一种无线通信系统及其通信方法与流程

1.本公开属于通信技术领域，具体涉及一种无线通信系统及其通信方法。


背景技术：

2.近10年来，我国铁路经历了重载运输、电气化改造、既有线提速、秦沈客运专线建设等一系列的技术改造，目前高铁已成为我国铁路的重要发展方向。
3.在高铁通信系统中，无线通信技术被广泛应用于通信信号、调度指挥、公安消防、移动通信以及旅客信息发布等通信系统中。同时，时刻保持高铁与通信系统之间的数据交换已经成为确保高铁交通系统高效运转的基础和前提。
4.在高铁无线通信系统中，提供高质量、连续可靠通信服务还存在着很多难题，如严重的车厢穿透损耗、信号传播模型复杂、多普勒效应明显，频繁的切换基站带来的乒乓效应等诸多问题。
5.同时，在高铁无线通信系统中，无线信号传播除了与频段、空间、时间等因素相关，还随着高铁行使环境的改变而迅速变化。尤其我国幅员辽阔，地势复杂多变，导致我国的高铁的行使环境也较为复杂，这对提供高质量、连续可靠通信服务带来较大的挑战。


技术实现要素：

6.本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种无线通信系统及其通信方法。
7.第一方面，本公开提供一种无线通信系统，应用于交通工具中，其包括第一控制模块、第一天线和第二天线；所述第一天线，被配置为接收第一波段的电磁波；所述第二天线，被配置为接收第二波段的电磁波；所述第一控制模块，被配置为当所述第一天线接收到的所述第一波段的电磁波的参考信号接收功率大于等于第一预设值时，生成第一控制信号，并发送至所述第一天线，以控制所述第一天线的工作状态；所述第一控制模块，还被配置为当所述第一天线接收到的所述第一波段的电磁波的参考信号接收功率大于等于第二预设值小于所述第一预设值时，生成第二控制信号，并发送至所述第二天线，以控制所述第二天线由所述非工作状态转换到工作状态；所述第一控制模块，还被配置为当所述第一天线接收到的所述第一波段的电磁波的参考信号接收功率小于所述第二预设值时，生成第三控制信号，并发送至所述第一天线和所述第二天线，以控制所述第一天线由所述工作状态转换到所述非工作状态，并控制所述第二天线的工作状态。
8.其中，所述第一预设值和所述第二预设值的范围为0-30db。
9.其中，还包括第一信号发送模块；所述第一信号发送模块，被配置向所述第一天线发送所述第一波段的电磁波。
10.其中，所述第一信号发送模块包括卫星。
11.其中，还包括第二信号发送模块；所述第二信号发送模块，被配置为向所述第二天线发送所述第二波段的电磁波。
12.其中，所述第二信号发送模块发送的所述第二波段的电磁波的传播方向与所述交通工具运动方向所在平面相垂直。
13.其中，所述第二信号发送模块包括：中心控制子模块、远程接入子模块以及信号传输子模块；所述中心控制子模块，被配置为根据地面基站传输的第一通信信号，生成多个第二通信信号；所述远程接入子模块，被配置为根据所述第二通信信号，生成所述第二波段的电磁波；所述信号传输子模块，被配置为将所述第二波段的电磁波以垂直于所述交通工具运动方向所在平面方向传输至所述第二天线。
14.其中，所述信号传输子模块至少包括漏波电缆。
15.其中，所述无线通信系统还包括：第一定位模块；所述第一定位模块，被配置为根据所述交通工具所在位置，生成位置信号；所述位置信息包括第一位置信号、第二位置信号以及第三位置信号；所述第一控制模块，被配置为当所述第一定位模块生成第一位置信号时，生成所述第一控制信号，并发送至所述第一天线，以控制所述第一天线的工作状态；所述第一控制模块，还被配置为当所述第一定位模块生成第二位置信号时，生成所述第二控制信号，并发送至所述第二天线，以控制所述第二天线由所述非工作状态转换到工作状态；所述第一控制模块，还被配置为当所述第一定位模块生成所述第三位置信号时，生成所述第三控制信号并发送至所述第一天线，以控制所述第一天线由所述工作状态转换到所述非工作状态。
16.其中，所述第一波段的电磁波的频率包括ka频段或ku频段的信号。
17.其中，所述第二波段的电磁波的频率包括gsm-r信号、lte-r信号以及g-r信号。
18.其中，所述交通工具包括高铁。
19.第二方面，本公开还一种无线通信系统的通信方法，其可应用于上述无线通信系统，其包括：当第一控制模块判断出第一天线接收到的第一波段的电磁波的参考信号接收功率大于等于第一预设值时，生成第一控制信号；第一天线响应所述第一控制信号，切换到工作状态；当所述第一控制模块判断出所述第一天线接收到的所述第一波段的电磁波的参考信号接收功率大于等于第二预设值且小于所述第一预设值时，生成第二控制信号；第二天线响应所述第二控制信号，由非工作状态转换到所述工作状态；当所述第一控制模块判断出所述第一天线接收到的所述第一波段的电磁波的参考信号接收功率小于所述第二预设值时，生成第三控制信号；所述第一天线响应所述第三控制信号，由所述工作状态转换到所述非工作状态。
