一種傳輸線以及乘客信息系統的製作方法

2023-05-05 10:51:01

專利名稱：一種傳輸線以及乘客信息系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信技木，特別涉及ー種提供多徑信道的傳輸線以及應用這種傳輸線的乘客信息系統。
背景技術：
洩漏同軸電纜(Leaky Coaxial Cable)可以在其整個長度上輻射射頻能量，並且由於洩漏同軸電纜提供的無線覆蓋通常僅限於洩漏同軸電纜附近(例如，數米之內)，因此，使用洩漏同軸電纜的系統可以避免受到來自其他系統的幹擾或者幹擾其他系統。由於上述原因，對於某些需要在確定路線上提供無線覆蓋的應用(例如隧道或高架運輸系統等等)來講，選擇洩漏同軸電纜作為無線通信系統的傳輸線是非常適合的。但是，隨著業務類型以及通信數據量的増加，無線通信系統對數據速率的要求也越來越高，在這樣的情況下， 使用單根洩漏同軸電纜作為傳輸線將無法滿足無線通信系統對於高數據速率的需求。

發明內容
為了解決上述問題，本發明的實施例提出了一種可以提供多徑信道的傳輸線以及應用這種傳輸線的乘客信息系統(PIS)。本發明所提供的傳輸線包括至少兩個部分，所述至少兩個部分中至少有ー個部分由洩漏饋線構成，且所述至少兩個部分中任意兩個相鄰的部分具有不同的電磁波傳輸特性，電磁波在經過上述任意兩個相鄰的兩個部分的交界面時同時發生透射和反射；以及連接至不同部分的至少兩個信號接入點。根據本發明的ー個方面，上述至少兩個部分均由洩漏饋線構成，且所述至少兩個部分中任意兩個相鄰的部分具有不同的橫截面形狀。根據本發明的另ー個方面，上述至少兩個部分均由洩漏饋線構成，且所述至少兩個部分中任意兩個相鄰的部分具有不同的阻杭。根據本發明的又ー個方面，上述至少兩個部分中至少ー個部分由非洩漏饋線構成，其他部分由洩漏饋線構成，任意兩個相鄰的部分具有不同的阻抗，以及與由非洩漏饋線構成的部分相鄰的部分是由洩漏饋線構成的。其中，由非洩漏饋線構成的部分的長度短於所用載波的ー個波長。上述傳輸線進ー步包括至少ー個端部分，其中，上述端部分連接至洩漏傳輸線的一端，且包括至少ー個由非洩漏饋線構成的子部分；若上述端部分包括多於ー個子部分，則任意兩個相鄰的子部分具有不同的阻杭。根據本發明的又ー個方面，上述至少兩個部分中至少ー個部分由微波傳輸帶構成，其他部分由洩漏饋線構成，任意兩個相鄰的部分具有不同的阻抗，以及與由微波傳輸帶構成的部分相鄰的部分是由洩漏饋線構成的。上述洩漏饋線為洩漏同軸電纜或洩漏波導管；非洩漏饋線為非洩漏同軸電纜或非洩漏波導管。
本發明還提供了應用了上述傳輸線的乘客信息系統。在本發明中，由於所提供的傳輸線包括串行連接的至少兩個部分，且傳輸線上相互連接的兩個部分的電磁波傳輸特性不同，當電磁波通過任意兩個相互連接的部分的交界面時將同時發生透射和反射，從而在傳輸線中產生多徑傳輸，也即在傳輸線中以及傳輸線的周圍空間中實現衰落的多徑信道。


圖I為本發明所述傳輸線的結構 示意圖；圖2為本發明實施例所述的傳輸線的示例性結構示意圖；圖3 (a)和(b)顯不了ー個傳輸線的不例、電磁波在該傳輸線中傳輸路徑以及福射出的信道衝激響應。
