《一種線纜系統》是奇點新源國際技術開發（北京）有限公司於2012年5月18日申請的發明專利，該專利申請號為2012101569646，公布號為CN102685673A，專利公布日為2012年9月19日，發明人是邵起明。該發明涉及通信技術領域。
《一種線纜系統》公開了一種線纜系統，能夠實現室內外環境中的快速數據通信和精確目標定位。該發明實施例提供的線纜系統包括多根線纜和多個連線器，每根線纜的內部設定有至少一個無線收發單元，所述無線收發單元連線至線纜內部的匯流排，不同線纜之間通過所述連線器相連線，所述無線收發單元，能夠接收來自無線終端的無線數據，將接收到的無線數據調製到匯流排上，在共享匯流排或獨立的高速數據轉發匯流排上轉發所述無線數據，以及，將從所述共享匯流排或獨立的高速數據轉發匯流排上轉發來的無線數據傳送至相應的無線終端；所述連線器，至少連線有第一線纜和第二線纜，能夠將來自第一線纜上的無線數據轉發至第二線纜上。
2017年12月，《一種線纜系統》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種線纜系統》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種線纜系統
- 公布號：CN102685673A
- 公布日：2012年9月19日
- 申請號：2012101569646
- 申請日：2012年5月18日
- 申請人：奇點新源國際技術開發（北京）有限公司
- 發明人：邵起明
- 地址：北京市海淀區高粱橋斜街19號34幢212室
- 分類號：H04W64/00(2009.01)I、H04L12/40(2006.01)I、H04B1/38(2006.01)I
- 類別：發明專利
- 代理機構：北京市隆安律師事務所
- 代理人：權鮮枝
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著信息技術的飛速發展，人們對室內和室外的數據通信及定位的需求日益增大，從學校、寫字樓到礦井、隧道、野外，如何解決各種套用環境下數據通信及定位已成為業界研究的重要課題之一。
2012年之前的無線數據通信技術主要採用在室外搭建基站，利用基站和終端之間通信實現室內外數據的傳輸。而在定位技術方面，針對室外主要採用全球衛星定位導航系統（Global Positioning System,GPS），針對室內2012年之前較流行的方式為WiFi定位。
發明人在實現《一種線纜系統》的過程中發現技術中至少存在如下缺陷：的無線通信系統採用基站進行數據通信時，由於基站架設在開放的空間中，功率消耗比較大，且帶來了較大的電磁輻射，造成了環境污染；並且，方案未提出同時適用於室內和室外定位系統，GPS不適於室內定位，而WiFi的定位精度十分有限，若要提高WiFi的定位精度時會導致設備成本和系統複雜度都大幅度增加，在實際中的可行性較小，而超音波方式、紅外方式等其它的定位技術，在大規模套用和施工中也都具有成本過高、受環境干擾大、施工複雜等缺點。
發明內容
專利目的
《一種線纜系統》提供了一種線纜系統，以解決系統數據傳輸時的功耗、輻射較大，以及定位設備的施工複雜、定位精度低的問題等。
技術方案
《一種線纜系統》實施例提供了一種線纜系統，所述系統包括多根線纜和多個連線器，每根線纜的內部設定有至少一個無線收發單元，所述無線收發單元連線至線纜內部的匯流排，不同線纜之間通過所述連線器相連線，所述無線收發單元，能夠接收來自無線終端的無線數據，將接收到的無線數據調製到所述匯流排上，在匯流排上轉發所述無線數據，以及，將從所述匯流排上轉發來的無線數據傳送至相應的無線終端；所述連線器，至少連線有第一線纜和第二線纜，能夠將來自第一線纜上的無線數據轉發至第二線纜上。
改善效果
