[發明專利]一種多模式礦井無線通信網關及切換方法

有效

• 申請號: 201410136767.7
• 申請日: 2014-04-08
• 公開（公告）號: CN103889014B
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 張帆
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學(北京)
• 主分類號: H04W36/14
• 分類號: H04W36/14;H04W88/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明專利涉及一種適用于煤礦井下移動通信系統的通信裝置，具體地說是涉及一種多模式礦井無線通信網關及切換方法，屬通信技術領域。

背景技術

隨著煤礦信息化建設的發展和礦井通信業務的需求增加，井下逐漸出現多種無線接入網的并存趨勢，如礦井WCDMA、WiFi、UWB、WiMAX和TD-LTE等，它們與傳統的礦井移動通信網絡一起組成了一個復雜的礦井異構無線網絡環境。然而，一方面由于礦井多模式、多頻段無線通信網絡同時共存，現有礦井移動通信系統網絡覆蓋范圍有限，難以滿足井下移動用戶的多模式通信需求和異構網絡的多業務需求；另一方面，由于礦井巷道狹長、無線場強呈帶狀分布，難以采用一個中心基站進行網絡覆蓋，如果通過大量的拉遠基站實現寬帶礦井移動通信的無線覆蓋，這必然使投資成本迅速提高，就需采用礦井分布式天線技術實現WCDMA、WiFi、WiMAX和TD-LTE等異構網絡系統復用的無線接入。因此在礦井分布式天線系統架構下，如何實現井下移動終端在礦井移動通信系統與上述異構網絡之間的快速切換，以及如何保證井下移動終端在移動過程中通過切換獲得持續有效的通信服務保障尤為重要。傳統的切換方法一般采用基于移動終端接收信號強度測量的硬切換和軟切換，以及站點選擇的發送分集切換等，這些切換方法都是以移動終端測量無線信號接收強度作為切換參數，需要通過上層信令交互通知基站完成切換任務，而分布式多天線系統具有系統功率低、場強覆蓋均勻的特點，采用以井下移動終端測量所接收無線信號強度作為切換參數的切換方法來完成基站的天線選擇和無線資源管理，使得井下移動終端的測量過程和多次信令傳遞所帶來的高復雜性和傳輸時延切換方法將無法應用于多天線分布式礦井移動通信系統中，也難以滿足礦井異構無線網絡的天線選擇需求和切換要求。

發明內容

本發明的主要目的在于解決上述不足之處，將波分復用無源光網絡(WDM-PON)與基于光纖無線電(RoF)的分布式MIMO天線相結合，為實現多模式、多頻段的寬帶礦井移動通信及井下移動終端在異構網絡的快速切換，提供了一種多模式礦井無線通信網關及切換方法。

本發明采用的技術方案是：一種多模式礦井無線通信網關被配置成包含混合式耦合器、4×4光開關矩陣、加法電路、網關處理單元、SISO/MIMO接入模塊、協議轉換模塊、路由轉發模塊、無線接口模塊、光接口和總線接口，所述通信網關耦合到通信基站，并通過光鏈路與天線單元或射頻單元進行通信；

所述通信網關動態地將通信系統從SISO模式切換到MIMO模式和混合模式，由混合式耦合器正交耦合MIMO輸入信號和完成MIMO預編碼處理，并通過加法電路將SISO信號和MIMO信號進行組合后被配置成接收所述耦合器的輸出信號，為井下通信裝置提供16路無線電信道和/或16路經過數字調制的光信道；

所述通信網關中，SISO/MIMO接入模塊被配置成采用WCDMA和/或WiFi、TD-LTE和/或WiMAX無線空中接口分別輸出SISO信號、MIMO信號，協議轉換模塊被配置成在上行或者下行方向為路由轉發模塊提供統一的數據格式，路由轉發模塊被配置成將經過協議轉換模塊轉換后的WCDMA、WiFi、TD-LTE和WiMAX業務數據，轉發至相應的異構網絡，并觸發網間切換。

為了能夠準確地預測最佳切換時間，井下移動終端首先需要對切換所需時間進行估計。井下移動終端在異構網絡垂直切換時，可通過對多模式通信網關向切換目標網絡發起切換請求，多模式通信網關激活相應的無線接口模塊與異構網絡進行通信。井下移動終端在獲得切換請求響應后，分別對井下移動終端接收到當前網絡和切換目標網絡的信號強度(RSSI)進行預測，根據預測的RSSI結果確定切換時間。具體步驟包括：

(1)井下移動終端向當前網絡和切換目標網絡發起模式切換請求，當前網絡基站和切換目標網絡基站對礦井井下移動終端的切換時間T_handover進行估計；

(2)井下移動終端周期性監測其接收到SISI基站或MIMO基站的信號強度RSSI，直至監測到該信號強度大于設定的判決閾值P_init時為止，此時的時間為T_init；

(3)井下移動終端以T為周期對接收到SISI基站或MIMO基站的信號強度分別進行采樣，得到采樣序列X₁和X₂，并進行加權平滑方法處理，得到信號強度序列Y₁和Y₂；