專利名稱：一種應(yīng)用rof及光纖光柵傳感的地鐵車地通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖無線通信、微波光子技術(shù)、傳感技術(shù)和激光器技術(shù)，適用于車地通 信系統(tǒng)、微波光子、光纖傳感以及光纖通信等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
ROF(Radio Over Fiber)技術(shù)是用光纖通信代替?zhèn)鹘y(tǒng)無線通信中從中心站(CS， Central Station)到基站(BS，Base Station)的一段微波傳輸，中心站通過光纖與多個(gè)功 能簡單的基站相連。所有的處理功能，包括調(diào)制解調(diào)、編解碼、路由等在中心站完成，基站的 主要功能是實(shí)現(xiàn)光信號和微波信號的轉(zhuǎn)換。在中心站，基帶電信號經(jīng)過電調(diào)制器調(diào)制到毫 米波發(fā)生器產(chǎn)生的毫米波上，再送入光調(diào)制器，將該復(fù)合電信號調(diào)制到從毫米波發(fā)生器處 得到的可再用光載波上，以適用于光纖信道傳輸。以上這些都在中心站完成。微波、毫米波 信號(RF信號)發(fā)生技術(shù)是ROF技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，目前已有的RF信號發(fā)生技術(shù)包括直接調(diào) 制、外調(diào)制和光外差方法等，其中光外差法以其優(yōu)異的性能成為產(chǎn)生光載RF信號的有效方 法。此方法產(chǎn)生一個(gè)攜帶基帶信號信息的RF信號，以及兩個(gè)不攜帶基帶信號信息的邊帶信 號。光纖光柵傳感技術(shù)是一種利用光纖光柵(Fiber Bragg Grating)傳感器進(jìn)行傳 感的的技術(shù)。基于光纖光柵傳感器的傳感過程是通過外界物理參量對光纖光柵布拉格 (Bragg)波長的調(diào)制(如波長發(fā)生漂移)來獲取傳感信息，是一種波長調(diào)制型光纖傳感器， 可制成用于檢測應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、壓力、振動(dòng)、位移、加速度、傾角等多種參量的光纖傳感器 和光纖傳感網(wǎng)。SSG-DBR 激光器(superstructure-grating distributed Bragg reflector lasers)是一種通過偏置電流變化調(diào)諧的寬帶激光器，可調(diào)諧范圍可達(dá)到103nm，峰值間隔 約為lOnm，其輸出為寬帶激光。車地通信系統(tǒng)是指通過無線通信技術(shù)將列車運(yùn)行過程中車載系統(tǒng)監(jiān)測的事件和 關(guān)鍵數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到地面的監(jiān)控中心，供地面進(jìn)行相應(yīng)的處理，在地面實(shí)時(shí)監(jiān)視列車當(dāng)前 的運(yùn)行位置，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患，保證行車安全，并且為列車中的乘客提供通信服務(wù)。目前應(yīng)用在車地通信中的無線數(shù)據(jù)通信方式主要有衛(wèi)星GPS通訊，GPRS通信，短 信息，GSM-R通訊系統(tǒng)。在這四種方式中，GPS通訊需要較高的設(shè)備成本，GPRS需要占用用 戶的通信帶寬，短信息有較高的傳輸時(shí)延，而GSM-R需要專用網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)之外的用戶無法 使用，無形中降低了資源的利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種應(yīng)用ROF及光纖光柵傳感的 地鐵車地通信系統(tǒng)。