《一種線纜系統》實施例的有益效果是：該發明實施例將無線通信功能集成在形態較小的硬體電路板中形成無線收發單元，並將微型無線收發單元封裝線上纜中，從而能夠通過鋪設線纜構造一種新型的通信系統，實現數據通信和精確定位。該發明實施例的線纜系統能夠實現室內外的快速數據通信和精確的目標定位。
該方案通過在密閉的線纜中實現數據通信和目標定位，顯著降低了系統功耗，避免了電磁輻射對環境的污染，且不易受到外界環境的干擾，保密性較好。該方案的線纜施工鋪設簡單，成本較低，擴展性強，具有較廣的套用前景。
附圖說明
圖1為《一種線纜系統》實施例一提供的利用連線器將兩根線纜連線起來的場景示意圖；
圖2為該發明實施例二提供的兩個無線終端線上纜系統中進行數據傳輸的場景示意圖。
權利要求
1.一種線纜系統，其特徵在於，所述系統包括多根線纜和多個連線器，每根線纜的內部設定有至少一個無線收發單元，所述無線收發單元連線至線纜內部的匯流排，不同線纜之間通過所述連線器相連線，所述無線收發單元，能夠接收來自無線終端的無線數據，將接收到的無線數據調製到所述匯流排上，在匯流排上轉發所述無線數據，以及，將從所述匯流排上轉發來的無線數據傳送至相應的無線終端；所述連線器，至少連線有第一線纜和第二線纜，能夠將來自第一線纜上的無線數據轉發至第二線纜上。
2.根據權利要求1所述的線纜系統，其特徵在於，所述無線收發單元以預定長度的間隔設定線上纜內部。
3.根據權利要求1或2所述的線纜系統，其特徵在於，所述匯流排包括共享匯流排和獨立於所述共享匯流排的數據轉發匯流排，所述無線收發單元和所述連線器分別連線在所述共享匯流排和數據轉發匯流排上；所述無線收發單元或者所述連線器，利用所述共享匯流排進行線纜系統中數據的傳輸，並在共享匯流排上轉發數據量大於容量閾值時，啟用數據轉發匯流排，利用數據轉發匯流排線上纜中轉發數據。
4.根據權利要求3所述的線纜系統，其特徵在於，所述無線收發單元和連線器分別具有唯一標識，所述連線器中保存路由信息表，所述路由信息表中記錄無線收發單元和連線器的唯一標識；所述連線器，在連線有多根線纜時能夠利用所述路由信息表從所連線的多根線纜中選取相應的線纜，將無線數據轉發至所選取的線纜上。
5.根據權利要求4所述的線纜系統，其特徵在於，所述連線器還具有無線收發功能模組，所述無線收發功能模組，能夠將匯流排上轉發來的無線數據傳送至相應的無線終端。
6.根據權利要求5所述的線纜系統，其特徵在於，所述連線器包括識別功能模組，所述識別功能模組，能夠識別無線收發單元接收到的來自無線終端的無線數據的類型，所述無線數據的類型包括通信請求數據和定位請求數據；所述通信請求數據中攜帶目標設備的標識，所述目標設備包括無線收發單元和/或連線器。
7.根據權利要求6所述的線纜系統，其特徵在於，當來自無線終端的無線數據為通信請求數據時，所述連線器從接收到通信請求數據的各無線收發單元選取第一無線收發單元，並控制將第一無線收發單元接收到的無線數據轉發至目標設備；其中，所述第一無線收發單元為信號質量大於閾值的無線收發單元，或者，第一無線收發單元為與目標設備位於同一根線纜且信號質量大於閾值的無線收發單元。
8.根據權利要求6所述的線纜系統，其特徵在於，所述系統還包括計算中心伺服器；當來自無線終端的無線數據為定位請求數據時，接收到所述定位請求數據的各無線收發單元分別對所述無線終端進行測量，得到定位信息；所述各無線收發單元，分別將所述定位信息通過匯流排和連線器傳送至所述計算中心伺服器；所述計算中心伺服器，根據獲得的定位信息對無線終端進行定位。
9.根據權利要求8所述的線纜系統，其特徵在於，所述定位信息中至少包括信號強度、傳播時延、入射角度和信號頻率。
實施方式
《一種線纜系統》的技術構思主要在於基於線纜構造一種新型的通信系統，該系統能夠在室內、室外的環境中實現數據的無線通信且能夠提供高精度的定位。
