СИСТЕМА СВЯЗИ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ СВЯЗИ ПО ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
COMMUNICATION SYSTEM FOR HIGH-SPEED RAILWAYS BASED ON TECHNOLOGY OF POWER LINE COMMUNICATION

Область техники
Настоящее изобретение относится к области связи для высокоскоростных железных дорог, в частности к системе связи для высокоскоростных железных дорог на основе технологии связи по линии электропередачи.
Технические предпосылки изобретения
Высокоскоростная железная дорога - это направление развития мировых железных дорог, а также общая потребность всех стран в развитии высокоскоростных перевозок. Поскольку железнодорожная отрасль Китая следует по пути развития независимых технологических инноваций путем успешной реализации стратегии «внедрения передовых технологий, совместного проектирования и производства и создания китайских торговых марок», железнодорожная отрасль Китая начинала с нуля и стала лидером в погоне за участниками гонки, привлекши внимание всего мира, и за чуть более чем десятилетие вступила на путь развития высокоскоростных железных дорог с китайскими характеристиками. «Высокоскоростная железная дорога» была некоторым понятием в сфере высоких технологий, и теперь это стало наиболее предпочтительным средством передвижения для простых людей в бизнесе и путешествиях. В настоящее время в мире Китай стал страной, которая имеет самую полную и наиболее интегрированную высокоскоростную железнодорожную систему с самой большой эксплуатационной протяженностью, самой высокой технической скоростью и самым большим масштабом строительства.
С быстрым развитием высокоскоростного железнодорожного строительства и высокоскоростной железнодорожной базовой технологии Китая техническая скорость высокоскоростной железной дороги Китая продолжает увеличиваться, и с увеличением технической скорости высокоскоростных железных дорог пассажиры высокоскоростных железных дорог предъявляют повышенные требования в отношении зоны покрытия сети, безопасности сети в отношении окружающей среды и качества сетевых вызовов в высокоскоростных железнодорожных вагонах. Поскольку текущий уровень высокоскоростной беспроводной мобильной связи в мире по-прежнему имеет большой разрыв по сравнению с уровнем мобильной связи общего пользования, особенно в высокоскоростной мобильной сфере, зона покрытия сети высокоскоростных поездов сталкивается с серьезными проблемами. В данной области техники принято считать, что известная высокоскоростная беспроводная мобильная связь имеет три основные технические трудности. Во-первых, в высокоскоростном поезде наблюдаются большие потери сигнала при прохождении в кузов транспортного средства, доплеровское смещение частоты и чрезвычайно короткое время коммутации мобильного терминала. В высокоскоростных поездах Китая применяется полностью закрытая конструкция кузова транспортного средства, и потери беспроводных сигналов в процессе прохождения через кузов транспортного средства являются большими. В частности, с увеличением скорости транспортного средства потери при прохождении также увеличиваются, что ведет к низкой доле успешных попыток коммутации терминала, слабому покрытию беспроводного сигнала в высокоскоростном железнодорожном вагоне и т.д. Во-вторых, в высокоскоростной мобильной сфере, поскольку скорость высокоскоростного железнодорожного поезда продолжает увеличиваться, эффект доплеровского смещения частоты становится все более очевидным, что приводит к ряду проблем, таких как сдвиги беспроводного сигнала, трудности с доступом к сети, увеличение частоты ошибок при передаче данных и снижение доли успешных попыток хэндовера. В-третьих, в высокоскоростной мобильной сфере время прохождения соты мобильным терминалом меньше, чем время отклика хэндовера мобильного терминала, что может привести к тому, что мобильный терминал пройдет через зону перекрытия, прежде чем хэндовер будет завершен, вызывая тем самым сетевые проблемы, такие как нахождение вне в сети, сбрасывание вызова и сбой хэндовера соты, что влияет на восприятие услуг пользователем.
Ввиду вышеупомянутых трех технических трудностей, с которыми в настоящее время сталкивается беспроводная мобильная связь для высокоскоростных железных дорог, национальное управление железных дорог, крупные операторы мобильной связи, научно-исследовательские институты крупных университетов и т.п. направили большое количество технологий, персонала и финансовых средств на изучение и улучшение проблем покрытия и производительности беспроводных сетей в высокоскоростных железнодорожных вагонах в высокоскоростной мобильной сфере и предложили много решений для систем связи для высокоскоростных железных дорог, например схему связи Long Time Evolution Advanced (LTE), причем схема связи LTE обеспечивает систему беспроводной мобильной связи с высокой скоростью передачи данных, большой пропускной способностью, низкой задержкой и высоким использованием спектра и внедряет различные передовые технологии, такие как технология мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов и технология MIMO, которые могут предоставлять услугу доступа к беспроводной связи на скорости более 100 кбит/с для пассажиров высокоскоростного железнодорожного поезда, передвигающегося со скоростью 350 км/ч. Однако в высокоскоростной мобильной сфере сеть LTE в высокоскоростных железнодорожных вагонах по-прежнему сталкивается с обычными проблемами, такими как большие потери сигнала при прохождении в кузов транспортного средства высокоскоростного железнодорожного поезда, доплеровское смещение частоты и чрезвычайно короткое время коммутации мобильного терминала. Кроме того, необходимо решить такие проблемы, как частый хэндовер соты и повторный выбор, а также возврат или перенаправление голосовых вызовов.
