阅读说明：本技术 用于高铁车厢5g信号覆盖的数字中继装置 (Digital relay device for high-speed rail car 5G signal coverage ) 是由 吉荣新 刘瑜 佘小宇 陈建平 王海龙 王超 吴振军 倪艳 倪小龙 于 2021-06-08 设计创作，主要内容包括：用于高铁车厢5G信号覆盖的数字中继装置。本发明包括数字直放站主机单元和分布在车厢内的若干数字直放站从机单元,数字直放站主机单元通过车顶2T2R全向天线无线接收5G信号并通过以太网交换机与每个数字直放站从机单元相连；所述的数字直放站主机单元和数字直放站从机单元均包括电源模块以及依次连接的多模双工合路器、5G同步模块和数字变频大功率一体化模块,所述的5G同步模块自动完成TDD制式无线网络的小区搜索和无线信令处理,得到精确的TDD上下行时隙timing、上下行时隙比信息,通过GPIO接口将上下行时隙指示信号输出。本发明将车厢外5G基站信号引入车厢内进行覆盖,有效地避免了车体损耗对通信的影响。(Digital relay device for high-speed railway carriage 5G signal coverage. The invention comprises a digital repeater main unit and a plurality of digital repeater slave units distributed in a carriage, wherein the digital repeater main unit wirelessly receives 5G signals through a roof 2T2R omnidirectional antenna and is connected with each digital repeater slave unit through an Ethernet switch; the digital repeater host unit and the digital repeater slave unit respectively comprise a power supply module, a multimode duplex combiner, a 5G synchronous module and a digital variable-frequency high-power integrated module which are sequentially connected, the 5G synchronous module automatically completes cell search and wireless signaling processing of a TDD-standard wireless network to obtain accurate TDD uplink and downlink time slot timing and uplink and downlink time slot ratio information, and uplink and downlink time slot indication signals are output through a GPIO (general purpose input output) interface. The invention introduces the 5G base station signal outside the carriage into the carriage for covering, thereby effectively avoiding the influence of the vehicle body loss on the communication.)

用于高铁车厢5G信号覆盖的数字中继装置

技术领域

本发明涉及5G通信

技术领域

，具体是一种用于高铁车厢5G信号覆盖的数字中继装置。

背景技术

公众移动通信系统铁路沿线覆盖方案，通常是通过建设基站和漏泄电缆，将信号穿透列车车厢从而实现车内覆盖。但是随着列车提速和车体材料变化，信号穿透损耗越来越大，为了保持车内覆盖质量，需要进一步缩小基站间距和提高发射功率，这就极大地增加了系统建设成本和建设难度。同时，由于5G系统采用了更高的频率，信号将面临更加严重的穿透损耗，使得穿透列车后的5G信号更加微弱，难以提供良好的网络覆盖。因此，不管是列车本身的升级还是5G的商用，都促使我们有必要研究公众移动通信系统上车方案，以降低或避开车厢严重的穿透损耗，改善车厢内信号质量，增强业务提供能力，降低建设难度和成本。

通过车体屏蔽和无屏蔽覆盖距离对比分析，可见高铁车体屏蔽对覆盖距离影响巨大，直接增加室外基站建设成本。

相比于4G装置，5G装置通过接受过来的信号进行基带解码，可以大大的提高接收的SINR，如接收端的SINR为6dB,可以通过基带解码后再还原，可以达到16dB以上，可以大大提供覆盖质量。相比于4G装置，通常无线放大系统是射频合路，这样会提升整个基站的噪声。而5G装置可以通过基带合路的方式，可以对多个远端数据进行分析，通过算法将有用数据的合路，并去除底噪和无用的杂散，大大减少多个无线放大设备对基站上行的干扰。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种用于高铁车厢5G信号覆盖的数字中继装置，将车厢外5G基站信号引入车厢内进行覆盖，有效地避免了车体损耗对通信的影响。

本发明包括数字直放站主机单元和分布在车厢内的若干数字直放站从机单元，数字直放站主机单元通过车顶2T2R全向天线无线接收5G信号并通过以太网交换机与每个数字直放站从机单元相连；所述的数字直放站主机单元和数字直放站从机单元均包括电源模块以及依次连接的多模双工合路器、5G同步模块和数字变频大功率一体化模块，数字直放站主机单元的多模双工合路器与天线相连，数字直放站从机单元的多模双工合路器连接有发射单元，数字直放站主机单元和数字直放站从机单元的数字变频大功率一体化模块之间通过以太网交换机相连；所述的5G同步模块自动完成TDD制式无线网络的小区搜索和无线信令处理，得到精确的TDD上下行时隙timing、上下行时隙比信息，通过GPIO接口将上下行时隙指示信号输出。

