摩天轮及其微波传输系统、微波传输装置的制作方法

本发明涉及一种摩天轮及用于摩天轮轿厢监控的微波传输系统、微波传输装置。

背景技术

现代化的大型游乐设施中，摩天轮因其极高的观赏性，已日益普及。然而，因摩天轮体积庞大、离地高，安全性成为该项目正常运营的重要基础。在摩天轮的各项安全要素中，地面控制室对飘在空中的轿厢的实时视频监控是一项重要内容。通过实时视频监控，地面控制室能观察轿厢里游客可能产生的异常举动，及时通过实时对讲和轿厢游客进行沟通，并采取其他一些措施，及时干预可能发生的各类危险（如游客破坏轿厢跳空自杀、爆炸恐怖活动等）。另外,随着人们生活水平的提高,体验式消费也成为趋势,为客户提供娱乐过程中的高清晰图片和视频成为高端娱乐设施的消费选项。

现有产品采用的是wifi方案，将控制室作为wifi的ap（accesspoint,无线访问节点），轿厢则作为终端。wifi是采用基于竞争的aloha算法来进行双工的，因此，当摩天轮的轿厢数量很多、并发大数据速率的时候，势必会引起传输延滞和传输掉线的情况。另外，天线和收发机的选型和摩天轮结构的干涉导致局部空间射频能量分布无法满足系统的动态范围要求也会成为系统不稳定的直接原因。具体应用时存在以下缺陷：

（1）实时监控过程中，部分轿厢不定时出现通信中断，监控无法进行，游客人流量大的时候尤其明显；

（2）视频未中断的轿厢，有部分无法实现实时对讲；

（3）视频监控实时进行的轿厢，出现各种程度的视频延时，延时的长度从1s～10s不等；

（4）视频质量不高，目测其传输速率不超过300kbps，且视频流速不稳定，时而清晰，时而模糊。

上述缺陷，尤其是缺陷（1）～（3）在特定场合下，可能是致命的。

技术实现要素：

本发明为解决上述技术问题提供一种摩天轮及其微波传输系统、微波传输装置，其结构简单、成本低，能够确保摩天轮中轿厢内的微波传输装置与控制室内的微波传输装置之间双向通信的稳定性和可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种微波传输装置，包括：至少一个天线单元，用于接收或者发送射频信号；射频收发处理模块，具有用于接收射频信号的接收机和用于发射射频信号的发射机，且所述接收机的输入端和所述发射机的输出端可切换地与所述天线单元导通；以及基带处理模块，所述基带处理模块的输入端与所述接收机的输出端电连接、输出端与所述发射机的输入端电连接，用于将所述接收机接收的射频信号进行解调以及调制射频信号以供所述发射机发射。

进一步地，所述射频收发处理模块包括与所述基带处理模块电连接的射频收发芯片以及分别与所述天线单元和所述基带处理模块电连接的切换开关，所述射频收发芯片内具有所述接收机和所述发射机，所述切换开关在所述基带处理模块的控制下选择性地与所述接收机或所述发射机电连接进而实现收发切换。

进一步地，所述射频收发处理模块包括与所述接收机的输入端电连接的低噪声放大器以及与所述发射机的输出端电连接的功率放大器，所述切换开关在所述基带处理模块的控制下选择性地与所述低噪声放大器或所述功率放大器电连接。

进一步地，所述天线单元设置为两个以上，所述切换开关在所述基带处理模块的控制下选择性地将所述接收机或所述发射机与其中一个所述天线单元电连接。

进一步地，所述基带处理模块在检测到所述接收机接收的射频信号的指标满足切换条件时控制所述切换开关从当前电连接的所述天线单元切换至与另一个所述天线单元进行电连接直至不满足切换条件；所述指标包括信噪比，所述切换开关在信噪比低于设定值时切换至另一所述天线单元。

进一步地，所述基带处理模块包括处理器、模数转换器以及数模转换器，所述模数转换器电连接于所述接收机的输出端和所述处理器之间，所述数模转换器电连接于所述发射机的输入端和所述处理器之间；所述处理器是fpga。

进一步地，所述微波传输装置被配置为基于tdd协议和tdma协议进行上下行通信。

为解决上述技术问题，本发明提供一种微波传输系统，包括两个以上如上述任一项实施例所述的微波传输装置；其中一所述微波传输装置被配置为无线访问节点，其余所述微波传输装置被配置为终端；被配置为终端的所述微波传输装置之间被配置为互不通信，被配置为终端的所述微波传输装置与被配置为无线访问节点的所述微波传输装置之间被配置为双向通信。

