一种用于轨道5GMIMO通信的双极化漏缆系统

技术领域

本发明属于通信技术领域，更具体地，涉及一种用于轨道5G MIMO通信的双极化漏缆系统。

背景技术

MIMO技术，即多入多出通信技术，是指能在不增加带宽的情况下，成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。它可以定义为发送端和接收端之间存在多个独立信道，也就是说天线单元之间存在充分的间隔，因此，消除了天线间信号的相关性，提高了信号的链路性能，增加了数据吞吐量。

在同一个无线网络内，网速会随着终端用户的增多而下降；尤其是在机场、地铁站、商场等场景下，在人多的时候，通信质量将会降低。5G采用MIMO多收多发，通过用户的空间独立性，在空间对不同的用户进行独立的窄波束覆盖，能同时传输不同用户的数据，从而提升系统吞吐量。

在MIMO技术中常用秩指示(Rank Indicator)来表征MIMO的效率，其物理定义是独立通信信道的数量。以2×2单一矩阵(2×2MIMO)为例，其秩指示为2，表示系统建立了两个完全独立的通信信道，效率最高；如果其秩指示为1，表示系统虽然采用2×2天线架构，真正工作的数据流只有1，其中一个天线的信号完全丢失或被掩埋在无法解码的噪声中。

目前已经广泛使用双垂直极化漏缆所构成的MIMO系统吞吐量可达原来SISO系统的约1.4倍，但仍远低于理论数据。其重要的原因在于由于电磁波在实际传播环境中反射、遮挡，以及其他同频信号的干扰导致信号发生损耗、衰落，信道的独立性较差。尤其是在目前轨道交通采用漏缆覆盖的5G频段通信，由于高铁、地铁等高速移动的通信需求，需要兼容2G至5G频段，并且信号传输区间较长，在500米甚至700米左右，漏缆的损耗优化难度较大，进一步增加了信道衰落，MIMO系统的秩指标难以得到有效提升，轨道5G MIMO通信系统的吞吐量提升有限。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于轨道5GMIMO通信的双极化漏缆系统，其目的在于，通过对MIMO技术不同信道的漏缆传输系统分别采用垂直极化和水平极化，利用极化分集效应，能够增加不同信号之间的不相关性，提高MIMO技术的秩指示，进一步提升系统容量，由此解决现有的用于轨道5G MIMO通信系统秩指示不理想、与理论值差距较大、系统容量提高不明显、且信号传输区间距离较小的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种1.一种用于轨道5G MIMO通信的双极化漏缆系统，其特征在于，其各个信号传输区间包括多个信道；所述信道包括处于信号传输区间两端的发送-接收单元、以及连接信号传输区间两端发送-接收单元的漏缆模块；

所述漏缆模块双工工作，包括：一根双工工作的漏缆或两根分别用于上行和下行的漏缆；同一漏缆模块采用的漏缆相同；

所述多个信道的同一端的发送-接收单元集成到信号传输区间该端的合路平台中，所述多个信道的另一端的发送-接收单元集成到信号传输区间该端的合路平台中；

所述合路平台与信号辐射源、信号接收器相连；

所述多个信道，至少包括一路信道其漏缆模块采用垂直极化漏缆，且至少包括一路信道其漏缆模块采用水平极化漏缆。

优选地，所述用于轨道5G MIMO通信的双极化漏缆系统，其所述垂直极化漏缆和所述水平极化漏缆皆为分段耦合漏缆，使得覆盖区域各点每条漏缆的主极化方向综合损耗相当，且交叉极化方向上的综合损耗弱于主极化方向。

优选地，所述用于轨道5G MIMO通信的双极化漏缆系统，其主极化方向的综合损耗与交叉极化方向的综合损耗差值在10dB以上，差值优选为12dB。

优选地，所述用于轨道5G MIMO通信的双极化漏缆系统，其所述垂直极化漏缆，为1-1/4尺寸规格的漏泄电缆，其外导体包括依次首尾连接的

长度在150～270米之间的正向第一区段、

长度在50～100米之间的正向第二区段、

长度在50～200米之间的中间区段、

长度在50～100米之间的负向第二区段、以及

长度在150～270米之间的负向第一区段；

其中各区段具有相同类型的槽孔，正向第一、第二区段分别与负向第一、第二区段具有相同的槽孔。

优选地，所述用于轨道5G MIMO通信的双极化漏缆系统，其所述垂直极化漏缆其：

中间区段槽孔的长度与正向或负向第二区段槽孔的长度之比的处于[1.1,1.2]之内，其槽孔的宽度与正向或负向第二区段槽孔宽度之比处于(1,1.1]之内，其槽孔倾斜角度与正向或负向第二区段槽孔倾斜角度之比处于(1,1.5]之内；