本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案一種應(yīng)用ROF及光纖光柵傳感的地鐵車地通信系統(tǒng)，該地鐵車地通信系統(tǒng)包括，地鐵車地通信系統(tǒng)的地面通信部分和地鐵車地通信系統(tǒng)的列車通信部分。地鐵車地通信系統(tǒng)的地面通信部分包括雙波長光源，光強(qiáng)度調(diào)制器，光電探測 器，摻餌光纖放大器，雙工器，第一、第二發(fā)射天線。構(gòu)成地鐵車地通信系統(tǒng)的地面通信部分的器件之間的連接雙波長光源連接光強(qiáng)度調(diào)制器的一端，光強(qiáng)度調(diào)制器的另一端連接光電探測器的 輸入端。光電探測器的輸出連接摻餌光纖放大器的輸入端，摻餌光纖放大器的輸出連接雙 工器的輸入端，雙工器的第一輸出端連接第一發(fā)射天線，雙工器的第二輸出端連接第二發(fā) 射天線。構(gòu)成地鐵車地通信系統(tǒng)的列車通信部分包括接收天線，本地振蕩器，混頻器，信 號處理器，SSG-DBR激光器，光纖光柵傳感器組，光環(huán)行器，光電轉(zhuǎn)換器，第三發(fā)射天線。構(gòu)成地鐵車地通信系統(tǒng)的列車通信部分的器件之間的連接混頻器的一個(gè)輸入端連接接收天線，混頻器的另一個(gè)輸入端連接本地振蕩器的輸 出端，混頻器的輸出端連接信號處理器的輸入端。信號處理器的輸出端連接SSG-DBR激光器的調(diào)諧電流輸入端，SSG-DBR激光器的 輸出連接光環(huán)型器的第一端口，光環(huán)行器的第二端口連接光纖光柵傳感器組的一端，光環(huán) 型器的第三端口連接光電轉(zhuǎn)換器的輸入端，光電轉(zhuǎn)換器的輸出端連接第三發(fā)射天線。其中光纖光柵傳感器組由FBGpFBG2……FBGltl中的任意幾個(gè)串聯(lián)連接形成，F(xiàn)BG1, FBG2……FBGltl的中心波長均不相同。本發(fā)明的有益效果具體如下光纖光柵制作工藝成熟，成本很低，使用光纖光柵傳感系統(tǒng)檢測列車各節(jié)車廂，不 需對車廂進(jìn)行改造，只需將寫入光纖光柵的光纖鋪設(shè)在不易觸碰的地方即可。相比較其他 傳感系統(tǒng)來說，使用光纖光柵傳感系統(tǒng)可以在不改變當(dāng)前地鐵系統(tǒng)的前提下增加傳感部 分，且不會(huì)對原來的系統(tǒng)造成影響。ROF技術(shù)具有超大的傳輸帶寬，是一種射頻拉遠(yuǎn)技術(shù)?；镜暮唵位?，使得花費(fèi)較 小的設(shè)備成本，為用戶提供大容量、高質(zhì)量的通信業(yè)務(wù)成為可能。本發(fā)明在使用RF信號為 乘客提供通信業(yè)務(wù)的同時(shí)，還利用了光外差技術(shù)中產(chǎn)生的一個(gè)不攜帶基帶信息的邊帶，通 過對此邊帶降頻、處理，使之成為SSG-DBR激光器的調(diào)諧源，其輸出的寬帶激光為傳感系統(tǒng) 中的不同光纖光柵提供不同的波長，將原來不被利用的頻率資源利用起來，增加了資源利 用率。地面通信部分的監(jiān)測站無需專門建造，將接收、監(jiān)測儀器直接集合到ROF技術(shù)的 中心站，使得中心站既可以對通信信號進(jìn)行處理，又可以接收列車通信部分的傳感反饋信 號，對列車車廂狀況進(jìn)行監(jiān)測。從而不需額外建造車地通信系統(tǒng)中的地面站，方便城市規(guī)劃 及增加了城市土地資源的利用率。


