[發(fā)明專利]鏈狀覆蓋雙鏈路移動通信系統(tǒng)及波束分集和接力切換方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410083734.0
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103916918A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳霞;姚冬萍;熊磊
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號: H04W36/08
• 分類號: H04W36/08;H04W36/18;H04B7/04
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鐵路移動通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動通信系統(tǒng)及波束分集和接力切換方法。

背景技術(shù)

中國的列車控制系統(tǒng)（CTCS）中通過鐵路移動通信系統(tǒng)提供高可靠的車地雙向無線通信，目前我國鐵路采用的是綜合數(shù)字移動通信GSM-R系統(tǒng)，發(fā)展的方向是演進(jìn)到基于3GPP的鐵路移動通信系統(tǒng)（LTE-R）。

上述無論是GSM-R還是LTE-R網(wǎng)絡(luò)，因其受到既定標(biāo)準(zhǔn)無線傳輸技術(shù)的限制和系統(tǒng)干擾管理的要求，相鄰小區(qū)都會配置不同的無線頻率資源，因此越區(qū)接力切換是以傳統(tǒng)方式實現(xiàn)的硬切換，即切換執(zhí)行過程中移動臺先斷開與原基站的連接、后建立與目標(biāo)基站連接，這樣的硬切換不可避免地存在切換中斷，可能造成傳輸延遲和數(shù)據(jù)丟失。同時，由于在鐵路環(huán)境中列車處于高速移動狀態(tài)，車地?zé)o線鏈路上的多普勒效應(yīng)尤為顯著：在小區(qū)中心區(qū)域，移動臺高速移動經(jīng)過在基站附近，天線所收到的來自當(dāng)前基站的信號會經(jīng)歷快速的多普勒頻移的跳變；在相鄰小區(qū)重疊區(qū)，移動臺天線會收到來自原基站和目標(biāo)基站的足夠強的信號，因正處于小區(qū)邊緣，移動臺隨列車遠(yuǎn)離原基站而靠近目標(biāo)基站，相對移動方向相反，兩路到達(dá)信號多普勒頻偏接近最大值而符號相反。硬切換的執(zhí)行需服務(wù)于用戶的無線鏈路快速轉(zhuǎn)換，移動臺接收信號的多普勒頻移快速跳變需要極高速而準(zhǔn)確的頻率同步。對于采用單頻組網(wǎng)（SFN）的LTE網(wǎng)絡(luò)，低速環(huán)境下本可以實現(xiàn)軟切換，但相鄰小區(qū)信號經(jīng)兩條多普勒頻偏差顯著的路徑后在終端天線處疊加即相當(dāng)于人為引入頻譜擴展，這樣的傳播現(xiàn)象會造成信號劇烈、快速、隨機的頻率頻移甚至頻譜擴展，導(dǎo)致接收信號失真，未能及時、準(zhǔn)確消除的失真會導(dǎo)致傳輸性能下降，特別對基于正交頻分復(fù)用（OFDM）的LTE信號來說，會引起嚴(yán)重的子載波間干擾，這些現(xiàn)象可能造成業(yè)務(wù)及信令數(shù)據(jù)的突發(fā)差錯，甚至導(dǎo)致關(guān)鍵數(shù)據(jù)的延遲甚至通信中斷，對于列車的行車安全而言，是不可忽視的隱患。

針對上述問題，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界在切換性能和多普勒現(xiàn)象方面采取的主要措施有：針對切換性能的優(yōu)化無線覆蓋以滿足鐵路專用通信的嚴(yán)格指標(biāo)、采用特殊的切換算法保證切換成功率和采用選擇性合并接收的雙鏈路方式實現(xiàn)無縫切換等；針對高速移動引起的多普勒現(xiàn)象則主要是關(guān)注快速多普勒頻移校正算法。上述措施雖然在一定程度上能分別改善切換或傳輸性能，但因未同時考慮兩方面的影響，引起在列車的實際環(huán)境中的適用性和性能尚待進(jìn)一步改善。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種針對鐵路（及公路、水運等）交通運輸環(huán)境中鏈狀覆蓋雙鏈路移動通信系統(tǒng)及波束分集和接力切換方法，在接力切換的全程保持至少有一條鏈路保持著信息傳輸，實現(xiàn)了“先連接后中斷”的軟切換，改善了切換的傳輸性能，提高了列車的安全性。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體為：一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動通信系統(tǒng)，包括服務(wù)區(qū)的若干個小區(qū)，所述相鄰的小區(qū)之間部分重疊，所述每個小區(qū)內(nèi)設(shè)有基站，隨交通工具高速移動的車載移動臺通過沿鐵路線鏈狀覆蓋的鐵路移動通信網(wǎng)絡(luò)與所述基站通信，所述車載移動臺包括合并器及其配備的分別位于列車兩端的前端無線鏈路和后端無線鏈路，所述前端無線鏈路和后端無線鏈路的自適應(yīng)天線的間距足夠大，所述前端無線鏈路和后端無線鏈路接收的數(shù)據(jù)由所述合并器采用合并算法合并來自所述兩條無線鏈路的接收信號實現(xiàn)分集后輸送給所述業(yè)務(wù)功能單元。

所述前端無線鏈路和后端無線鏈路均包括位于列車車廂內(nèi)的鏈路收發(fā)信機和安裝在車外的具有波束賦形功能的自適應(yīng)天線，所述鏈路收發(fā)信機和自適應(yīng)天線通過貫穿列車車體的饋線相連接構(gòu)成一條車地之間的雙向無線傳輸通道。

所述合并算法為最大比合并算法、等增益合并算法或者根據(jù)列車的自身性能和復(fù)雜度要求自行設(shè)定。所述前端無線鏈路和后端無線鏈路的自適應(yīng)天線分別置于列車的首、尾兩端。

所述服務(wù)區(qū)為一個大整體的網(wǎng)絡(luò)或者按照地理位置劃分的若干個區(qū)域，所述每個區(qū)域組建多個子網(wǎng)，所述每個子網(wǎng)包含若干個小區(qū)。

一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動通信系統(tǒng)的接力切換方法，每一個原小區(qū)和相鄰的目標(biāo)小區(qū)的切換過程中，車載移動臺歲列車從原小區(qū)切換到相鄰的目標(biāo)小區(qū)時，所述目標(biāo)小區(qū)的基站根據(jù)通信量、服務(wù)質(zhì)量以及實時干擾情況為所述車載移動臺的通信分配切換信道，所述車載移動臺從接收到的解調(diào)數(shù)據(jù)中提取出正確的信道位置數(shù)據(jù)，正常情況下前端鏈路先發(fā)生切換，所述車載移動臺隨著列車的運行從原小區(qū)切換到相鄰的目標(biāo)小區(qū)；當(dāng)所述前端鏈路執(zhí)行失敗時，所述后端鏈路先發(fā)生切換，所述車載移動臺隨著列車的運行從原小區(qū)切換到相鄰的目標(biāo)小區(qū)。

每一個原小區(qū)和相鄰的目標(biāo)小區(qū)的切換過程中，所述前端鏈路先發(fā)生切換的過程分為以下三個階段：