正向或负向第二区段槽孔的长度与正向或负向第一区段槽孔长度之比的处于[1.1,1.2]之内，其槽孔的宽度与正向或负向第一区段的槽孔宽度之比处于(1,1.1]之内，其槽孔倾斜角度与正向或负向第一区段槽孔倾斜角度之比处于(1,1.5]之内。

优选地，所述用于轨道5G MIMO通信的双极化漏缆系统，其所述所有区段按照相同的节距P周期性布设的断点八字型槽，节距P在160～260mm之间；所述断点八字型槽，包括关于该周期径向中轴对称的正向槽孔组和负向槽孔组；所述正向槽孔组具有第一槽孔对与第二槽孔对；其中第一槽孔对具有第一与第二槽孔，所述第二槽孔对具有第三与第四槽孔，第一至第四槽孔皆为一端弧形一端方形的狭长孔，其中：

第一与第二槽孔相对且共线，方形端相互靠近且平行，故第一与第二槽孔具有相同的倾斜角；第三与第四槽孔相对，方形端相互靠近且平行，其间距为槽孔对间距，故第三与第四槽孔具有相同的倾斜角；第一至第四槽孔按照信号传播的方向排列；

所述负向槽孔具有与第一与第四槽孔关于该周期径向中轴对称的第四与第八槽孔，其中第一槽孔与第八槽孔对称，第二槽孔与第七槽孔对称，第三槽孔与第六槽孔对称，第四槽孔与第五槽孔对称；第五与第六槽孔组成第三槽孔对，第七与第八槽孔组成第四槽孔对。

优选地，所述用于轨道5G MIMO通信的双极化漏缆系统，其所述水平极化漏缆，为1-1/4尺寸规格的漏缆，其外导体包括依次首尾连接的

长度在140～270米之间的正向第一区段、

长度在50～80米之间的正向第二区段、

长度在30～60米之间的中间区段、

长度在50～100米之间的负向第二区段、以及

长度在140～270米之间的负向第一区段；

其中各区段具有相同类型的槽孔，正向第一、第二区段分别与负向第一、第二区段具有相同的槽孔；所述水平极化漏缆所述外导体上具有周期性的I型槽孔组。

优选地，所述用于轨道5G MIMO通信的双极化漏缆系统，其所述I型槽孔，开孔面积在12mm

优选地，所述用于轨道5G MIMO通信的双极化漏缆系统，其所述水平极化漏缆正向与负向第一区段的I型槽孔长度在8.2～9.4mm之间，宽度在1.4～1.7mm之间，正向与负向第二区段的I性操控长度在10.5～11.2mm之间，宽度在1.7～1.9mm之间；中间区段的操控长度在12～13mm之间，宽度在1.9～2.2mm之间。

优选地，所述用于轨道5G MIMO通信的双极化漏缆系统，其在一个周期内：

所述I型槽孔组由多对关于过所述周期中心的横截面对称的I槽孔组成的槽孔对；

优选方案，在一个周期内包括8对I型槽孔对，周期两端向周期中心依次为第一至第八槽孔对，其中每一槽孔对由左槽和右槽构成；对于左槽或右槽其中一侧的槽孔，第一与第二槽孔之间轴向距离为P/10，第二与第三槽孔之间轴向距离为P/40，第三与第四槽孔之间轴向距离为P/24，第四与第五槽孔之间轴向距离为7P/120，第五与第六槽孔之间轴向距离为P/40，第六与第七槽孔之间轴向距离为P/60，第七与第八槽孔之间轴向距离为P/40；

其中最靠近周期中心的第八槽孔对，左槽和右槽之间的距离在P/20～P/8之间。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明提供的用于轨道5G MIMO通信的双极化漏缆系统，由两种漏缆敷设的线路中，两种漏缆具有相反的信号极化方式，以提高两种漏缆信道的不相关性。本发明的两种漏缆由信号起始端开始分段设置了不同的耦合损耗的区间，使得整条线路的综合损耗趋近一致。本发明的两种不同极化的漏缆在相同位置具有相近的综合损耗(在各自主极化方向上的最大综合损耗值)，保证了一条漏缆较差的一个极化方向上的信号强度远弱于另一条漏缆上同一极化方向上的信号幅度(对应该漏缆较强的极化方向)，减小信道之间的干扰，提高信道之间的不相关性，从而提高MIMO技术的性能。