圖1為地鐵車地通信系統(tǒng)的地面通信部分；圖2為地鐵車地通信系統(tǒng)的列車通信部分。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。如圖1，一種應(yīng)用ROF及光纖光柵傳感的地鐵車地通信系統(tǒng)的地鐵車地通信系統(tǒng)的地面通信部分，其中各部分之間的連接為雙波長光源10連接光強(qiáng)度調(diào)制器11的一端，光強(qiáng)度調(diào)制器11的另一端連接光電探測器12的輸入端。光電探測器12的輸出連接摻餌光纖放大器20的輸入端，摻餌光纖放大器20的輸出連接雙工器21的輸入端，雙工器的第一輸出端211連接第一發(fā)射天線50，雙工器的第二 輸出端212連接第二發(fā)射天線51。如圖2，一種應(yīng)用ROF及光纖光柵傳感的地鐵車地通信系統(tǒng)的地鐵車地通信系統(tǒng) 的列車通信部分，其中各部分之間的連接為混頻器31的一個(gè)輸入端連接接收天線52，混頻器31的另一個(gè)輸入端連接本地振 蕩器30的輸出端，混頻器31的輸出端連接信號處理器32的輸入端。信號處理器32的輸出端連接SSG-DBR激光器40的調(diào)諧電流輸入端，SSG-DBR激 光器40的輸出連接光環(huán)型器的第一端口 601，光環(huán)行器的第二端口 602連接光纖光柵傳感 器組80的一端。光環(huán)型器的第三端口 603連接光電轉(zhuǎn)換器41的輸入端，光電轉(zhuǎn)換器41的輸出端 連接第三發(fā)射天線53。光纖光柵傳感器組80由FBGJCKFBGJ1……FBG1079中的任意幾個(gè)串聯(lián)連接形成， 其中FBGJO、FBG271……FBG1Q79的中心波長均不相同，這由SSG-DBR激光器40輸出波長確 定，間隔為IOnm左右。其中=FBG1的中心波長 λ i = 1491. 7nm ；FBG2 的中心波長 λ 2 = 1551. 6nm ；FBG10 的中心波長 λ 10 = 1595. 2nm。在地鐵車廂內(nèi)部不易觸碰的表面鋪設(shè)一根光纖，根據(jù)列車車廂的數(shù)目選擇在光纖 中寫入FBGJO、FBG271……FBG1Q79中的任意幾個(gè)連接形成光纖光柵傳感器組80，每個(gè)車廂 中至少有FBGJiKFBGJl……FBG1(179中的一個(gè)，用來監(jiān)測此車廂的狀況。每個(gè)車廂中也可有FBGJO、FBG271……FBG1079中的幾個(gè)，以此增加傳感系統(tǒng)的精確度。利用ROF光差法中產(chǎn)生的RF信號為乘客提供通信業(yè)務(wù)，產(chǎn)生的邊帶信號之一與本 地振蕩源差頻后產(chǎn)生的中頻信號(IF信號)處理后用于SSG-DBR激光器的調(diào)制信號，產(chǎn)生 的寬帶激光作為光纖光柵傳感系統(tǒng)的光源。本發(fā)明的各個(gè)器件均為市售器件。一種應(yīng)用ROF及光纖光柵傳感的地鐵車地通信系統(tǒng)的工作原理如下雙波長光源10產(chǎn)生的兩束頻率間隔為60GHz光波，其中的一束經(jīng)強(qiáng)度調(diào)制器11 被頻率為1. 5GHz的基帶信號調(diào)制后，產(chǎn)生雙邊帶信號。未調(diào)制的光波和被調(diào)制光波在光 電探測器12處差頻產(chǎn)生一個(gè)攜帶基帶信號信息的60GHz的RF信號和兩個(gè)頻率分別為 58. 5GHz和61. 5GHz的邊帶信號，經(jīng)過摻餌光纖放大器20放大后，雙工器21將60GHz的RF 信號與61. 5GHz的邊帶信號分離開來，其中60GHz的RF信號通過與雙工器的第一輸出端211連接的發(fā)射天線50發(fā)射出去，為乘客提供高質(zhì)量的通信服務(wù)。61. 5GHz的邊帶信號則通過與雙工器的第二輸出端212連接的發(fā)射天線51發(fā)射 出去，由接收天線52接收，與本地振蕩器30提供的頻率為60GHz本地高頻振蕩信號在混頻 器31中差頻，混頻器31輸出的低頻電壓信號通過信號處理器32轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘栞斎氲?SSG-DBR激光器40的調(diào)諧電流輸入端，使之輸出寬帶激光。