[發明專利]一種提升車載端多天線通信容量的方法和系統

有效

• 申請號: 201210064675.3
• 申請日: 2012-03-13
• 公開（公告）號: CN102624431A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 羅萬團;趙亞軍;方旭明;耿鵬;江海
• 申請（專利權）人: 中興通訊股份有限公司
• 主分類號: H04B7/04
• 分類號: H04B7/04;H04W16/18
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 薛祥輝

技術領域

本發明涉及通信領域，尤其涉及一種提升車載端多天線通信容量的方法和系統。

背景技術

隨著世界各國鐵路，特別是高速鐵路的建設和發展，鐵路通信面臨著巨大的挑戰。列車的無線通信關系著列車的可靠運行和乘客的通信服務體驗。同時，由于理論和技術限制，現有的移動通信技術在高速移動情況下面臨通信性能的急劇下降的問題。高鐵沿線的地形多種多樣，如開闊平原、高架橋、山區、城區、隧道等，對于快速運動的列車來說，不同的地形下的無線信道差別很大。不管是何種地形，速度越高，對無線通信的影響越大，解決難度也越大，對技術要求也越高。

隨著LTE-R(Long?Term?Evolution?for?Railway)和智能交通系統的發展，使得車載端多天線技術在交通運輸場景(如車對車通信、高速鐵路車地通信等)的應用成為一個熱點。鐵路無線通信要求更可靠的通信鏈路和更高的數據率，在保障行車安全的同時，滿足車內旅客各種各樣的通信業務。因此，在鐵路場景下揭示多天線技術應用的有效性、挖掘多天線技術的應用潛力具有非常重要的意義。

鐵路無線通信網絡沿鐵路采用線性覆蓋。同時，為了避免列車車體對無線信號的巨大衰減，車內用戶與地面基站之間一般采用兩跳鏈路傳輸，即“車載中繼站-地面基站”鏈路與“車內”鏈路。如果車載中繼站采用多天線陣列，在高架橋和開闊地時，列車周圍幾乎沒有反射體和散射體，可以認為基站和車載中繼站視距LOS(Line-of-Sight)傳輸，該結論也與工程實際測試結果吻合。在LOS傳輸下，無線信道多徑分量較少且延遲不大，可以認為是K因子較大的萊斯信道。也就是說，多徑效應在高架橋和開闊地的鐵路環境下并不明顯。

無線通信中(包括鐵路無線通信)，面臨信道的多徑效應，通信終端移動造成的多普勒效應等問題的挑戰。多輸入多輸出(Multiple-Input?Multiple-Output，MIMO)多天線系統不需要增加頻率資源，利用多經效應來提高數據吞吐量，也提高了無線通信的可靠性。

現有的與通信容量有關、車載環境下的多天線應用的方案包括以下幾種：

(1)公開號為102324958A，名稱為一種用于高速鐵路環境下的MIMO系統中的無線通信方法中，提出一種基于分布式光載無線的高速鐵路寬帶無線接入系統，通過在鐵路沿線布置一定間隔的射頻拉遠單元(RRU)，RRU與基帶單元(BBU)用光纖連接，同時利用車載GPS獲得列車位置信息，來激活所需的RRU進行車地通信。該方案需要改造現有鐵路沿線網絡，建設密集的RRU，同時依靠準確的GPS定位，其成本會非常高，可能會破壞鐵路現場已有的任何地面硬件設施和設備，而且在隧道、山區等鐵路特殊地段會存在GPS盲區，這些將影響到該方案的整體性能。

(2)公開號為101771455A，名稱為一種采用雙天線分集接收技術的GSM-R通信模塊中，提出采用雙天線分集接收技術的GSM-R通信模塊，通過對傳統的GSM-R通信模塊的改進，采用兩根天線進行信號接收來獲得分集增益。該方案是在現在GSM通信模塊的改進，不滿足未來鐵路網絡LTE-R的發展趨勢，在大多數信號條件較好的鐵路LOS環境下，也沒有獲得多天線的容量增益。

(3)公開號為102201893A，名稱為多天線組播系統基于最大最小波束成型的容量估計方法中，提出利用延遲信道狀態信息和多普勒頻移對每個用戶的接收信噪比進行估計，然后補償延遲信道狀態信息對系統容量的影響，獲得較大的系統傳輸速率的提升。該專利需要對用戶的信道狀態信息進行估計獲得匹配系統容量，在鐵路環境下信道狀態信息的估計比較困難，難以獲得多天線系統的容量提升。

(4)文獻號為US2008227387，名稱為LOS?MIMO?BEAMFORMING中，提出MIMO系統一般用于NLOS(non-LOS)環境，其給出了一種LOS環境下點到點通信系統，包含第一發射機通過電磁波發送信息給發送第一接收機。第一發射機使用一定數量的天線，通過不同頻率的波束將信息發射出去。收發端之間的中繼放大器(repea?ter)根據發送端所用的波束將信息進行中繼放大，達到點到點通信的目的。該專利利用不同中繼放大器，將LOS環境下的點到點通信，通過使用不同頻率的波束來實現，但是并沒有涉及容量提升問題。