附图说明

图1是本发明提供的用于轨道5G MIMO通信的双极化漏缆系统结构示意图；

图2是本发明提供的用于轨道5G MIMO通信的双极化漏缆系统采用的垂直极化漏缆结构示意图；

图3是垂直极化漏缆外导体断点八字型槽结构示意图；

图4是本发明提供的用于轨道5G MIMO通信的双极化漏缆系统采用的水平极化漏缆结构示意图；

图5是水平极化漏缆外导体I型槽孔对结构示意图；

图6是本发明该实施例提供的用于轨道5G MIMO通信信号区段端头连接结构示意图；

图7是本发明实施例3500MHz双缆各方向综合损耗对比结果图；

图8是本发明实施例2600MHz双缆各方向综合损耗对比结果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

目前在轨道5G MIMO通信的传输系统采用结构相同的漏缆，信号传输速率提高约30％。然而漏缆的极化方向相同，信号干扰较强。且每米衰减和耦合损耗为固定值；这就导致双缆MIMO工作时抗衰落性能较差，同时电缆的综合损耗增加比较快，严重限制了辐射距离。

本发明提供的用于轨道5G MIMO通信的双极化漏缆系统，如图1所示，其各个信号传输区间包括多个信道；所述信道包括处于信号传输区间两端的发送-接收单元、以及连接信号传输区间两端发送-接收单元的漏缆模块；

所述漏缆模块双工工作，包括：一根双工工作的漏缆或两根分别用于上行和下行的漏缆；同一漏缆模块采用的漏缆相同，即漏缆的规格、结构相同；

所述多个信道的同一端的发送-接收单元集成到信号传输区间该端的合路平台(POI)中，所述多个信道的另一端的发送-接收单元集成到信号传输区间该端的合路平台(POI)中；

所述合路平台与信号辐射源、信号接收器相连。

所述多个信道，至少包括一路信道其漏缆模块采用垂直极化漏缆，且至少包括一路信道其漏缆模块采用水平极化漏缆；优选，所述垂直极化漏缆和所述水平极化漏缆皆为分段耦合漏缆，使得覆盖区域各点每条漏缆的主极化方向综合损耗相当，且交叉极化方向上的综合损耗弱于主极化方向，优选主极化方向的综合损耗与交叉极化方向的综合损耗差值在10dB以上，差值优选为12dB；每条漏缆交叉极化方向上的综合损耗相对于另一条漏缆的主极化方向的数值要低很多，这样相互之间的干扰变得更低，提高了线路的不相关性。具体地，

所述垂直极化漏缆，为1-1/4尺寸规格的漏泄电缆，如图2所示，其外导体包括依次首尾连接的

长度在150～270米之间的正向第一区段、

长度在50～100米之间的正向第二区段、

长度在50～200米之间的中间区段、

长度在50～100米之间的负向第二区段、以及

长度在150～270米之间的负向第一区段；

其中各区段具有相同类型的槽孔，正向第一、第二区段分别与负向第一、第二区段具有相同的槽孔；采用相似的结构，漏缆的驻波在区段分段点上也没有明显的变化，保证了整段漏缆的使用效果。

中间区段槽孔的长度与正向或负向第二区段槽孔的长度之比的处于[1.1,1.2]之内，其槽孔的宽度与正向或负向第二区段槽孔宽度之比处于(1,1.1]之内，其槽孔倾斜角度与正向或负向第二区段槽孔倾斜角度之比处于(1,1.5]之内；

正向或负向第二区段槽孔的长度与正向或负向第一区段槽孔长度之比的处于[1.1,1.2]之内，其槽孔的宽度与正向或负向第一区段的槽孔宽度之比处于(1,1.1]之内，其槽孔倾斜角度与正向或负向第一区段槽孔倾斜角度之比处于(1,1.5]之内；

优选方案，所述所有区段按照相同的节距P周期性布设的断点八字型槽，节距P在160～260mm之间，使槽孔单模辐射的频率范围包含所需的系统频率范围。相比其他槽孔结构，八字槽在宽高频段(如1700～3700MHz)具有更优秀的辐射性能。