附图说明
20.图1为本公开实施例的一种示意图；
21.图2是本公开实施例的无线通信系统的一种示意图；
22.图3是本公开实施例的无线通信系统的另一种示意图；
23.图4是本公开实施例的高铁和第一天线以及第二天线之间的一种位置关系的示意图；
24.图5是本公开实施例的高铁和第一天线以及第二天线之间的另一种位置关系的示意图；
25.图6是本公开实施例的高铁和第一天线以及第二天线之间的另一种位置关系的示
意图；
26.图7是本公开实施例的隧道和第二信号发送模块之间的位置关系示意图。
具体实施方式
27.为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细描述。
28.除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
29.第一方面，本公开提供一种无线通信系统，其可应用于交通工具中，尤其可以被应用在高铁6上。在下述实施例中，仅以交通工具为高铁6为例进行说明。无线通信系统包括第一控制模块1、第一天线2和第二天线3。第一天线2被配置为接收第一波段的电磁波，第二天线3被配置为接收第二波段的电磁波。在一些实施例中，第一波段的电磁波包括ka频段或ku频段的信号，由于ka频段或ku频段的信号常被应用于卫星通信中，因此第一天线2可以是卫星天线。在一些实施例中，第二波段的电磁波包括gsm-r(global system for mobile communications-railway)信号、lte-r(long term evolution-railway)信号或5g-r(5th generation mobile communication technology-railway)信号中的至少一种，由于gsm-r信号、lte-r信号或5g-r信号常备应用于铁路无线通信系统中，因此第二天线3可以是中继天线，用于和地面基站进行通信。
30.在本公开实施例中，第一控制模块1被配置为当第一天线2接收到的第一波段的电磁波的参考信号接收功率rsrp(reference signal receiving power，参考信号接收功率)大于等于第一预设值时，生成第一控制信号，并发送至第一天线2，以控制第一天线2的工作状态。第一控制模块1还被配置为当第一天线2接收到的第一波段的电磁波的rsrp大于等于第二预设值小于第一预设值时，生成第二控制信号，并发送至第二天线3，以控制第二天线3由非工作状态转换到工作状态。第一控制模块1还被配置为当第一天线2接收到的第一波段的电磁波的rsrp小于第二预设值时，生成第三控制信号，并发送至第一天线2和第二天线3，以控制第一天线2由工作状态转换到非工作状态，以及控制第二天线3的工作状态。
31.具体的，由于本公开实施例的无线通信系统被应用在高铁6上，而高铁6上的无线信号传输，随着高铁6行使环境的改变而迅速变化。例如：当高铁6行驶在山区内或高铁6穿越隧道7时，高铁6上的第一天线2接收到的第一频段的电磁波的rsrp较低或直接下降为零；当高铁6行驶在相对空旷的区域内时，高铁6上的第一天线2接收到的第一频段的电磁波的rsrp较高；当高铁6行驶在相对空旷区域和隧道7交接处时，高铁6上的第一天线2接收到的第一频段的电磁波的rsrp处于一定的范围内。
32.在本公开实施例中，如图1所示，由于第一天线2可以是卫星天线，接收到的第一频段的电磁波可以是卫星信号。因此可以根据高铁6上的第一天线2接收到的第一频段的电磁波的rsrp的大小，将高铁6的行进区域划分为卫星通信区、过渡区和卫星通信盲区，例如：当rsrp大于等于第一预设值时，高铁6处于卫星通信区；当rsrp小于第一预设值大于等于第二预设值时，高铁6处于过渡区；当rsrp小于第二预设值时，高铁6处于卫星通信盲区。
