一种轨道交通车地无线通信地面基站的毫米波收发机制造技术

本发明专利技术属于毫米波通信技术领域，涉及一种轨道交通车地无线通信地面基站的毫米波收发机。本发明专利技术的地面毫米波收发机，信号带宽1GHz，为速率达Gbit/s的车地高速通信系统的实现提供了有效、可靠的支撑。采用了模块化、通用化的设计，最大限度共用了功能模块，降低了杆上设备的数量和功耗，从而降低系统建设成本，方便系统集成设计、测试及产品化；安装于杆上的毫米波模块和微波模块采用垂直互连的方式，结构紧凑，小型化降低了体积；工作时可受系统实时监控，支持系统校准、故障预警和故障快速定位，发射端的信号功率和接收端的AGC可以动态调整，在不同气候、环境条件下的适应性更强，具备一定工程化价值，可向地铁等其它轨道交通车地高速通信的解决方案推广。

Millimeter wave transceiver for ground station of radio communication ground to ground communication

The invention belongs to the field of millimeter wave communication technology, and relates to a millimeter wave transceiver for a ground base station of wireless communication between rail transit vehicles and ground. The ground millimeter wave transceiver of the invention has a signal bandwidth of 1 GHz, which provides an effective and reliable support for the realization of a vehicle-ground high-speed communication system with a speed of up to Gbit/s. The modular and universal design is adopted, and the functional modules are shared to the maximum extent, which reduces the number and power consumption of the equipment on the rod, thus reducing the cost of system construction and facilitating the system integration design, testing and production; the millimeter wave module and the microwave module installed on the rod adopt the vertical interconnection mode, and the structure is compact and small. It can be real-time monitored by the system, support system calibration, fault early warning and fault location, the signal power of transmitter and AGC of receiver can be dynamically adjusted, and it is more adaptable under different climate and environment conditions. It has certain engineering value and can be applied to other rail transit such as subway. The solution of vehicle to ground high-speed communication is promoted.