为解决上述技术问题，本发明提供一种摩天轮，一个控制室、一个以上的轿厢以及如上述任一项实施例所述的微波传输系统；被配置为无线访问节点的微波传输装置安装于所述控制室，被配置为终端的微波传输装置对应安装于所述轿厢。

进一步地，所述轿厢内安装有摄像头、扬声器及麦克风，所述摄像头、所述扬声器及所述麦克风与所述轿厢内的微波传输装置中的基带处理模块电连接；相应地，所述控制室内安装有显示屏、扬声器及麦克风，所述显示屏、所述扬声器及所述麦克风与所述控制室内的微波传输装置中的基带处理模块电连接。

本发明的摩天轮及其微波传输系统、微波传输装置，具有如下有益效果：

通过绕开wifi协议而采用实时性更强的微波点对多点传输方案，合力匹配系统动态范围，能够避免由于终端数量较多产生的系统稳定性问题，尤其是在摩天轮中，能够确保轿厢内的微波传输装置与控制室内的微波传输装置之间双向通信的稳定性和可靠性，且其结构简单、成本低。

附图说明

图1是本发明微波传输装置的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供一种摩天轮。该摩天轮包括一个通常位于地面的控制室、一个以上的轿厢以及一套微波传输系统。在一个中大型的摩天轮中，轿厢的数量通常可以达到数十个，而与之相应的，想要对所有轿厢进行监控的话，该微波传输系统需要包括数量为轿厢和控制室数量之和的多个微波传输装置，控制室和各轿厢中均安装一个微波传输装置。安装于控制室的微波传输装置和安装于轿厢的微波传输装置的结构和原理相同或基本相同。

其中，安装于控制室的微波传输装置被配置为无线访问节点进行使用，而对应安装于轿厢的微波传输装置被配置为终端进行使用。进一步地，为了方便控制室对轿厢的监控，作为终端的微波传输装置之间被配置为互不通信，而作为终端的微波传输装置与作为无线访问节点的微波传输装置被配置为相互通信。各微波传输装置被配置为基于tdd（timedivisionduplex，时分双工）协议和tdma（timedivisionmultipleaccess，时分多址）协议进行上下行通信，进而在同一时隙内作为无线访问节点的微波传输装置只能与其中一个作为终端的微波传输装置进行接收或者发射射频信号。

具体而言，如图1所示，上述的微波传输装置包括天线单元1、射频收发处理模块2以及基带处理模块3。天线单元1设置为至少一个，用于接收或者发送射频信号。射频收发处理模块2，具有相互独立并隔离的接收机和发射机，接收机用于接收射频信号，发射机用于发射射频信号，其中，接收机的输入端和发射机的输出端可切换地与天线单元1导通来实现收发切换。基带处理模块3，其输入端与接收机的输出端电连接、输出端与发射机的输入端电连接，用于将接收机接收的射频信号进行解调以及调制射频信号以供发射机发射。

该微波传输系统通过采用多个微波传输装置进行通信，通过绕开wifi协议而采用实时性更强的微波点对多点传输方案，合力匹配系统动态范围，能够避免由于终端数量较多产生的系统稳定性问题，且其结构简单、成本低。

其中，天线单元1可以理解为由至少一根天线构成。当天线单元1由两根以上的天线构成时，其仅具有一个与射频收发处理模块2连接的端口。此外，天线单元1中天线的结构或类型可以不作限定，比如可采用杆状天线或贴片式天线。

在一具体实施例中，射频收发处理模块2包括一射频收发芯片21和一切换开关22。该射频收发芯片21与基带处理模块3电连接，该切换开关22分别与天线单元1和基带处理模块3电连接。上述的接收机和发射机集成于射频收发芯片21内。切换开关22在基带处理模块3的控制下选择性地与接收机的输入端或发射机的输出端电连接以实现与天线单元1的导通进而实现收发切换。

进一步地，射频收发处理模块2包括与接收机的输入端电连接的低噪声放大器（lna，lownoiseamplifier）23以及与发射机的输出端电连接的功率放大器（pa，poweramplifier）24，该低噪声放大器23的设置是为了提高输出的信噪比，而该功率放大器24的设置是为了提高输出功率。进而，切换开关22在基带处理模块3的控制下选择性地与低噪声放大器23或功率放大器24电连接。