具體實施例方式無線通信的發展一直受到有限的頻譜資源以及複雜的無線傳輸環境的限制。其中，信道的多徑效應以及信道的衰落特性通常被認為是無線通信系統的不利因素，然而，多輸入多輸出(MIMO)技術可以利用信道的多徑效應以及衰落特性來提高系統的吞吐量及可靠性，這使得MMO技術ー經提出就成為目前無線通信標準中使用的最重要的技術之一。如果使用洩漏同軸電纜作為天線的無線通信系統可以支持MIMO技術，也即如果洩漏同軸電纜本身能提供MMO通信所需的多徑信道，就可以利用MMO技術大大提高系統的吞吐量以及可靠性，從而解決使用單根洩漏同軸電纜作為天線而無法滿足無線通信系統對於高數據速率需求的問題。為了解決上述問題，本發明提出了ー種能提供多徑信道的傳輸線。本發明所提供的傳輸線如圖I所示，包括至少兩個部分101、102、…、10m、 ，其中，上述至少兩個部分中至少有ー個部分是由洩漏饋線(leaky feeder)構成的,且上述至少兩個部分中任意兩個相鄰的部分具有不同的電磁波傳輸特性，使電磁波在經過上述任意兩個相鄰部分的交界面時同時發生透射和反射。其中，本發明所述的洩漏饋線是指可以向外輻射射頻能量的傳輸線，例如，洩漏同軸電纜或洩漏波導管(leaky waveguide)。除了上述至少兩個部分之外，本發明所提供的傳輸線還包括連接到不同部分的至少兩個信號接入點(AP)201、202、…、20n…。為了使傳輸線提供的多徑信道具有顯著不同的信道特性，應當儘量滿足傳輸線上任意兩個AP之間的距離足夠大。通常情況下，除了具有一定的衰減之外，電磁波在普通洩漏饋線，例如洩漏同軸電纜或洩漏波導管中的傳播是非常通暢的。而在本發明中，由於所提供的傳輸線包括至少兩個部分101、102、…、10m、 ，且傳輸線上相鄰部分的電磁波傳輸特性不同，當電磁波通過任意兩個相鄰部分的交界面時將同時發生透射和反射，從而在傳輸線中產生多徑傳輸，也即在傳輸線中以及其周圍空間中實現衰落的多徑信道。假設傳輸線上信號接入點的數目為M，客戶端有N個天線，且這N個天線之間間隔合適的距離，則使用上述傳輸線和客戶端的無線通信系統可以被視為ー個MXN的MIMO系統。這樣，無線通信系統如果使用本發明所提供的傳輸線即可以利用M頂0技術提高系統的吞吐量以及可靠性，從而滿足無線通信系統對於高數據速率的需求。
下面將結合具體的示例詳細說明本發明所提供的傳輸線的各種結構。需要說明的是，以下各個示例僅是對本發明所提供傳輸線的示例性說明。除了下述示例中所提的方法之外，在實際的應用中，還可以採用各種類似或變形的方法在傳輸線上實現電磁波傳輸性能的不匹配，從而實現多徑信道。在本發明的一個實施例中，可以通過機械擠壓普通的洩漏饋線，例如洩漏同軸電纜或洩漏波導管，人為地改變洩漏饋線某些部分的橫截面形狀，以得到上述至少兩個部分101、102、…、10m、…。具體而言，在本實施例中，洩漏傳輸線包括至少兩個部分101、102、…、10m、 ，其中，上述至 少兩個部分均是由洩漏饋線構成的，且上述至少兩個部分中任意兩個相鄰的部分具有不同的橫截面形狀。由於通過機械擠壓得到的至少兩個部分101、102、…、10m、…具有不同的橫截面形狀。由於不同橫截面形狀的部分具有不同的電磁波傳輸性能，所以當電磁波通過任意兩個相鄰部分的交界面時除了發生透射之外，還將發生反射，從而在傳輸線中產生多徑傳輸，也即在傳輸線中以及傳輸線的周圍空間中實現衰落的多徑信道。本實施例通過相鄰部分具有不同的橫截面形狀實現了電磁波傳輸性能的不匹配，從而產生了多徑傳輸。在本發明的另ー個實施例中，可以直接選擇具有不同阻抗的洩漏饋線作為上述至少兩個部分101、102、…、10m、 ，保證傳輸線中任意兩個相鄰部分具有不同的阻抗。