【技术实现步骤摘要】
一种轨道交通车地无线通信地面基站的毫米波收发机
本专利技术属于毫米波通信
，涉及一种轨道交通车地无线通信地面基站的毫米波收发机。
技术介绍
毫米波介于微波(3～30GHz)和亚毫米波(大于300GHz)之间，兼容了微波和光波的一些特点。近年来，由于毫米波具有的诸多优点,其在通信、雷达、制导、遥感技术等方面都具有重要的应用。随着轨道交通(高铁、地铁)的快速发展，为旅客提供可靠、实时、高效的宽带无线网络接入服务，对铁路信息化也提出了新的要求。一方面，列车的运行、安全监控和设备维护等信息需要实时传送到控制中心，满足路网实时动态信息传输的需要；另一方面，人们需要通过各种通讯设备，时刻保持与网络的连接。毫米波通信具备在相同的相对带宽下绝对带宽大，这就意味着更高的传输速率与更大的容量；更高的频率也意味着更高的天线增益、更小的尺寸，抗干扰性更好。毫米波收发机是把毫米波发射模块和接收模块，本振模块和微波模块等集成为一体的毫米波微波集成电路，是构成毫米波通信系统的基础。国内现有的轨道交通车地无线通信体制大致为GSM-R、WLAN和LTE几种；GSM-R主要基于第二代全球移动通信系统GSM，成熟可靠，但该系统本身是窄带系统，数据承载能力有限，仅能满足铁路专用无线调度与控制需求；WLAN技术具有产业链完整、技术成熟、造价低等优点，但不支持高速运行设备的数据切换，且工作在开放频段2.4GHz，易受到如个人热点、蓝牙等干扰；LTE采用1.8GHz专用频段，抗干扰能力强，可维护性能好，但不支持100MHz以上频宽和低功耗，覆盖距离100m～1km，组网成本较高。现有的几种主流方案，即使采用高阶调制或多址技术来扩大通信系统的容量，提高频谱利用率，也很难满足未来通信发展的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对轨道交通日益增长的高速移动条件下高速数据传输所带来的“双高”问题的新需求，而采用与现有解决方案不同的毫米波技术，本专利技术的目的是提供一种基于轨道交通车地通信中毫米波通信技术体制下的地面基站毫米波收发机，作为实现车地之间毫米波高速通信的基础，以适应近年来轨道交通迅速发展下铁路信息化新的时代需求。本专利技术的技术方案是：地面毫米波收发机提供一种安装于铁路沿线地面基站的毫米波收发前端，在接触网杆的左右方向上各一套毫米波收发通道。采用模块化的设计思路，考虑模块及模块内电路的通用性，将地面毫米波收发机分为毫米波收发模块、微波模块和中频模块三大部分；与车载毫米波收发机共同完成轨道沿线上车地之间毫米波信号的中继传输，并可以监测和控制地面毫米波收发机的工作状态。毫米波收发模块，包括两套相同的毫米波收发通道：毫米波发射电路-1、毫米波接收电路-1组成的毫米波收发通道-1和毫米波发射电路-2、毫米波接收电路-2组成的毫米波收发通道-2。毫米波发射电路-1或毫米波发射电路-2将微波模块输入的中频信号(带宽1GHz)上变频至工作的毫米波频段，并放大至所需功率后送入环形器，由地面天线向列车车顶上的车载天线发射出去。同时，地面天线接收车载天线发射的毫米波信号(带宽1GHz)，经环形器后进入毫米波接收电路-1或毫米波接收电路-2，将信号放大后下变频至中频信号，输出至微波模块。毫米波收发模块的两套毫米波收发通道分时工作，即同一时刻仅有毫米波收发通道-1工作或毫米波收发通道-2工作，由微波模块输入的系统通道切换信号控制毫米波收发模块工作时的通道选择。微波模块包括微波处理模块、本振模块、电源模块、信号处理模块四个功能模块。微波处理模块中包括发射通道和接收通道，对来自中频模块的中频发射信号和去中频模块的中频接收信号进行温度补偿、放大、滤波、均衡等处理，并由系统通道切换信号控制其与毫米波收发通道-1或毫米波收发通道-2之间连接的通道选择与切换；本振模块为毫米波收发模块提供所需的本振信号；电源模块将外部输入电压转换为毫米波收发模块、微波模块、和本振模块所需的电压并分别为其供电，且具有相应的电流检测和电源保护的功能；信号处理模块对地面毫米波收发机的监控信息进行采集和传输。中频模块为可与基带、调制解调等数模电路集成的部分中频电路，包括发射通道和接收通道。发射通道对中频发射信号进行均衡、放大、滤波等处理；同时接收通道对中频接收信号进自动增益控制、滤波、放大等处理，提供解调器所需要的中频信号。地面毫米波收发机的毫米波信号接口采用WR-28标准波导，本振信号及中频信号接口采用同轴连接器，电源及控制接口采用穿芯电容。所述的各模块结构上均为金属屏蔽盒，提高电路的抗干扰能力和防尘性；便于系统集成。毫米波收发模块和微波模块与环形器、天线放置于在杆上的天线罩中；中频模块与外部调制解调器集成，放置在车厢内的基带机箱中，并采用一线通的方式连接中频信号。本专利技术的有益效果为，本专利技术的地面毫米波收发机，信号带宽1GHz，为速率达Gbit/s的车地高速通信系统的实现提供了有效、可靠的支撑。采用了模块化、通用化的设计，最大限度共用了功能模块，降低了杆上设备的数量和功耗，从而降低系统建设成本，方便系统集成设计、测试及产品化；安装于杆上的毫米波模块和微波模块采用垂直互连的方式，结构紧凑，小型化降低了体积；工作时可受系统实时监控，支持系统校准、故障预警和故障快速定位，发射端的信号功率和接收端的AGC可以动态调整，在不同气候、环境条件下的适应性更强，具备一定工程化价值，可向地铁等其它轨道交通车地高速通信的解决方案推广。附图说明图1是地面毫米波收发机逻辑结构示意图；附图标记：1.毫米波收发模块，2.微波模块，3.中频模块，101.毫米波收发通道-1，102.毫米波收发通道-2；图2是地面毫米波收发机的毫米波收发模块原理图；附图标记：101.毫米波收发通道-1，102.毫米波收发通道-2，111.毫米波发射电路-1，112.毫米波接收电路-1，121.毫米波发射电路-2，112.毫米波接收电路-2，21.本振模块，22.微波处理模块，24.信号处理模块；图3是地面毫米波收发机的毫米波收发模块结构装配示意图；附图标记：1.中频发射输入-1(SMP接口)，2.本振输入-1(SMP接口)，3.本振输入-1(SMP接口)，4.中频接收输出-1(SMP接口)，5.偏置/状态-1(M2.5穿芯电容)，6.波导滤波器，7.波导滤波器，8.环形器，9.中频发射输入-2(SMP接口)，10.本振输入-2(SMP接口)，11.本振输入-2(SMP接口)，12.中频接收输出-2(SMP接口)，13.偏置/状态-2(M2.5穿芯电容)，14.波导滤波器，15.波导滤波器，16.环形器；图4是微波模块原理图；附图标记：1.毫米波收发模块，2.微波模块，3.中频模块，101.毫米波收发通道-1，102.毫米波收发通道-2，111.毫米波发射电路-1，112.毫米波接收电路-1，121.毫米波发射电路-2，112.毫米波接收电路-2，21.本振模块，22.微波处理模块，23.电源模块，24.信号处理模块，211.温度补偿，212.放大，213.高通滤波，214.均衡，215.滤波，216.放大，217.均衡，218.温度补偿，219.低通滤波，221.晶振，222.PLL，223.2倍频，224.滤波，225.耦合，226.耦合，23本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轨道交通车地无线通信地面基站的毫米波收发机，其特征在于，所述毫米波收发机包括毫米波收发模块、微波模块和中频模块，其中：所述毫米波收发模块，包括由第一毫米波发射电路和第一毫米波接收电路组成的第一毫米波收发通道、由第二毫米波发射电路和第二毫米波接收电路组成的第二毫米波收发通道；第一毫米波发射电路或第二毫米波发射电路用于将微波模块输入的中频信号上变频至工作的毫米波频段，并放大至所需功率后送入环形器，由地面天线向列车车顶上的车载天线发射出去；同时，地面天线接收车载天线发射的毫米波信号，经环形器后进入第一毫米波接收电路或第二毫米波接收电路，将信号放大后下变频至中频信号，输出至微波模块；毫米波收发模块的两套毫米波收发通道分时工作，即同一时刻仅有第一毫米波收发通道工作或第二毫米波收发通道工作；所述微波模块包括微波处理模块、本振模块、电源模块和信号处理模块；所述微波处理模块包括发射通道和接收通道，分别用于对来自中频模块的中频发射信号和去中频模块的中频接收信号进行温度补偿、放大、滤波和均衡处理；所述本振模块用于为毫米波收发模块提供所需的本振信号；所述电源模块用于将外部输入电压转换为毫米波收发模块、微波模块和本振模块所需的电压并分别为其供电；所述信号处理模块用于对毫米波收发机的监控信息进行采集和传输，所述监控信息为衡量各模块工作状态的物理指标信息；所述中频模块为可与基带、调制解调器集成的部分中频电路，包括中频发射通道和中频接收通道；所述中频发射通道用于对中频发射信号进行均衡、放大和滤波处理；同时中频接收通道对中频接收信号进自动增益控制、滤波和放大处理，提供解调器所需要的中频信号。...