Поэтому техническая задача, которую в настоящее время срочно требуется решить, заключается в том, как спроектировать приемлемую систему мобильной связи для высокоскоростных железных дорог в высокоскоростной мобильной сфере, чтобы реализовать безопасное и надежное качество связи и предоставлять быстрые и высококачественные услуги мобильной связи и опыт для многочисленных пользователей высокоскоростных железных дорог.
Сущность изобретения
Основная цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить систему связи для высокоскоростных железных дорог на основе технологии связи по линии электропередачи с низкой стоимостью, надежной передачей и высокой скоростью, которая предназначена для обеспечения приемлемой системы мобильной связи для высокоскоростных железных дорог, чтобы реализовать безопасное и надежное качество связи и предоставлять быстрые и высококачественные услуги мобильной связи и опыт для многочисленных пользователей высокоскоростных железных дорог.
Для достижения вышеуказанной цели в настоящем изобретении предложена система связи для высокоскоростных железных дорог на основе технологии связи по линии электропередачи, содержащая множество наземных базовых станций, расположенных вдоль линии, систему пантограф - контактная сеть, расположенную над высокоскоростным железнодорожным поездом, и различные мобильные терминалы, носимые пассажирами высокоскоростных железных дорог, причем смежные наземные базовые станции подключены и осуществляют связь по кабелю, наземная базовая станция напрямую подключена к линии электропередачи высокоскоростной железнодорожной контактной сети через кабель, линия электропередачи высокоскоростной железнодорожной контактной сети перекрывается и подключена к пантографу в верхней части высокоскоростного железнодорожного поезда, пантограф подключен к устройству связи посредством видимого света, и устройство связи посредством видимого света по беспроводной связи подключено к различным мобильным терминалам, носимым пассажирами высокоскоростных железных дорог.
Предпочтительно система пантограф - контактная сеть содержит высокоскоростную железнодорожную контактную сеть, использующую технологию связи по линии электропередачи, и множество пантографов, использующих технологию связи по линии электропередачи.
Предпочтительно устройство связи посредством видимого света излучает видимый свет внутри вагона и подключено к различным мобильным терминалам, носимым пассажирами высокоскоростных железных дорог, и осуществляет связь с ними.
Предпочтительно устройство связи посредством видимого света содержит устройство связи VLC, подключенное к пантографу, и осветительную светодиодную лампу, подключенную к устройству связи VLC.
Предпочтительно устройство связи посредством видимого света допускает замену универсальным устройством связи WiFi или устройством проводной связи, и устройство связи WiFi подключено к различным мобильным терминалам, носимым пассажирами высокоскоростных железных дорог, по беспроводной связи, или устройство проводной связи подключено к различным мобильным терминалам, носимым пассажирами высокоскоростных железных дорог, по проводной связи. Поскольку пассажиры высокоскоростных железных дорог большую часть времени сидят на своих местах, они могут осуществлять подключение напрямую, используя проводную связь.
Предпочтительно высокоскоростной железнодорожный поезд содержит по меньшей мере 8N вагонов, где N - положительное целое число.
Предпочтительно сигнал связи наземной базовой станции передается через кабель связи, сигнал связи поступает на конец передачи сигнала наземной базовой станции, модулируется и спаривается с линией, а затем накладывается на линию электропередачи высокоскоростной железнодорожной контактной сети и передается на конец приема сигнала наземной базовой станции, расположенный в верхней части высокоскоростного железнодорожного поезда, после спаривания и фильтрации модулированный сигнал отфильтровывается из линии электропередачи, а затем демодулируется и восстанавливается в сигнал данных, и после того, как сигнал высокоскоростного железнодорожного поезда передан на конец передачи сигнала высокоскоростного железнодорожного поезда, расположенный в верхней части высокоскоростного железнодорожного поезда, он модулируется и спаривается с линией и, наконец, накладывается на линию электропередачи в пантографе, передается на конец приема сигнала высокоскоростного железнодорожного поезда наземной станции по линии электропередачи, после спаривания и фильтрации модулированный сигнал отфильтровывается из линии электропередачи, а затем демодулируется и восстанавливается в сигнал данных, и восстановленный сигнал данных передается обратно на наземную базовую станцию по кабелю связи.