該發明實施例一提供的一種線纜系統包括：多根線纜和多個連線器，每根線纜的內部設定有至少一個無線收發單元，所述無線收發單元連線至線纜內部的匯流排，不同線纜之間通過所述連線器相連線。該線纜系統中的匯流排包括共享匯流排和獨立於所述共享匯流排的數據轉發匯流排。共享匯流排可以用於系統中所有類型數據（包括需要轉發的數據、控制信令等）的傳輸，而數據轉發匯流排為獨立的高速匯流排，主要負責數據的轉發。無線收發單元和連線器分別連線在所述共享匯流排和數據轉發匯流排上，當系統中的數據轉發量較小時，所有數據都可以通過共享匯流排傳輸，數據轉發匯流排為一種備用的高速匯流排，當共享匯流排上的轉發數據量大於容量閾值時，所述無線收發單元或者所述連線器啟用數據轉發匯流排，利用數據轉發匯流排線上纜中轉發數據。這種設計保證了線纜系統中數據的快速傳輸。
所述無線收發單元，能夠接收來自無線終端的無線數據，將接收到的無線數據調製到所述匯流排（如共享匯流排）上，在共享匯流排或獨立高速匯流排（數據轉發匯流排）上轉發所述無線數據，以及，將從所述共享匯流排或獨立高速匯流排上轉發來的無線數據傳送至相應的無線終端；
所述連線器，至少連線有第一線纜和第二線纜，能夠將來自第一線纜上無線收發單元或連線器的無線數據轉發至第二線纜上的無線收發單元或連線器。
為了便於清楚描述該發明實施例的技術方案，在發明的實施例中，採用了“第一”、“第二”等字樣對功能和作用基本相同的相同項或相似項進行區分，該領域技術人員可以理解“第一”、“第二”等字樣並不對數量和執行次序進行限定。上述第一線纜和第二線纜可以為線纜系統中連線至同一連線器的任兩根不同的線纜。連線器實現不同線纜之間的連線和數據轉發。
參見圖1，顯示了兩根線纜3通過連線器2相連線的場景。每根線纜中設定有多個無線收發單元1。該無線收發單元1是通過將無線通信協定集成於形態較小的硬體電路板中得到的一種具有無線通信能力的硬體設備，供無線終端的接入和數據通信使用等。
該發明實施例中的線纜主要考慮採用電纜實現，然而，該方案也可以適用於使用光纜的場景。
由上所述，該發明實施例將無線通信功能集成在形態較小的硬體電路板中形成無線收發單元，並將微型無線收發單元封裝線上纜中，從而能夠通過鋪設線纜構造一種新型的通信系統，實現數據通信和精確定位。該發明實施例的線纜系統能夠實現室內外的快速數據通信和精確的目標定位。
該方案通過在密閉的線纜中實現數據通信和目標定位，顯著降低了系統功耗，避免了電磁輻射對環境的污染，且不易受到外界環境的干擾，保密性較好。該方案的線纜施工鋪設簡單，成本較低，擴展性強，具有較廣的套用前景。
下面對該發明實施例二提供的線纜系統進行說明。
- 微型無線收發單元
該實施例中將形態較小的無線收發單元（或稱為微型無線收發單元）設定於線纜中，生成具有定位和無線通信能力的通信線纜，即該通信線纜為一種在其內部容納有微型無線收發單元和用於傳輸信息的匯流排的線纜。例如，將微型無線收發單元設定在寬度為2厘米、厚度為0.5厘米的線纜中形成通信線纜，或者，將微型無線收發單元設定在直徑為15毫米的線纜中形成通信線纜等等。該系統通過無線收發單元與線纜的上述結構設計，能夠達到功耗低、電磁輻射小，且不易受到外界環境的干擾、保密性較好的技術效果。
該實施例中無線收發單元以預定長度L的間隔設定線上纜內部。L具體數值的選取需要考慮系統成本、通信需求和定位精度等多種因素，L的值越大系統成本越低，L的值越小系統定位精度越高，通過L值的選取使系統性能最最佳化。示例性的，L的數值可以選取為2.5米、5米和10米。
該發明實施例中根據通信環境需要，鋪設上述通信線纜，使通信線纜貫穿所需定位或者傳輸數據的空間，線纜中的微型無線收發模組線上纜周圍形成無線接入網路，並通過線纜內部的高速共享匯流排（或高速的數據轉發匯流排）來傳輸數據。
