一种应用于轨道交通隧道的可见光通信系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于轨道交通隧道的可见光通信系统及其方法，包括：基站数据处理中心、基站光发射系统、基站光接收系统、车载数据处理中心、车载光发射系统、车载光接收系统和车内通信系统。本发明专利技术基于现有的可见光通信技术，无线通信的传输速率和质量都可以得到提高，同时可以降低铺设和维护成本，并兼顾隧道内的照明。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于轨道交通隧道的可见光通信系统及其方法
本专利技术涉及可见光通信领域，具体涉及一种应用于轨道交通隧道的可见光通信系统及其方法。
技术介绍
我国是世界上拥有铁路隧道最多、总延长最长的国家之一，随着移动通信设备的发展，人们对隧道中通信的要求也越来越高。隧道无线通信系统是多系统多频段的综合移动通信系统，为在隧道内公共需求、运营维修等建立灵活的通信联络而设计。为了保证隧道场景下高速列车的安全运行以及通信需求，需要一个可靠的通信系统。目前在隧道环境中，进行通信的传输方式主要有以下三种方式：漏泄电缆，漏泄波导，无线自由波。漏泄电缆是同轴管外导体上开设一系列的槽孔或隙缝，使电缆中传输的电磁波的部分能量从槽孔中漏泄到沿线空间。但是漏泄电缆价格较高，安装复杂。漏泄波导与漏泄电缆相似，但是其造价比漏泄电缆更高，维护成本较高。无限自由波采用隧道壁上安装的定向天线，传输的覆盖区域有限，信号幅度比前两种波动更加剧烈。由于当前使用的传输方式有着各自的缺陷，所以提出一种新型的通信方式对于提高隧道环境中高速列车无线通信质量具有重要意义。随着可见光通信技术飞速发展，在隧道场景下应用可见光通信技术是未来重要的一个研究方向。可见光通信技术采用IM-DD(IntensityModulationDetection，强度调制直接检测)的方式，是利用LED高速调制、快速切换的特性，将需要传送的电信号加载到LED光源上驱动LED发光，将电信号调制为可见光信号，可见光信号通过自由空间传输到接收端，接收端使用光电探测器将接收到的可见光信号还原为微弱电信号，微弱电信号通过接收端的信号处理单元放大还原，从而实现数据在自由空间的传输。与传统通信技术相比，可见光通信技术具有无可比拟的优点。首先，可见光通信技术频谱无须申请可以直接授权使用；其次，可见光通信利用白光LED发出人体肉眼可见的白光传输信号，无电磁辐射与干扰；除此之外，可见光通信还具有建设成本低，维护性好，安全性高等诸多优点。因此，将可见光通信技术应用于隧道通信的尝试具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决传统无线通信系统铺设成本高、电磁干扰强等问题，提供了一种应用于轨道交通隧道的可见光通信系统及其方法，利用强度调制直接检测(IM-DD)技术，即发射端利用待发射信号对无线光载波信号进行强度调制，接收端对光载无线信号直接进行包络检测，提高无线光信号的传输质量和速度。本专利技术的技术方案是：一种应用于轨道交通隧道的可见光通信系统，包括：基站数据处理中心、基站光发射系统、基站光接收系统、车载数据处理中心、车载光发射系统、车载光接收系统和车内通信系统。优选地，基站光发射系统由沿隧道延长方向连续安装在隧道顶部的基站LED阵列组成，同一个驱动电路所驱动的基站LED阵列组成一个小区。优选地，基站光接收系统由沿隧道延长方向间隔一定的距离安装的基站光电探测器组成，且与基站光发射系统的基站LED阵列以隧道环境的顶部中心线呈左右对称。优选地，车载光发射系统由沿高速列车的车顶延长方向连续安装车载LED阵列组成，并与隧道顶部的基站光电探测器垂直对应。优选地，车内通信系统安装在车厢内部，并与车载数据处理中心直接相连，WIFI以一定的距离安装在车厢内的顶部和内壁。优选地，基站LED阵列和车载LED阵列由密集排列的LED灯珠组成，单个LED灯珠可视为朗伯光源，通过控制LED灯珠排列密度在沿隧道延长方向形成均匀光场。一种应用于轨道交通隧道的可见光通信方法，该方法使用上述任一一种应用于轨道交通隧道的可见光通信系统。优选地，该方法包括如下步骤：步骤一，基站数据处理中心对来自地面基站的电信号进行编码调制等处理，并对光发射系统发出电信号指令；步骤二，基站光发射系统接收到来自经基站数据处理中心处理过的信号后，由电信号指令驱动基站LED阵列发光来完成可见光信号传输；步骤三，车载光接收系统中的车载光电探测器接收来自基站光发射系统发射的可见光信号，并传输给车载数据处理中心；步骤四，车载数据处理中心对可见光信号进行解调解码等处理，并将处理后的信号传送给车内通信系统；步骤五，车内通信系统使用WIFI与终端进行双向通信，将终端发送的数据信号传送给车载数据处理中心；步骤六，车载数据处理中心接收到来自车内通信系统的数据信号时，对其进行编码调制等处理后，对车载光发射系统发出电信号指令；步骤七，车载光发射系统接收到的车载数据处理中心发出的电信号指令后，驱动车载光发射系统中的车载LED阵列发光，完成电光信号转换，进行可见光信号传输；步骤八，基站光接收系统中的基站光电探测器接收车载光发射系统发射的可见光信号，将其转变为电信号后传输给基站数据处理中心；步骤九，基站数据处理中心接收到来自基站光接收系统的电信号后，经解码解调等处理后传输给地面基站；步骤十，重复步骤一到九。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种应用于轨道交通隧道的可见光通信系统及其方法，利用LED作为主要通信设备，与利用漏泄电缆相比，铺设和维护成本可以得到降低，同时还可以兼顾隧道内的照明；基于现有的可见光通信技术，无线通信的传输速率和质量都可以得到提高。综上所述，本专利技术可以较好的完成隧道场景下的无线通信任务。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种应用于轨道交通隧道的可见光通信系统框图；图2为本专利技术实施例提供的一种应用于轨道交通隧道的可见光通信系统示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种应用于轨道交通隧道的可见光通信系统主视图；图4为本专利技术实施例提供的一种应用于轨道交通隧道的可见光通信系统中隧道内俯视图和隧道内仰视图。附图标记说明：基站数据处理中心-101；基站光发射系统-102；基站光接收系统-103；车载数据处理中心-104；车载光发射系统-105；车载光接收系统-106；和车内通信系统-107；基站-108；基站LED阵列-201；基站光电探测器-202；车载光电探测器-203；车载LED阵列-204；LED灯珠-205。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，本专利技术的实施方式不限于此。参照图1到图4，可见光通信系统包括：基站数据处理中心101、基站光发射系统102、基站光接收系统103、车载数据处理中心104、车载光发射系统105、车载光接收系统106和车内通信系统107。基站光发射系统102由沿隧道延长方向连续安装在隧道顶部的基站LED阵列201组成，同一个驱动电路所驱动的基站LED阵列201组成一个小区。基站光接收系统103由沿隧道延长方向间隔一定的距离安装的基站光电探测器202组成，且与基站光发射系统102的基站LED阵列201以隧道环境的顶部中心线呈左右对称。车载光发射系统105由沿高速列车的车顶延长方向连续安装车载LED阵列204组成，并与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于轨道交通隧道的可见光通信系统，其特征在于，包括基站数据处理中心(101)、基站光发射系统(102)、基站光接收系统(103)、车载数据处理中心(104)、车载光发射系统(105)、车载光接收系统(106)和车内通信系统(107)。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于轨道交通隧道的可见光通信系统，其特征在于，包括基站数据处理中心(101)、基站光发射系统(102)、基站光接收系统(103)、车载数据处理中心(104)、车载光发射系统(105)、车载光接收系统(106)和车内通信系统(107)。