具體而言，在本實施例中，傳輸線包括至少兩個部分101、102、…、10m、 ，其中，上述至少兩個部分均是由洩漏饋線構成的，且上述至少兩個部分中任意兩個相鄰的部分具有不同的阻杭。由於通過上述方法得到的傳輸線中任意兩個相鄰的部分具有不同的阻杭，因此當電磁波通過其上任意兩個相鄰部分的交界面時除了發生透射之外，還將發生反射，從而在傳輸線中產生多徑傳輸，也即在傳輸線中以及傳輸線的周圍空間中實現衰落的多徑信道。鑑於市場上實際可用的具有不同阻抗的洩漏饋線，例如洩漏同軸電纜或洩漏波導管的數量是非常有限的，而非洩漏饋線，例如非洩漏同軸電纜或非洩漏波導管的種類相對較多，在本發明的又一個實施例中，使用具有不同阻抗的非洩漏饋線來代替上述實施例中特定位置上的由洩漏饋線構成的部分。具體而言，在本實施例中，傳輸線包括至少兩個部分
101,102,…、10m、 ，其中，上述至少兩個部分中至少ー個部分是由非洩漏饋線構成的，其他部分是由洩漏饋線構成的，且滿足以下條件I)任意兩個相鄰的部分具有不同的阻抗；2)與由非洩漏饋線構成的部分相鄰的部分只能由洩漏饋線構成，但是與由洩漏饋線構成部分相鄰的部分可以是由洩漏饋線構成的部分也可以是由非洩漏饋線構成的部分。從上述傳輸線的結構可以看出，由於其中任意兩個相鄰的部分均具有不同的阻抗，因此當電磁波通過其上任意兩個相鄰部分的交界面時，除了發生透射之外，還將發生反射，從而在傳輸線中產生多徑傳輸，也即在傳輸線中以及傳輸線的周圍空間中實現衰落的多徑信道。由於在本實施例中，使用具有不同阻抗的非洩漏饋線代替特定位置上的由洩漏饋線構成的部分，因此，分別與同一段由非洩漏饋線構成的部分相鄰的兩個由洩漏饋線構成的部分可以具有相同的阻抗，從而可以有效解決市場上實際可用的具有不同阻抗的洩漏饋線的數量是非常有限的問題。此外，由於非洩漏饋線不能向外輻射能量且非洩漏饋線的作用僅在於實現阻抗不匹配，因此為了避免傳輸線的無線覆蓋出現漏洞，連接兩個由洩漏饋線構成的部分的非洩漏饋線的長度應該較短。且由於在所用載波ー個波長的長度內，電磁波在反射和透射時就可以產生各種不同的相位，從而可以產生多徑信道，因此，上述非洩漏饋線的長度小於所用載波的ー個波長即可。更進一歩，為了增加電磁波在傳輸線中的傳播多樣性，可以在傳輸線的兩端使用多個具有不同阻抗的由非洩漏饋線構成的部分，也即本實施例所述的傳輸線可以進一歩包括至少ー個端部分，上述端部分連接至傳輸線的其中一端，且包括至少ー個由非洩漏饋線構成的子部分。若上述端部分包括多於ー個子部分，則相鄰的子部分具有不同阻杭。需要說明的是，上述端部分的長度可以很長，例如大於所用載波的ー個波長。需要說明的是，為了使傳輸線提供更豐富的多徑信道，可以增加傳輸線中具有不同電磁波傳輸特性的部分的數目，例如，若傳輸線上具有不同電磁波傳輸特性的部分越多，電磁波在傳輸線上的反射次數就越多，多徑信道的徑數也就越多。如果在傳輸線的兩端附加了多段由不同阻抗的非洩漏饋線構成的端部分，則電磁波在此較長的端部分內部也具有多次反射，而且這些電磁波也會進入到傳輸線中，進ー步増加多徑信道的徑數。 圖2顯示了本實施例所述的傳輸線的一種示例性結構。在圖2所示的傳輸線中，不帶陰影的部分101,102, -UOm,…為由洩漏饋線構成的部分；帶陰影的部分301,302,…、30k…為由非洩漏饋線構成的部分。信號接入點AP201、202、…、20n...分別連接到由洩漏饋線構成的部分101、102、…、10m、…之上。從圖2可以看出，由非洩漏饋線構成的部分301,302,…、30k…的長度較短。此外，在圖2中，傳輸線的兩端分別使用了包括多個子部分的端部分401、402，如圖2所示，上述端部分401、402的長度比較長。作為上述實施例的替代方案，可以使用具有不同阻抗的微波傳輸帶代替上述非洩漏饋線來連接由洩漏饋線構成的部分。具體而言，在本實施例中，傳輸線包括至少兩個部分