所述断点八字型槽，如图3所示，包括关于该周期径向中轴对称的正向槽孔组和负向槽孔组；所述正向槽孔组具有第一槽孔对与第二槽孔对；其中第一槽孔对具有第一与第二槽孔，所述第二槽孔对具有第三与第四槽孔，第一至第四槽孔皆为一端弧形一端方形的狭长孔，其中：

第一与第二槽孔相对且共线，方形端相互靠近且平行，故第一与第二槽孔具有相同的倾斜角；第三与第四槽孔相对，方形端相互靠近且平行，其间距为槽孔对间距，故第三与第四槽孔具有相同的倾斜角；第一至第四槽孔按照信号传播的方向排列；

所述负向槽孔具有与第一与第四槽孔关于该周期径向中轴对称的第四与第八槽孔，其中第一槽孔与第八槽孔对称，第二槽孔与第七槽孔对称，第三槽孔与第六槽孔对称，第四槽孔与第五槽孔对称；第五与第六槽孔组成第三槽孔对，第七与第八槽孔组成第四槽孔对。

记：L

由于α

各区段L

中间区段L

中间区段W

中间区段α

正向或负向第二区段L

正向或负向第二区段W

正向或负向第二区段α

槽孔对间距b与该槽孔对的差值在±0.1mm之内。

具体而言：

所述正向或负向第一区段，其3300～3700MHz百米衰减值在5～8dB之间，耦合损耗值(95％，2米距离)在72.5～77dB之间；其断点八字型槽的α

所述正向或负向第二区段，其3300～3700MHz百米衰减值在7～12dB之间，耦合损耗值(95％，2米距离)在67～73dB之间；其断点八字型槽的α

所述中间区段，其3300～3700MHz百米衰减值在10～19dB之间，耦合损耗值(95％，2米距离)在61～68dB之间；其断点八字型槽的α

所述水平极化漏缆，为1-1/4尺寸规格的漏缆，如图4所示，其外导体包括依次首尾连接的

长度在140～270米之间的正向第一区段、

长度在50～80米之间的正向第二区段、

长度在30～60米之间的中间区段、

长度在50～80米之间的负向第二区段、以及

长度在140～270米之间的负向第一区段；

其中各区段具有相同类型的槽孔，正向第一、第二区段分别与负向第一、第二区段具有相同的槽孔；

优选方案，所述水平极化漏缆所述外导体上具有周期性的I型槽孔组；所述I型槽孔，开孔面积在12mm

正向与负向第一区段的I型槽孔长度在8.2～9.4mm之间，宽度在1.4～1.7mm之间，正向与负向第二区段的I性操控长度在10.5～11.2mm之间，宽度在1.7～1.9mm之间；中间区段的操控长度在12～13mm之间，宽度在1.9至2.2mm之间。

所述I型槽孔在外导体圆周上具有相同的位置，其每一周期的节距为P，根据目前所目标的2G～5G的频段范围，需要槽孔辐射频率范围至少从700～3700Mhz，针对水平极化漏缆P的范围以经验取值确定，在170～270mm的范围内；

在一个周期内：

所述I型槽孔组由多对关于过所述周期中心的横截面对称的I槽孔组成的槽孔对；

优选方案，在一个周期内包括8对I型槽孔对，周期两端向周期中心依次为第一至第八槽孔对，其中每一槽孔对由左槽和右槽构成；对于左槽或右槽其中一侧的槽孔，第一与第二槽孔之间轴向距离为P/10，第二与第三槽孔之间轴向距离为P/40，第三与第四槽孔之间轴向距离为P/24，第四与第五槽孔之间轴向距离为7P/120，第五与第六槽孔之间轴向距离为P/40，第六与第七槽孔之间轴向距离为P/60，第七与第八槽孔之间轴向距离为P/40；

其中最靠近周期中心的第八槽孔对，由于周期开孔会产生谐振峰值，为了调整谐振频率，左槽和右槽之间的距离在P/20～P/8之间。

以下为实施例：

实施例以采用两根分别用于上行和下行的漏缆的双工工作漏缆模块为例，用于轨道5G MIMO通信的双极化漏缆系统的结构如图1所示：

其各个信号传输区间包括两个信道；

对于一个信道包括处于信号传输区间两端的发送-接收单元、以及连接信号传输区间两端发送-接收单元的漏缆模块；漏缆模块包括上行漏缆和下行漏缆；发送-接收单元发射器与下行漏缆相连，发送-接收单元的接收器与上行漏缆相连；