33.在本公开实施例中，如图2所示，由于无线通信系统包括第一控制模块1，第一控制模块1可以包括用于计算第一天线2接收到的第一频段的电磁波的rsrp的大小的计算子模块101和用于进行逻辑判断的逻辑判断子模块102。当高铁6处于行进状态时，计算子模块101计算出第一天线2接收到的第一频段的电磁波的rsrp的大小，并将其发送至逻辑判断子模块102。判断子模块判断出当第一天线2接收到的第一频段的电磁波的rsrp大于等于第一预设值时，生成第一控制信号，并发送至第一天线2，以使得第一天线2在高铁6处于卫星通信区时保持工作状态。通过该种方式，在卫星通信区主要通过第一天线2进行卫星通信，避免了大量使用地面基站通信导致产生的乒乓效应，影响通信质量。逻辑判断子模块102判断出第一天线2接收到的第一波段的电磁波的rsrp大于等于第二预设值小于第一预设值时，生成第二控制信号，并发送至第二天线3，以控制第二天线3在过渡区由非工作状态转换到工作状态。通过该种方式，在过渡区第一天线2和第二天线3同时处于工作状态，即在过渡区同时进行卫星通信以及地面基站通信，避免了在过渡区第一天线2接收到的电磁波的rsrp下降影响通信效果。逻辑判断子模块102判断出当第一天线2接收到的第一波段的电磁波的rsrp小于第二预设值时，生成第三控制信号，并发送至第一天线2，以控制第一天线2在卫星通信盲区由工作状态转换到非工作状态。通过该种方式，在卫星通信盲区将第一天线2由工作状态转换到非工作状态，以使得在卫星通信盲区第二天线3作为主要的通信天线，即在卫星通信盲区主要以地面基站通信的方式进行通信，通过该种方式，保障了通信质量。同时，在本公开实施例中，通过切换不同天线以及不同天线的工作状态的方式，保障了高铁6在行进过程中信号传输的质量以及连续性。
34.在一些实施例中，如图3所示，无线通信系统还可以包括第一定位模块5。第一定位模块5被配置为根据交通工具所在位置，生成位置信号；位置信息包括第一位置信号、第二位置信号以及第三位置信号。第一控制模块1，被配置为当第一定位模块5生成第一位置信号时，生成第一控制信号，并发送至第一天线2，以控制第一天线2的工作状态。第一控制模块1还被配置为当第一定位模块5生成第二位置信号时，生成第二控制信号，并发送至第二天线3，以控制第二天线3由非工作状态转换到工作状态。第一控制模块1还被配置为当第一定位模块5生成第三位置信号时，生成第三控制信号并发送至第一天线2，以控制第一天线2由工作状态转换到非工作状态。
35.在本公开实施例中，由于高铁6的行驶轨迹是可以预知的，因此卫星通信区、过渡区以及卫星通信盲区的位置也可以是预知的。同时由于第一定位模块5可以根据高铁6所在位置生成位置信号，因此第一控制模块1可以根据第一定位模块5生成的位置信号和预知的卫星通信区、过渡区以及卫星通信盲区的位置，来切换不同天线以及不同天线的工作状态。
36.具体的，当第一定位模块5生成第一位置信号时，第一控制模块1判断出高铁6处于卫星通信区，生成第一控制信号并发送至第一天线2，以使得第一天线2在高铁6处于卫星通信区时保持工作状态。通过该种方式，在卫星通信区主要通过第一天线2进行卫星通信，避
免了大量使用地面基站通信导致产生的乒乓效应，影响通信质量。当第一定位模块5生成第二位置信息时，第一控制模块1判断出高铁6处于过渡区，生成第二控制信号并发送至第二天线3，以控制第二天线3在过渡区由非工作状态转换到工作状态。通过该种方式，在过渡区第一天线2和第二天线3同时处于工作状态，即在过渡区同时进行卫星通信以及地面基站通信，避免了在过渡区第一天线2接收到的电磁波的rsrp下降影响通信效果。当第一定位模块5生成第三位置信息时，第一控制模块1判断出高铁6处于卫星信号盲区，生成第三控制信号并发送至第一天线2，以控制第一天线2在卫星通信盲区由工作状态转换到非工作状态。通过该种方式，在卫星通信盲区将第一天线2由工作状态转换到非工作状态，以使得在卫星通信盲区第二天线3作为主要的通信天线，即在卫星通信盲区主要以地面基站通信的方式进行通信，通过该种方式，保障了通信质量。需要说明的是，在一些实施例中，第一定位模块5和计算子模块101以及逻辑判断子模块102同时进行工作，以使得信号的连续性更优。
37.在一些实施例中，第一定位模块5生成第二位置信息的时间点可以在逻辑判断子模块102判断出第一天线2接收到的第一波段的电磁波的rsrp大于等于第二预设值小于第一预设值之前。通过该种方式，可以在高铁6进入过渡区之前，将第一天线2和第二天线3同时切换到工作状态，即在过渡区之前就同时进行卫星通信以及地面基站通信。通过该种方式，使得高铁6在进入过渡区时，信号的连续性更优。
38.在一些实施例中，第一预设值和第二预设值的大小可以根据高铁6在行驶过程中的环境信息进行计算。第一预设值和第二预设值的大小可以在0-30db之间，对于高铁6行驶在不同环境中，第一预设值和第二预设值可以针对不同的环境信息进行改变。例如：当高铁6由平原驶入隧道7时，第一预设值可以是20db，第二预设值可以是10db。