Техническое решение согласно настоящему изобретению имеет следующие преимущества по сравнению с предшествующим уровнем техники:
В техническом решении согласно настоящему изобретению принята технология связи по линии электропередачи для наложения сигнала передачи на линию электропередачи для передачи, и, таким образом, нет необходимости в прокладывании выделенной линии связи. Линия электропередачи системы пантограф - контактная сеть может быть непосредственно использована для передачи сигнала, что может не только сэкономить материальные и трудовые затраты, но и реализовать требования к высококачественной связи. Кроме того, обычный режим беспроводной связи заменяется на режим проводной связи. Таким образом, можно эффективно избежать технических проблем низкого качества сигнала, медленного доступа в Интернет, низкого качества вызовов в высокоскоростных железнодорожных вагонах из-за эффекта доплеровского смещения частоты, больших потерь сигнала при прохождении в кузов транспортного средства высокоскоростного железнодорожного поезда и чрезвычайно короткого времени коммутации мобильного терминала в режиме беспроводной связи для высокоскоростных железных дорог. Высокое качество внутреннего сигнала, быстрый доступ в Интернет и высокое качество вызовов реализуются в высокоскоростных железнодорожных вагонах в высокоскоростной мобильной сфере с предоставлением высококачественных услуг мобильной связи и опыта для пассажиров высокоскоростных железных дорог в высокоскоростной мобильной сфере, чтобы удовлетворить растущие требования к скорости передачи данных и качеству обслуживания пассажиров высокоскоростных железных дорог.
В то же время внутри высокоскоростных железнодорожных вагонов для покрытия внедрены технология передачи данных видимым светом, или универсальное устройство связи Wi-Fi, или устройство проводной связи, что предотвращает прямое подключение между одним мобильным терминалом и наземной базовой станцией и эффективно решает проблему частого хэндовера соты и повторного выбора. Благодаря использованию осветительного светодиода внутри высокоскоростных железнодорожных вагонов в качестве источника светового сигнала можно избежать электромагнитного излучения и электромагнитных помех, и при этом это имеет такие преимущества, как экологическая охрана окружающей среды, энергосбережение и снижение выбросов. Кроме того, использование видимого света в качестве носителя сигнала не вызывает дискомфорта у пассажиров высокоскоростных железных дорог. Кроме того, общая мощность источника света на осветительных светодиодах внутри высокоскоростных железнодорожных вагонов может достигать нескольких десятков ватт или более, что обеспечивает мощность сигнала, используемую для связи, и обладает потенциалом высокоскоростной связи. Спектр может использоваться без разрешения, и эффективно решается проблема нехватки имеющихся ресурсов спектра радиочастот. В случае, если устройство VLC установлено на основе существующих светодиодных устройств высокоскоростного железнодорожного поезда, хорошая связь может быть достигнута при простой конструкции системы и низких затратах.
Краткое описание графических материалов
Для более четкого изображения технических решений в вариантах осуществления настоящего изобретения или предшествующего уровня техники прилагаемые графические материалы, которые необходимо использовать в описании вариантов осуществления или предшествующего уровня техники, будут кратко описаны ниже. Очевидно, что прилагаемые графические материалы в последующем описании являются только некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, и специалисты в данной области техники могут получить другие прилагаемые графические материалы из конструкций, изображенных на этих прилагаемых графических материалах, без каких-либо творческих усилий.
На чертеже представлена принципиальная схема конструкции системы связи для высокоскоростных железных дорог на основе технологии связи по линии электропередачи согласно настоящему изобретению.
Реализация, функциональные признаки и преимущества настоящего изобретения будут дополнительно описаны со ссылкой на прилагаемые графические материалы.
Подробное описание вариантов осуществления
Далее в вариантах осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые графические материалы ясно и полностью описаны технические решения в вариантах осуществления настоящего изобретения. Разумеется, описанные варианты осуществления являются только частью вариантов осуществления настоящего изобретения, а не всеми вариантами осуществления. Все другие варианты осуществления, полученные специалистами в данной области техники на основе вариантов осуществления настоящего изобретения без творческих усилий, входят в объем настоящего изобретения.
Следует отметить, что если в вариантах осуществления настоящего изобретения упоминается указатель направления (например, вверх, вниз, влево, вправо, спереди, сзади,...), указатель направления используется только для пояснения взаимного расположения между компонентами, состоянием движения и тому подобным в конкретной позиции (как показано на графических материалах), и, если конкретная позиция изменяется, указатель направления также изменяется соответствующим образом.