2.根据权利要求1所述的一种应用于轨道交通隧道的可见光通信系统，其特征在于，所述基站光发射系统(102)由沿隧道延长方向连续安装在隧道顶部的基站LED阵列(201)组成，同一个驱动电路所驱动的基站LED阵列(201)组成一个小区。


3.根据权利要求1或2所述的一种应用于轨道交通隧道的可见光通信系统，其特征在于，基站光接收系统(103)由沿隧道延长方向间隔一定的距离安装的基站光电探测器(202)组成，且与基站光发射系统(102)的基站LED阵列(201)以隧道环境的顶部中心线呈左右对称。


4.根据权利要求3所述的一种应用于轨道交通隧道的可见光通信系统，其特征在于，所述车载光发射系统(105)由沿高速列车的车顶延长方向连续安装车载LED阵列(204)组成，并与隧道顶部的所述基站光电探测器(202)垂直对应。


5.根据权利要求1-4任一所述的一种应用于轨道交通隧道的可见光通信系统，其特征在于，所述车内通信系统(107)安装在车厢内部，并与所述车载数据处理中心(104)直接相连，WIFI以一定的距离安装在车厢内的顶部和内壁。


6.根据权利要求2-4任一所述的一种应用于轨道交通隧道的可见光通信系统，其特征在于，所述的基站LED阵列(201)和车载LED阵列(204)由密集排列的LED灯珠(205)组成，单个LED灯珠(205)可视为朗伯光源，通过控制LED灯珠(205)排列密度在沿隧道延长方向形成均匀光场。


7.一种应用于轨道交通隧道的可见光通信方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：周涛，张文良，李华玉，刘留，陶成，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11