101,102,…、10m、 ，其中，上述至少兩個部分中至少ー個部分是由微波傳輸帶構成的，其他部分是由洩漏饋線構成的，且滿足以下條件I)任意兩個相鄰的部分具有不同的阻抗；2)與由微波傳輸帶構成的部分相鄰的部分只能是由洩漏饋線構成的部分，但是與由洩漏饋線構成的部分相鄰的部分既可以是由洩漏饋線構成的部分也可以是由微波傳輸帶構成的部分。從本實施例所述的傳輸線的結構可以看出，由於其中任意兩個相鄰的部分均具有不同的阻抗，因此當電磁波通過其上任意兩個相鄰部分的交界面時，除了發生透射之外，還將發生反射，從而在傳輸線中產生多徑傳輸，也即在傳輸線中以及傳輸線周圍空間中實現衰落的多徑信道。由於在本實施例中，使用具有不同阻抗的微波傳輸帶代替特定位置上的由洩漏饋線構成的部分，因此，與同一段由微波傳輸帶構成的部分相鄰的兩個由洩漏饋線構成的部分可以具有相同的阻抗，從而可以有效解決市場上實際可用的具有不同阻抗的洩漏饋線的數量是非常有限的問題。另外，由於微波傳輸帶是印製在電路板上的，其長度不可能很長，因此，微波傳輸帶只適合用在傳輸線的內部用於連接兩個由洩漏饋線所構成的部分，而不適用於傳輸帶的兩端。通過上述描述可以看出，在本發明的實施例中，僅使用一個傳輸線就可以提供多徑信道，從而可以利用MMO技術實現較高的系統吞吐量。另外需要說明的是，在上述實施例中，如果適當改變傳輸線的設計參數，例如，各個部分的長度，各個部分的排列方式及傳輸線上信號接入點的位置等等，可以優化傳輸線的系統性能。事實上，傳輸線的各個設計參數的選擇應當根據客觀條件以及無線通信系統的實際應用環境來進行，例如，根據市場上實際可用的具有不同阻抗的洩漏同軸電纜或洩漏波導管的數量、或傳輸線所要覆蓋的距離等等實際情況來選擇傳輸線各個設計參數。本發明實施例所提出的傳輸線可以適用於任何需要在確定路線上提供無線覆蓋的應用中，例如，地鐵系統中的無線自動列車控制系統(ATC)和乘客信息系統(PIS)中。在這些系統中，本發明各實施例提供的傳輸線可以用於系統中控制信息、乘客信息和/或其他信息的傳輸。下面將通過圖3(a)和(b)所示的ー個具體的示例說明本發明的基本 原理以及可行性。為了說明方便，預先定義ー個最小長度單位Itl，並定義電磁波傳播該最小長度單位Itl所需的時間為At。此外，假設傳輸線上的每個部分的長度都是該最小長度單位Itl的整數倍，且電磁波將在傳輸線的兩端終結，也即電磁波在傳輸線的兩端將不再發生反射。圖3 (a)和(b)顯示了一個傳輸線的示例、電磁波在該傳輸線中的傳輸路徑以及輻射出的信道衝激響應。在本例中，信號將同時從信號接入點Tx I和Tx 2被注入到傳輸線中，且接收端具有兩根天線。圖3(a)顯示了從Tx I點注入的電磁波在傳輸線中的傳輸路徑以及Tx I與兩根接收天線Rx I和Rx 2之間的衝激響應。其中，實線代表Tx I與Rx I之間的衝激響應；虛線代表Tx I與Rx 2之間的衝激響應。圖3(b)顯示了從Tx 2點注入的電磁波在該傳輸線的傳輸路徑以及Tx 2與兩根接收天線Rx I和Rx 2之間的衝激響應。其中，點劃線代表Tx 2與Rx I之間的衝激響應；圓點線代表Tx 2與Rx 2之間的衝激響應。