【技术特征摘要】
1.一种轨道交通车地无线通信地面基站的毫米波收发机，其特征在于，所述毫米波收发机包括毫米波收发模块、微波模块和中频模块，其中：所述毫米波收发模块，包括由第一毫米波发射电路和第一毫米波接收电路组成的第一毫米波收发通道、由第二毫米波发射电路和第二毫米波接收电路组成的第二毫米波收发通道；第一毫米波发射电路或第二毫米波发射电路用于将微波模块输入的中频信号上变频至工作的毫米波频段，并放大至所需功率后送入环形器，由地面天线向列车车顶上的车载天线发射出去；同时，地面天线接收车载天线发射的毫米波信号，经环形器后进入第一毫米波接收电路或第二毫米波接收电路，将信号放大后下变频至中频信号，输出至微波模块；毫米波收发模块的两套毫米波收发通道分时工作，即同一时刻仅有第一毫米波收发通道工作或第二毫米波收发通道工作；所述微波模块包括微波处理模块、本振模块、电源模块和信号处理模块；所述微波处理模块包括发射通道和接收通道，分别用于对来自中频模块的中频发射信号和去中频模块的中频接收信号进行温度补偿、放大、滤波和均衡处理；所述本振模块用于为毫米波收发模块提供所需的本振信号；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗志刚，
申请(专利权)人：成都吉纬科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51