制式信号、LTE制式信号、WCDMA制式信号以及 WLAN制式信号中的任意一种或者任意组合。
9.根据权利要求6或7或8所述的基于LTE的车载接入方法，其特征在于所述上行LTE制式信号、下行LTE制式信号为中频信号；和/或所述LTE制式处理的过程具体包括调制、解调、封装、解封装、出错处理、重传、调度。
10.根据权利要求9所述的基于LTE的车载接入方法，其特征在于，微波信号的频段为 6GHz 23GHz。
全文摘要
本发明提供一种基于LTE的车载接入方法及系统，本发明的系统包括车载基站、车载LTE收发单元、车载微波收发单元。本发明的方法，上行接入过程如下车载基站接收车厢内的无线信号，处理后变为上行数据，经LTE制式处理后转换成上行LTE制式信号，然后调制为上行微波信号并向外发送；下行接入过程如下车载微波收发单元接收到下行微波信号后将其转换成下行LTE制式信号，经LTE制式处理后变为下行数据，然后由车载基站处理后变为下行无线信号并发送给用户设备。本发明的方法及系统由于使用了微波技术，有效避免了车载基站的频率对铁路沿途同频小区的干扰，且天线短小，利于行车安全和列车安装。
文档编号H04W48/08GK102316472SQ201110264728
公开日2012年1月11日 申请日期2011年9月8日 优先权日2011年9月8日
发明者张远见, 邓世群, 陈志明 申请人:京信通信系统(中国)有限公司