[發明專利]基于廣播的LTE-R同步操控通信系統及切換方法

有效

• 申請號: 201310601909.8
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN103813403A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 吳昊;趙笑楠;袁天洋;劉曉曼;孫乾;胡軼男
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H04W36/30
• 分類號: H04W36/30;H04W60/00;H04W76/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本發明涉及LTE-R鐵路數字專用移動通信領域，尤其涉及基于廣播的LTE-R同步操控通信系統及切換方法。

背景技術

LTE-R是TD-LTE技術應用于鐵路環境中的移動通信系統，保留了LTE的大體結構，由于重載鐵路專網通信與移動公網通信側重點不同，要求列車整個運行全程保持機車同步控制，越區切換十分頻繁。

越區切換是指移動臺在呼叫進行時，從一個服務小區移動到另一個服務小區時，維持呼叫繼續進行的過程。LTE切換過程一般可以分為四個部分：測量，處理，決策和執行。切換測量是由用戶UE在下行鏈路進行的。處理是為了過濾掉快衰落效應，這些處理測量要以周期性或事件觸發的形式報告給服務基站eNodeB。切換的開始基于切換測量的決策，如果某些條件得到滿足，系統在目標小區上分配、激活1個新信道，并將移動臺切換到這個新信道上進行通話。切換完成后，釋放原來的舊信道。

所謂的重載列車的機車同步控制，就是指當列車編組中的機車多于一個時，為了使列車安全、穩定的運行，對機車的控制必須實現同步——同步啟動、同步加速、同步減速、同步制動。如果滿足不了同步，則會容易引起機車間的擠壓或脫鉤，在列車控制中，這些現象都是非常危險的。所以就需要在機車上安裝提供首尾機車實時可靠通信的控制數據傳輸系統，以保證司機對控車指令的傳達。

傳統的同步操控系統用450MHz或800MHz無線電臺進行通信，通信方式為點對點，不能很好的滿足機車同步控制的需要，當兩臺個機車間相隔超過1公里時，通話質量明顯下降。且電臺都采用相同頻段，同頻干擾現象嚴重。我國現有的重載運輸鐵路專線已普遍采用機車重聯無線同步控制系統，除大秦線有GSM-R網絡支持外，其他各線還是采用既有的通信方式。對于地形較復雜的山區或隧道地段，450MHz或800MHz高頻信號存在較多的弱場區，使得整個通信系統安全可靠運行存在隱患。

我國煤炭重載運輸專線大多途徑中西部地區，沿線山區環境復雜，隧道繁多，坡度陡峭，都對通信提出了更高的要求。結合生產運輸過程中遇到的實際問題，如何保證機車重聯無線同步控制系統傳輸同步操控信息的可靠性面臨著很大的挑戰。

發明內容

為了彌補我國現有的重載運輸鐵路機車重聯無線同步控制系統的不足，本發明提供了一種基于數據廣播的LTE-R同步操作和控制通信系統，該系統消除了距離對重載列車編組數量的限制，加強了重載列車的通信穩定性和安全可信性，提高了山區或隧道等弱場覆蓋地區的通信可靠性。

本發明的目的在于避免上述現有技術中的缺陷而提供了基于廣播的LTE-R同步操控通信系統及切換方法，本發明采取了如下技術方案：包括核心網EPC模塊，核心網EPC模塊主要由移動管理實體MME、歸屬簽約用戶服務器HSS、服務網關S-GW、分組數據網網關P-GW等網元組成，以有線方式與基站eNodeB相連接；

基站eNodeB模塊，基站eNodeB架設在鐵路沿線，為列車機車終端提供一定頻率的信號，使得列車機車終端數據傳輸鏈路始終處于連接狀態；

列車終端模塊，列車終端模塊包含位于一列主控機車上的終端和分別位于三輛從控機車上的終端，通過無線傳輸鏈路與基站eNodeB相連接；

列車列尾模塊，列車列尾模塊位于最后一列從控機車上，通過無線鏈路與其他機車進行通信。

列控數據實時傳輸系統，在調度中心設置核心網EPC模塊，優選基站eNodeB模塊沿列車運行線路呈線狀分布；為減小系統內干擾，頻率規劃采用5M異頻組網，相鄰小區采用不同載波頻率。

基于數據廣播的LTE-R同步操控通信系統切換方法，包括如下步驟：

步驟1）網絡側注冊，列車在始發站出發前，列車機車終端進行網絡注冊登記，根據列車車次號確定列車行駛經過小區的切換順序列表；

步驟2）數據傳輸鏈路建立，由核心網EPC模塊開啟覆蓋當前服務小區的天線，由網絡分配給列車機車終端固定頻率和時隙給該列車，建立數據傳輸鏈路；

步驟3）切換，列車進入當前服務小區與切換目標小區重疊區域時，根據預定切換準則，核心網EPC模塊根據小區的切換順序列表開啟覆蓋切換目標小區的基站天線，并建立當前服務小區與切換目標小區基站間的數據連接，列車發送上行鏈路信號到切換目標小區，當整列火車均切換入切換目標小區時，核心網EPC模塊根據切換策略關閉覆蓋當前服務小區的天線；列車一直向終點站進發，核心網EPC模塊根據預定切換準則和小區的切換順序列表不斷地進行切換；