Кроме того, если в вариантах осуществления настоящего изобретения имеется описание «первый», «второй» и т.д., то описание «первый», «второй» и т.д. используется только с целью описания и не должно истолковываться как имеющее относительную важность или неявно подразумеваемое указание на количество указанных технических признаков. Таким образом, признаки, определяемые как «первый» или «второй», могут либо явно, либо неявно включать по меньшей мере один из признаков. Кроме того, технические решения различных вариантов осуществления могут быть объединены друг с другом, но должны быть основаны на возможностях специалистов в данной области техники, и если комбинация технических решений является противоречивой или невозможной для реализации, следует считать, что комбинация технических решений не существует и не входит в объем защиты, заявленной настоящим изобретением.
В настоящем изобретении предложена система связи для высокоскоростных железных дорог на основе технологии связи по линии электропередачи.
Как показано на чертеже, система связи для высокоскоростных железных дорог на основе технологии связи по линии электропередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения содержит множество наземных базовых станций, расположенных вдоль линии, систему пантограф - контактная сеть, расположенную над высокоскоростным железнодорожным поездом, и различные мобильные терминалы, носимые пассажирами высокоскоростных железных дорог. Смежные наземные базовые станции подключены и осуществляют связь по кабелю, наземная базовая станция напрямую подключена к линии электропередачи высокоскоростной железнодорожной контактной сети через кабель, линия электропередачи высокоскоростной железнодорожной контактной сети перекрывается с и подключена к пантографу в верхней части высокоскоростного железнодорожного поезда, пантограф подключен к устройству связи посредством видимого света, и устройство связи посредством видимого света подключено по беспроводной связи к различным мобильным терминалам, носимым пассажирами высокоскоростных железных дорог. Устройство связи посредством видимого света, расположенное в верхней части высокоскоростного железнодорожного поезда, может быть заменено универсальным устройством связи WiFi или проводным устройством связи. Устройство связи WiFi подключено по беспроводной связи к различным мобильным терминалам, носимым пассажирами высокоскоростных железных дорог. Устройство проводной связи подключено по проводной связи к различным мобильным терминалам, носимым пассажирами высокоскоростных железных дорог. Поскольку пассажиры высокоскоростных железных дорог большую часть времени сидят на своих местах, они могут осуществлять подключение напрямую, используя проводную связь.
В частности, система пантограф/высокоскоростная железнодорожная контактная сеть согласно настоящему варианту осуществления содержит высокоскоростную железнодорожную контактную сеть, использующую технологию связи по линии электропередачи, и множество пантографов, использующих технологию связи по линии электропередачи. Пантограф подключен по кабелю к устройству связи посредством видимого света, расположенному внутри кузова вагона высокоскоростного железнодорожного поезда. Устройство связи посредством видимого света излучает видимый свет и подключено к различным мобильным терминалам, носимым пассажирами высокоскоростных железных дорог. В других вариантах осуществления настоящего изобретения устройство связи WiFi подключено к различным мобильным терминалам, носимым пассажирами высокоскоростных железных дорог, по беспроводной связи, и/или устройство проводной связи подключено к различным мобильным терминалам, носимым пассажирами высокоскоростных железных дорог, по проводной связи. Предпочтительно устройство связи посредством видимого света согласно настоящему варианту осуществления содержит устройство связи VLC, подключенное к пантографу, и осветительную светодиодную лампу, подключенную к устройству связи VLC. Для покрытия принята технология передачи данных видимым светом с тем, чтобы могли быть удовлетворены широкие бизнес-требования различных мобильных терминалов, перевозимых пассажирами высокоскоростных железных дорог.
Когда работает система связи для высокоскоростных железных дорог на основе технологии связи по линии электропередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения, сигнал связи наземной базовой станции передается по кабелю связи, и сигнал связи поступает на конец передачи сигнала наземной базовой станции, модулируется и спаривается с линией, а затем накладывается на линию электропередачи высокоскоростной железнодорожной контактной сети и передается на конец приема сигнала наземной базовой станции, расположенный в верхней части высокоскоростного железнодорожного поезда. После спаривания и фильтрации модулированный сигнал отфильтровывается из линии электропередачи, а затем демодулируется и восстанавливается в сигнал данных. После того как сигнал высокоскоростного железнодорожного поезда передан на конец передачи сигнала высокоскоростного железнодорожного поезда, расположенный в верхней части высокоскоростного железнодорожного поезда, он модулируется и спаривается с линией и, наконец, накладывается на линию электропередачи в пантографе, передается на конец приема сигнала высокоскоростного железнодорожного поезда наземной станции по линии электропередачи. После спаривания и фильтрации модулированный сигнал отфильтровывается из линии электропередачи, а затем демодулируется и восстанавливается в сигнал данных, и восстановленный сигнал данных передается обратно на наземную базовую станцию по кабелю связи.
Вышеуказанное является только предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения и не предназначено для ограничения объема изобретения. Все эквивалентные структурные варианты, выполненные с использованием описания и графических материалов настоящего изобретения, или их прямого или косвенного применения в других смежных технических областях, в концепции настоящего изобретения, включены в объем патентной защиты настоящего изобретения.