所述多个信道的同一端的发送-接收单元集成到信号传输区间该端的合路平台(POI)中，所述多个信道的另一端的发送-接收单元集成到信号传输区间该端的合路平台(POI)中，如图6所示；

所述合路平台与信号辐射源、信号接收器相连。

两个信道之一其漏缆模块采用垂直极化漏缆，另一信道漏缆模块采用水平极化漏缆；垂直极化漏缆和所述水平极化漏缆皆为分段耦合漏缆。

垂直极化漏缆，分为五个区段，所述所有区段按照相同的节距P＝250mm周期性布设的断点八字型槽，各区段参数如下表所示：

水平极化漏缆，外导体上具有周期性的I型槽孔组；所述I型槽孔在外导体圆周上具有相同的位置和形状，其每一周期的节距为P，P＝224；在一个周期内：

所述I型槽孔组由多对关于过所述周期中心的横截面对称的I槽孔组成的槽孔对；在一个周期内包括8对I型槽孔对，周期两端向周期中心依次为第一至第八槽孔对，其中每一槽孔对由左槽和右槽构成；对于左槽或右槽其中一侧的槽孔，第一与第二槽孔之间轴向距离为P/10，第二与第三槽孔之间轴向距离为P/40，第三与第四槽孔之间轴向距离为P/24，第四与第五槽孔之间轴向距离为7P/120，第五与第六槽孔之间轴向距离为P/40，第六与第七槽孔之间轴向距离为P/60，第七与第八槽孔之间轴向距离为P/40；

其中最靠近周期中心的第八槽孔对，左槽和右槽之间的距离为7P/120。

各区段参数如下表所示：

表1各区段设计参数

水平极化漏缆在3300～3700MHz百米衰减5～19dB，水平极化方向耦合损耗(95％，2米距离)61～77dB，耦合损耗比垂直方向上普遍高出12dB，测试数据如下：

3500MHz双缆各方向综合损耗对比，如图7所示；2600MHz双缆各方向综合损耗对比，如图8所示。

信道独立性测试漏缆主极化方向和交叉极化方向损耗。其中：

垂直极化漏缆，结果如下表2所示：

表2垂直极化漏缆性能测试

其中测试线路半边长350米，垂直极化漏缆第一段从0米到270米，第二段从270米到320米，第三段从320米到350米；另一侧与之对称。

水平极化漏缆，结果如表3所示：

表3水平极化漏缆性能测试

其中测试线路半边长350米，水平极化漏缆第一段从0米到265米，第二段从265米到325米，第三段从325米到350米；另一侧与之对称。

每种漏缆交叉极化方向上的综合损耗相对于另一种漏缆的主极化方向的数值要低很多，这样相互之间的干扰变得更低，提高了线路的不相关性。

本实施例使用的两根漏缆分别采用主极化方式为水平方向和垂直方向的两根漏缆。具体体现的漏缆性能上的指标为，漏缆主极化方向上的距离漏缆正面2米处的耦合损耗比交叉极化方向上的耦合损耗普遍要高10dB以上。这样使用两根漏缆同时传输同频或多组频段相近信号时，两者主极化方向错开，产生极化分集效应，增加系统抗衰落的能力。

且本实施例采用分段耦合式槽孔组合方法，使得原先最大250米长度的系统综合损耗指标可以设计成最大350米的长度方案。即350米的漏缆从信号发射端按照电缆衰减由小至大、耦合损耗由大至小分段组合，这样每个点的综合损耗(电缆到达当前长度的衰减值加上该点的耦合损耗值)基本接近，比原先固定衰减和耦合的单结构漏缆系统综合损耗更优。

本实施例的MIMO双漏缆系统具体使用频段为800～3700MHz，并在5G频段上实现双极化MIMO系统，以此提升5G通信的信道容量。其中主极化方式为垂直方向的漏缆的垂直方向耦合损耗比水平方向的耦合损耗要高出10dB以上；同理，主极化方式为水平方向的漏缆的水平方向耦合损耗比垂直方向高出10dB以上。且位于设计长度上，同一长度位置的主极化为垂直方向的漏缆的垂直方向耦合损耗与该位置主极化为水平方向的漏缆的水平方向综合损耗差值不应超过3dB。两根漏缆交叉极化方向的信号功率比前者低10dB以上，对整体传输影响很小可忽略不计。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。