39.在一些实施例中，如图4所示，第一天线2和第二天线3可以分别设置在高铁6上。在一些实施例中，如图5和图6所示，高铁6上可以设置有多个第一天线2和多个第二天线3，第一天线2和第二天线3之间设置有一定的距离。也就是说，本公开实施例对第一天线2和第二天线3在高铁6上的排布方式不设限制，只要第一天线2和第二天线3之间设置有一定距离的天线排布方式，都在本公开实施例的保护范围内。
40.在一些实施例中，无线通信系统还可以包括第一信号发送模块和第二信号发送模块4。其中，第一信号发送模块被配置向所述第一天线2发送所述第一波段的电磁波；第二信号发送模块4被配置为向所述第二天线3模块发送所述第二波段的电磁波。在一些实施例中，第一信号发送模块包括一个或多个通信卫星，以使得高铁6在行驶过程中，可以通过第一天线2接收卫星信号完成通信。通过该种方式，避免了大量使用地面基站通信导致产生的乒乓效应，影响通信质量。在本公开实施例中，第二信号发送模块4发送的第二波段的电磁波的传播方向与所高铁6运动方向所在平面相垂直。通过该种方式，避免第二波段的电磁波由于高铁6快速运动而产生的多普勒效应，影响第二信号发送模块4和第二天线3之间的通信质量。
41.在一些实施例中，参照图7，第二信号发送模块4包括：中心控制子模块401、远程接入子模块402以及信号传输子模块403。中心控制子模块401被配置为根据地面基站传输的第一通信信号，生成多个第二通信信号。远程接入子模块402被配置为根据第二通信信号，生成第二波段的电磁波；信号传输子模块403，被配置为将第二波段的电磁波以垂直于交通工具运动方向所在平面方向传输至第二天线3。通过该种方式，以实现分布式的网络架构。
42.具体的，在本公开实施例中，一个中心控制子模块401和多个远程接入子模块402通信连接。中心控制子模块401将地面基站传输的第一通信信号转换成第二通信信号，并通过光线或无线链路控制的方式传输至该中心控制子模块401通信连接的远程接入子模块402。其中，第一通信信号可以是射频信号，第二通信信号可以是光信号。远程接入子模块402对第二通信信号进行转换并放大，生成第二波段的电磁波，并通过信号传输子模块403传输至第二天线3。在一些实施例中，如图7所示，第二信号发送模块4可以设置在隧道7内，以实现在通信信号盲区向高铁6发送第二波段的电磁波，完成高铁6在卫星通信盲区内的通信。需要说明的是，在本公开实施例中，可以根据隧道7的长度，布置一个或多个第二信号发送模块4，都在本公开实施例的保护范围内。
43.在一些实施例中，继续参照图7，信号传输子模块403至少包括漏波电缆。具体的，在隧道7顶部布设漏波电缆。通过设置漏波电缆上的考口，使得漏波电缆泄露的第二波段的电磁波的传输方向和高铁6运行方向所在平面相互垂直，以消除多普勒效应带来的不利影响。同时，采用漏波电缆可以很好地解决传统的天线系统中存在的严重的衰落问题，使隧道7内部的信号有良好的平坦度，保障了通信的可靠性和安全性。
44.第二方面，本公开实施例还提供了一种无线通信系统的通信方法，其可应用于图1-7所示的无线通信系统。
45.本公开实施例的通信方法包括：当第一控制模块1判断出第一天线2接收到的第一波段的电磁波的参考信号接收功率大于等于第一预设值时，生成第一控制信号。第一天线2响应第一控制信号，切换到工作状态。当第一控制模块1判断出第一天线2接收到的第一波段的电磁波的参考信号接收功率大于等于第二预设值且小于第一预设值时，生成第二控制信号。第二天线3响应第二控制信号，由非工作状态转换到工作状态。当第一控制模块1判断出第一天线2接收到的第一波段的电磁波的参考信号接收功率小于第二预设值时，生成第三控制信号。第一天线2响应第三控制信号，由工作状态转换到非工作状态。
46.在本公开实施例中，通过该种方式，第一控制模块1控制第一天线2在第一波段的电磁波的rsrp较强(即rsrp大于等于第一预设值)时工作，以使得高铁6通过卫星通信的方式进行信号传输。在第一波段的电磁波的rsrp不够强(即rsrp大于第二预设值小于第一预设值)时，第一控制模块1控制第二天线3由非工作状态转换到工作状态，此时第一天线2和第二天线3同时工作，以保障无线通信系统的信号传输质量。在第一波段的电磁波的rspr较弱(即rsrp小于第二预设值)时，此时可以认为高铁6的通信被外界环境干扰或第一天线2出现通信故障，第一控制模块1控制第一天线2由工作状态转换到非工作状态，以使得第二天线3作为主工作天线进行工作。通过该种方式，使得第一天线2接收的信号弱或无法工作时，保障无线通信系统的工作状态。
47.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。