從圖3(a)和(b)可以很明顯的看出來，Tx I和Rx I、Tx I和Rx 2、Tx 2和Rx I以及Tx2和Rx 2之間均具有不同的衝激響應，也即在不同的信號接入點和接收端天線之間構成了多徑信道。本發明上述實施例公開了ー種提供多徑信道的傳輸線，包括至少兩個部分，所述至少兩個部分中至少有ー個部分由洩漏饋線構成，且所述至少兩個部分中任意兩個相鄰的部分具有不同的電磁波傳輸特性，電磁波在經過所述任意兩個相鄰部分的交界面時同時發生透射和反射。相應的，本發明還公開了ー種利用上述傳輸線的乘客信息系統。
權利要求
1.ー種傳輸線,包括 至少兩個部分(101、102、10m)，其中，所述至少兩個部分(101、102、IOm)中至少有ー個部分由洩漏饋線構成，且所述至少兩個部分(101、102、10m)中任意兩個相鄰的部分具有不同的電磁波傳輸特性，電磁波在經過所述任意兩個相鄰的部分的交界面時同時發生透射和反射。
2.根據權利要求I所述的傳輸線，其特徵在於，所述傳輸線進一歩包括連接至不同部分的至少兩個信號接入點(201、202、20n)。
3.根據權利要求I所述的傳輸線，其特徵在於，所述至少兩個部分(101、102、10m)均由洩漏饋線構成，且所述至少兩個部分(101、102、10m)中任意兩個相鄰的部分具有不同的橫截面形狀。
4.根據權利要求I所述的傳輸線，其特徵在於，所述至少兩個部分(101、102、10m)均由洩漏饋線構成，且所述至少兩個部分(101、102、10m)中任意兩個相鄰的部分具有不同的阻抗。
5.根據權利要求I所述的傳輸線，其特徵在於，所述至少兩個部分(101、102、10m)中至少ー個部分由非洩漏饋線構成，其他部分由洩漏饋線構成，任意兩個相鄰的部分具有不同的阻抗，以及與由非洩漏饋線構成的部分(301、302、30k)相鄰的部分是由洩漏饋線構成的。
6.根據權利要求5所述的傳輸線，其特徵在於，每個由非洩漏饋線構成的部分(301、302,30k)的長度短於所用載波的ー個波長。
7.根據權利要求5所述的傳輸線，其特徵在於，所述傳輸線進一歩包括至少ー個端部分(401、402)，其中，所述端部分(401、402)連接至所述傳輸線的一端，且包括至少ー個由非洩漏饋線構成的子部分，若所述端部分(401、402)包括多於ー個子部分，則相鄰的子部分具有不同阻杭。
8.根據權利要求I所述的傳輸線，其特徵在於，所述至少兩個部分(101、102、10m)中至少ー個部分由微波傳輸帶構成，其他部分由洩漏饋線構成，任意兩個相鄰的部分具有不同的阻抗，以及與由微波傳輸帶構成的部分相鄰的部分是由洩漏饋線構成的。
9.根據權利要求I至8中任一項所述的傳輸線，其特徵在於，所述洩漏饋線包括洩漏同軸電纜或洩漏波導管；非洩漏饋線包括非洩漏同軸電纜或非洩漏波導管。
10.一種乘客信息系統，包括如權利要求I至9中任一項所述的傳輸線,用於傳輸所述系統中的信息。
全文摘要
本發明公開了一種提供多徑信道的傳輸線，包括至少兩個部分，所述至少兩個部分中至少有一個部分由洩漏饋線構成，且所述至少兩個部分中任意兩個相鄰的部分具有不同的電磁波傳輸特性，電磁波在經過所述任意兩個相鄰部分的交界面時同時發生透射和反射。相應的，本發明還公開了一種利用上述傳輸線的乘客信息系統。
文檔編號H04B7/00GK102790633SQ20111012964
公開日2012年11月21日 申請日期2011年5月18日 優先權日2011年5月18日
發明者張潔, 馬蒂爾斯·蘭普 申請人:西門子公司