在一较佳实施例中，天线单元1设置为两个。切换开关22在基带处理模块3的控制下选择性地将接收机或发射机与其中一个天线单元1电连接。较佳的，基带处理模块3在检测到接收机接收的射频信号的指标满足切换条件时，才控制切换开关22从当前电连接的天线单元1切换至与另一个天线单元1进行电连接。简单而言，指标包括信噪比，切换开关22在信噪比低于设定值时（即表明信号强度不够）切换至另一天线单元1。对应的，该切换开关22选择dpdt（doublepoledoublethrow，双刀双掷开关），该切换开关22一部分用于射频信号收发电路的选择，另一部分用于对天线单元1的选择。

在其他实施例中，也可以将天线单元1设置为三个及以上。同样的，切换开关22在检测到接收机接收的射频信号的指标满足切换条件时控制切换开关22按预设顺序对天线单元1进行逐个切换直至不满足切换条件（即表明信号强度足够）。通常，采用两个天线单元1就能够满足绝大部分使用场景。

通过将天线单元1设置为两个以上，并配合切换开关22选择指标达标的天线单元1，能够避免轿厢中微波传输装置发送过来的射频信号由于摩天轮铁架的反射而形成的抵消，从而进一步提高通信的稳定性和可靠性。

上述实施例中，基带处理模块3包括处理器31、模数转换器32（adc）以及数模转换器33（dac）。模数转换器32电连接于接收机的输出端和处理器31之间，数模转换器33电连接于发射机的输入端和处理器31之间。前述的切换开关22实际上通常与处理器31电连接受处理器31的控制，且前述对于指标如信噪比的检测通常也是通过该处理器31来检测的。该处理器31可以是cpu、mcu或者fpga，本发明举例采用fpga来实现。

上述实施例中，同一微波传输装置采用两个以上的天线单元1时，各天线单元1可以采用相同的频率。在不同微波传输装置中的天线单元1通常也对应采用相同的频率。此外，同一微波传输装置采用两个以上的天线单元1时，各天线单元1之间间隔一定距离以实现更大的辐射范围，以提高通信的可靠性。

上述实施例中，天线单元1的频率范围举例可以介于2.4ghz～5ghz，比如直接采用2.4ghz或者5ghz。当然，天线单元1也可以选用其它的频率。

在一具体实施例中，可以在轿厢内安装摄像头、扬声器及麦克风，该摄像头、扬声器及麦克风与轿厢内的微波传输装置中的基带处理模块3电连接。而与之相应地，控制室内安装有显示屏、扬声器及麦克风，显示屏、扬声器及麦克风与控制室内的微波传输装置中的基带处理模块3电连接。通过上述模块的设置，可以在控制室内实现对各轿厢进行视频监控，并且能够进行语音对讲。

在一些实施例中，轿厢内作为终端使用的微波传输装置与控制室内作为无线访问节点使用的微波传输装置硬件结构完全一致。在一些实施例中，轿厢内作为终端使用的微波传输装置与控制室内作为无线访问节点使用的微波传输装置硬件结构不完全一致，主要反映在，比如可以将轿厢内作为终端使用的微波传输装置仅设置一个天线单元1，而将控制室内作为无线访问节点使用的微波传输装置设置两个以上的天线单元1。

在一些实施例中，为了增加轿厢之间用户的互动性如实现交流，也可以将安装于轿厢的作为终端使用的微波传输装置配置为可以相互通信。

通过在摩天轮内采用上述的微波传输系统，测试表明：

（1）摩天轮的直径可达120m，控制室与轿厢的通信距离可达150m；

（2）轿厢数量为50个甚至更多时，轿厢内的微波传输装置与控制室内的微波传输装置之间的通信也是稳定可靠的；

（3）轿厢内的微波传输装置向控制室内的微波传输装置实时传送视频数据和通话语音数据的上行速率不小于1mbps，而控制室内的微波传输装置向轿厢内的微波传输装置实时传送通话语音数据的下行速率不小于20kbps。

（4）轿厢内的微波传输装置向控制室内的微波传输装置之间的语音通信能够实现实时进行，而视频通信延滞时间小于0.2s。

当然，本发明所公开的微波传输系统还可以应用于其他场合，而不仅限于在摩天轮中进行使用，比如在车辆调度等场合下均可以得到广泛使用。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。