寬帶激光通過光環(huán)型器的第一端口 601進(jìn)入光環(huán)型器60中，然后通過光環(huán)型器的第二端口 602進(jìn)入到光纖光柵傳感器組80，經(jīng)過FBGJCKFBGJ1……FBG1(179反射后，通過光 環(huán)型器的第二端口 602返回到光環(huán)型器60中，從光環(huán)型器60的第三端口 603輸出到光電 轉(zhuǎn)換器41中，經(jīng)過處理變成無線信號通過第三發(fā)射天線53返回到地面中心站，通過光纖光 柵的反向波長的變化監(jiān)測各節(jié)車廂的情況。
權(quán)利要求
一種應(yīng)用ROF及光纖光柵傳感的地鐵車地通信系統(tǒng)，其特征為該地鐵車地通信系統(tǒng)包括，地鐵車地通信系統(tǒng)的地面通信部分和地鐵車地通信系統(tǒng)的列車通信部分；構(gòu)成地鐵車地通信系統(tǒng)的地面通信部分的器件之間的連接雙波長光源(10)連接光強(qiáng)度調(diào)制器(11)的一端，光強(qiáng)度調(diào)制器(11)的另一端連接光電探測器(12)的輸入端；光電探測器(12)的輸出連接摻餌光纖放大器(20)的輸入端，摻餌光纖放大器(20)的輸出連接雙工器(21)的輸入端，雙工器的第一輸出端(211)連接第一發(fā)射天線(50)，雙工器的第二輸出端(212)連接第二發(fā)射天線(51)；構(gòu)成地鐵車地通信系統(tǒng)的列車通信部分的器件之間的連接混頻器(31)的一個(gè)輸入端連接接收天線(52)，混頻器(31)的另一個(gè)輸入端連接本地振蕩器(30)的輸出端，混頻器(31)的輸出端連接信號處理器(32)的輸入端；信號處理器(32)的輸出端連接SSG-DBR激光器(40)的調(diào)諧電流輸入端，SSG-DBR激光器(40)的輸出連接光環(huán)型器的第一端口(601)，光環(huán)行器的第二端口(602)連接光纖光柵傳感器組(80)的一端；光環(huán)型器的第三端口(603)連接光電轉(zhuǎn)換器(41)的輸入端，光電轉(zhuǎn)換器(41)的輸出端連接第三發(fā)射天線(53)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用ROF及光纖光柵傳感的地鐵車地通信系統(tǒng)，其特征 為所述的光纖光柵傳感器組(80)由FBGi(70)、FBG2(71)……FBG1CI(79)中的任意幾個(gè)串聯(lián) 連接形成，其中FBG1 (70)、FBG2 (71)……FBG10(79)的中心波長均不相同。
全文摘要
本發(fā)明公開一種應(yīng)用ROF及光纖光柵傳感的地鐵車地通信系統(tǒng)，涉及光纖無線通信、傳感技術(shù)。地面通信部分的雙波長光源(10)輸出經(jīng)光強(qiáng)度調(diào)制器(11)、光電探測器(12)、摻餌光纖放大器(20)、雙工器(21)調(diào)制、放大、轉(zhuǎn)換、分離后，分別由第一、二發(fā)射天線(50、51)發(fā)射。列車通信部分的接收天線(52)接收的信號與本地振蕩器(30)本振信號在混頻器(31)中混頻輸出后，經(jīng)信號處理器(32)處理連接SSG-DBR激光器(40)之后，經(jīng)光環(huán)型器(60)分別連接光纖光柵傳感器組(80)及與第三發(fā)射天線(53)連接的光電轉(zhuǎn)換器(41)。將ROF系統(tǒng)的中心站與車地通信系統(tǒng)的地面站組合，提高土地的利用率。
文檔編號H04B10/12GK101807956SQ200910244029
公開日2010年8月18日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者寧提綱, 李卓軒, 祁春慧, 裴麗, 趙瑞峰, 鄭斯文, 高嵩 申請人:北京交通大學(xué)