进一步改进，所述的5G同步模块包括至少一路TDD3.5G上下行通道、TDD2.6G上下行通道、FDD1.8G上下行通道。

进一步改进，所述的数字变频大功率一体化模块为集成变频处理模块和功率放大模块的一体化模块，支持多频段、多制式、多通道以及数字变频处理功能并具备大功率放大功能。

进一步改进，所述的多模双工合路器为合路器、滤波器、双工器集成一体的介质模块。

进一步改进，所述的数字直放站主机单元设置有输入功率检测模块，输入功率≥-50dBm时，5G同步模块动态调整直放站下行增益，可降低30dB以上，避免车厢内外公网无线信号干扰。

进一步改进，所述的电源模块具有冗余备份。

本发明有益效果在于：

1、利用中继转发，将车厢外5G基站信号引入车厢内进行覆盖，有效地避免了车体损耗对通信的影响。

2、可以对多个远端数据进行分析，通过算法将有用数据的合路，去除底噪和无用的杂散，大大减少多个无线放大设备对基站上行的干扰，并提高SINR。

3、可动态调整直放站下行增益，可降低30dB以上，避免车厢内外公网无线信号干扰。

4、直接安装于列车上，解决了高铁车体屏蔽对基站覆盖距离影响，减少铁路沿线基站的数量，极度降低基建和设备投资成本，大大增强车内通信质量，改善用户需求。

附图说明

图1为高铁车厢5G数字中继装置覆盖组网构成。

图2为高铁车厢5G数字中继装置系统结构。

图3为8节编组高铁车厢5G数字中继覆盖组网方式。

图4为17节编组高铁车厢5G数字中继覆盖组网方式。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

因列车车厢一般采用全封闭式的铝合金不锈钢材料组成，5G无线电波穿过车厢将会产生严重的穿透损耗。因此无法给终端用户提供高速稳定的宽带接入。

为解决此问题，提出一种无线中继转发的公网信号接入方案，利用中继转发，将车厢外5G基站信号引入车厢内进行覆盖，有效地避免了车体损耗对通信的影响。

本发明包括数字直放站主机单元和分布在车厢内的若干数字直放站从机单元，数字直放站主机单元通过车顶2T2R全向天线无线接收5G信号并通过以太网交换机与每个数字直放站从机单元相连；所述的数字直放站主机单元和数字直放站从机单元均包括电源模块以及依次连接的多模双工合路器、5G同步模块和数字变频大功率一体化模块，数字直放站主机单元的多模双工合路器与天线相连，数字直放站从机单元的多模双工合路器连接有发射单元，数字直放站主机单元和数字直放站从机单元的数字变频大功率一体化模块之间通过以太网交换机相连；所述的5G同步模块自动完成TDD制式无线网络的小区搜索和无线信令处理，得到精确的TDD上下行时隙timing、上下行时隙比信息，通过GPIO接口将上下行时隙指示信号输出。

本发明的具体实施方式如下：

高铁车厢数字直放站系统集成5G(中国移动、中国电信、中国联通、中国广电)等四种制式。数字中继系统由主机接收单元（MU）和从机发射单元(pRU)组成。通过车顶2T2R全向天线无线接入5G信号，在接收单元处进行多制式双工合路，经过多次数字处理并通过CPRI传输（以太网）给多个覆盖的远端发射单元，并通过车厢定向天线实现全方位覆盖。如不考虑资源和空间受限,车厢5G数字直放站系统可采用双中继方案，其中一套出现故障，不影响信号覆盖，具体组成如图1所示。

5G数字中继装置

MU主机单元将多种信源的下行射频信号无线耦合进数字分布系统，转换成数字信号后进行组帧，经电信号通过网线传至pRU射频单元。同时，将 pRU射频单元上传的电信号转换成数字信号后进行解帧，然后转换成上行射频信号传至信源。pRU远端单元将MU单元下发的数字信号或模拟中频信号转成射频信号，实现多种信源无线覆盖；同时将接收的上行射频信号转成数字信号或模拟中频信号传至MU单元，具体组成如图2所示。

和谐号高铁车厢5G数字中继覆盖

布置一套5G 多模MU单元，并布置在第5节车厢，设有两个射频输入端口；并通过多跟10G网口独立接入pRU。

pRU支持5G主流频段并通过内置2T2R天线发射。

车厢覆盖系统以链型组网为主且每节车厢布置1台pRU，共设置两条链型，一条链带3台pRU，另外一条链带5台pRU。

MU单元按2U结构设计，pRU按照不超1U空间大小设计，每台pRU功耗不超50W。

根据5G三家运营商各100MHz带宽，广电30MHz带宽计算，需提供不少于3根10G网线接入pRU，具体组成如图3所示。

复兴号高铁车厢5G数字中继覆盖

布置一套5G 多模MU单元，并布置在第9节车厢，设有两个射频输入端口；并通过多跟10G网口独立接入pRU。

pRU支持5G主流频段并通过内置2T2R天线发射。

车厢覆盖系统以链型组网为主且每节车厢布置1台pRU，共设置两条链型，一条链带9台pRU，另外一条链带8台pRU。

MU单元按2U结构设计，pRU按照不超1U空间大小设计，每台pRU功耗不超50W。

根据5G三家运营商各100MHz带宽，广电30MHz带宽计算，需提供不少于3根10G网线接入pRU ，具体组成如图4所示。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。