上述微型無線收發模組需要具有信號測量功能，以對需要定位的物體進行測量得到定位信息，上述微型無線收發模組也可以具有簡單的數據解析和識別功能，例如，所述無線收發單元包括識別功能模組，對接收到的數據包的包頭進行解析，從而識別出接收到的來自無線終端的無線數據的類型，所述無線數據的類型包括通信請求數據和定位請求數據。
- 連線器
連線器是一種硬體設備，該連線器中保存路由信息表，以利用該路由信息表線上纜系統中進行數據傳輸。
該線纜系統中每個無線收發單元和連線器分別具有唯一標識，則所述路由信息表中記錄無線收發單元和連線器的唯一標識，例如，第一連線器上保存的路由信息表可以記錄線纜系統中所有無線收發單元的標識和除第一連線器之外的其它連線器的標識。該線纜系統中由於以線性的網路結構為基礎，無線收發單元和連線器的標識可以採用按順序連續的編號實現，從而簡化了路由信息表的構成，便於系統維護。
上述連線器，在連線有多根線纜時能夠利用所述路由信息表從所連線的多根線纜中選取相應的線纜，將無線數據轉發至所選取的線纜上。
進一步的，上述連線器還可以具有控制和管理無線收發單元的功能。初始搭建系統時，在為無線收發單元和連線器配置標識時，對某一連線器配置其所能控制的無線收發單元的標識，則該連線器可以在共享匯流排上對其所能控制的無線收發單元進行監聽和管理。這種情況下，考慮到連線器的監聽範圍也是有限的，所以當一根線纜的長度過長時，不但需要在不同線纜的連線處設定連線器，在該線纜中每隔預定距離（如1公里），也需要設定連線器。
並且，在通信線纜遇到分叉或者線纜工作所需的功率不足時，也可以採用連線器進行連線，從而使線纜系統能夠不斷延伸，且布線方式靈活，系統擴展性較強。
進一步的，所述連線器還可以具有無線收發功能模組。該無線收發功能模組，能夠將匯流排（高速共享匯流排或高速的數據轉發匯流排）上轉發來的無線數據傳送至相應的無線終端。即該實施例中連線器可以作為數據傳輸中的一個目標設備，當利用匯流排將數據轉發至連線器時，作為目標設備的連線器可以直接將該數據利用無線方式傳送至無線終端。
上述連線器也可以具有簡單的數據解析和識別功能。例如，所述連線器包括識別功能模組，對無線收發單元接收到的數據包的包頭進行解析，從而識別出接收到的來自無線終端的無線數據的類型，所述無線數據的類型包括通信請求數據和定位請求數據。
- 數據通信
無線收發單元接收到來自無線終端（如UE）的無線數據後，會對無線數據進行簡單的識別，以獲知當前所需執行的業務類型。
當無線收發單元通過識別功能模組識別出來自無線終端的無線數據為通信請求數據時，連線器從接收到通信請求數據的各無線收發單元選取第一無線收發單元，並控制將第一無線收發單元接收到的無線數據轉發至目標設備，其中，所述第一無線收發單元為信號質量大於閾值的無線收發單元，或者，第一無線收發單元為與目標設備位於同一根線纜且信號質量大於閾值的無線收發單元。
下面結合圖2，以無線終端UE1需要與無線終端UE2進行數據傳輸的場景為例說明該線纜系統中的數據傳輸過程。圖2中通過連線器2將三條線纜連線在一起，UE1和UE2中可以設定有微型無線收發單元，或者，具有可以與微型無線收發單元通信的功能單元。
1：UE1傳送無線數據，請求與UE2進行數據傳輸，則該無線數據為通信請求數據，通信請求數據中攜帶目標設備的標識，如無線收發單元的標識和/或連線器的標識。該場景中的通信請求數據可以攜帶無線收發單元16的標識和UE2的終端號碼。
2：無線收發單元接收無線數據。
連線器通過共享匯流排監聽無線收發單元接收到的無線數據，識別出當前的業務為數據傳輸，且目標設備為無線收發單元16。
第一種情況中，無線收發單元11、12和13接收到了UE1的通信請求數據，這種情況中，接收到無線數據的無線收發單元和目標設備不位於同一線纜中，連線器判斷出無線收發單元11的信號質量較好，如無線收發單元11的信號質量大於預定閾值，則接收器將無線收發單元11選取作為通信起始端的第一無線收發單元，控制將第一無線收發單元接收到的無線數據轉發至目標設備，而控制無線收發單元12和13不再傳輸所接收到的無線數據，如直接丟棄所接收到的無線數據。
由上，這種情況中，連線器所選取到的第一無線收發單元為信號質量大於閾值的無線收發單元；第二種情況中，無線收發單元11、12、14和15接收到了UE1的通信請求數據，這種情況中，接收到無線數據的無線收發單元具有與目標設備位於同一線纜中的無線收發單元14和15，則優先考慮無線收發單元14和15。連線器判斷出無線收發單元14的信號質量較好，如無線收發單元14的信號質量大於預定閾值，則接收器將無線收發單元14選取作為通信起始端的第一無線收發單元，控制將第一無線收發單元接收到的無線數據轉發至目標設備，而控制無線收發單元11、12和15不再傳輸所接收到的無線數據，如直接丟棄所接收到的無線數據。
由上，這種情況中，連線器所選取到的第一無線收發單元與目標設備位於同一根線纜且信號質量大於閾值的無線收發單元。
3：在匯流排（高速共享匯流排或高速的數據轉發匯流排）上將無線數據轉發至目標設備。
以上述第一無線收發單元為無線收發單元11，目的設備為無線收發單元16進行說明，無線收發單元11將通信請求數據傳送至連線器2，連線器2根據所保存的路由信息表，將通信請求數據傳送至無線收發單元16所在的線纜，並通過該線纜上的匯流排將通信請求數據傳送至無線收發單元16。
4：UE2接收無線數據。
作為目標設備的無線收發單元16通過無線方式將UE1的通信請求數據傳送至UE2，實現UE1和UE2之間的數據通信。
作為一種可選的方式，在選取了作為通信起始端的無線收發單元後，通信起始端的無線收發單元和目標設備也可以直接通過無線的方式進行通信。
- 精確定位
該線纜系統還設定有計算中心伺服器，用於對線纜系統進行管理，以及對定位信息進行運算。
在對目標定位時，該實施例主要從無線收發單元的間距設定、無線收發單元所採集的信號特徵以及定位算法等多個方面來控制定位精度。
連線器通過共享匯流排監聽無線收發單元接收到的無線數據，識別出當前的業務為目標定位，則控制接收到所述定位請求數據的各無線收發單元分別對所述無線終端進行測量，得到定位信息；或者，無線收發單元在自身識別出接收到的無線數據為定位請求數據時，也可自行對無線終端進行測量，自動收集與無線終端的無線信號相關的參數。
各無線收發單元分別將測量到的定位信息傳輸給計算中心伺服器，如無線收發單元與計算中心伺服器位於同一線纜中時，直接通過匯流排將定位信息傳送至計算中心伺服器，或者，無線收發單元將定位信息轉發至連線器，由連線器轉發該定位信息，直至到達計算中心伺服器。
計算中心伺服器根據獲得的定位信息對無線終端進行定位，如計算中心伺服器根據線纜系統中不同位置的無線收發單元所收集的定位信息來識別目標物體並採用聯合計算的方式確定目標物體的精確位置。
該實施例中所採用的定位信息至少包括所測量到的無線終端（目標物體）的信號強度、傳播時延、入射角度和信號頻率。利用這些定位信息作為參考，可以通過與線纜中的無線收發單元最近鄰的位置定位方法、根據無線信號強度實現的多點聯合定位方法、根據無線信號傳播時延實現的多點聯合定位方法等，計算得到目標物體的位置。該線纜系統的定位精度能夠達到厘米級。
該發明提供的線纜系統能夠套用於室內和室外中的數據傳輸和精確定位，尤其能夠方便地部署在封閉的室內環境中，實現對目標物體的高精度定位。該線纜系統無需架設基站和天線，施工便捷、成本低，是一種新型的通信和定位系統。
以上所述僅為該發明的較佳實施例而已，並非用於限定該發明的保護範圍。凡在該發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在該發明的保護範圍內。
榮譽表彰
2017年12月，《一種線纜系統》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
