[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于高鐵無線通信的基于扇形化位置-公平的波束傳輸方法

在審

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• 申請日: 2018-11-02
• 公開（公告）號: CN109451421A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉細妹;喬德禮
• 申請（專利權(quán)）人: 華東師范大學
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W4/42;H04W16/28
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務(wù)所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于高鐵無線通信的基于扇形化列車位置?公平的波束傳輸方法，包括以下步驟：建立扇形化的波束結(jié)構(gòu)，基站通過N個波束來覆蓋鐵路；利用列車的位置信息，最大化波束范圍內(nèi)的平均接收功率，滿足列車在波束內(nèi)不同位置的瞬時接收功率穩(wěn)定，對一輛列車場景進行波束優(yōu)化；對兩輛列車相遇的場景，通過最大化總的傳輸速率，滿足每輛列車的瞬時接收SINR穩(wěn)定，對波束對優(yōu)化；所有場景下的波束離線計算并存儲，基站根據(jù)列車的位置信息選擇波束進行數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明通過對基站覆蓋區(qū)域扇形化波束覆蓋，提供了一個針對高鐵通信關(guān)于位置?公平的波束傳輸方法，以覆蓋范圍更寬的波束，克服多譜勒頻移及路徑損耗變化帶來的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高鐵無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用高鐵位置信息的基于扇形化位置-公平的波束傳輸方法。

背景技術(shù)

近年來高速鐵路的快速發(fā)展，特別是在中國，引發(fā)在高移動場景下的高質(zhì)量無線通信需求的迅速增長。高鐵場景作為下一代(5G)通信系統(tǒng)的重要場景，給高鐵上的用戶提供多樣化的服務(wù)，比如網(wǎng)上購物，社交網(wǎng)絡(luò)及觀看視頻等。而高速移動帶來的多譜勒使傳統(tǒng)的移動通信系統(tǒng)應(yīng)用在高速鐵路場景下時面臨挑戰(zhàn)，因此，給高鐵用戶提供快速、穩(wěn)定的信息傳輸變得尤為重要。當天線數(shù)目比較少時，在高鐵場景下，通常利用基于離散傅里葉變換(DFT)的預(yù)編碼方案來進行數(shù)據(jù)傳輸。在未來5G系統(tǒng)中，大規(guī)模MIMO(multiple-inputmultiple-output)技術(shù)在基站使用多個天線，被認為是5G的核心技術(shù)。一般，大量的天線會形成窄波束，在高速移動場景下容易受到多譜勒的影響，并且由于路徑損耗的變化，當列車從基站覆蓋中間駛向覆蓋邊緣，傳輸性能會嚴重下降。因此，在高速移動場景下設(shè)計合適的波束傳輸方法引起了很多研究者的興趣。

現(xiàn)有關(guān)于大規(guī)模MIMO高鐵通信系統(tǒng)的波束成形方法中，基于跟蹤獲取瞬時信道信息(CSI)的波束傳輸方法能提高系統(tǒng)的傳輸速率，但系統(tǒng)的訓練成本和復(fù)雜性比較大。應(yīng)用類似傘狀的波束于高鐵通信系統(tǒng)中，由于大尺度衰落，在波束內(nèi)的恒定增益導致隨著列車移動接收信噪比的快速波動，一方面將導致列車行駛過程中通信速率的不公平，另一方面頻繁地交換信道質(zhì)量指數(shù)，而該指標決定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)制和編碼方案。兩輛列車共存于同一個基站覆蓋區(qū)域時，不能忽略相互之間的信號干擾。聯(lián)合的波束優(yōu)化問題在兩列車相遇的場景下通常是一個非凸問題，不能直接求解。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于高鐵無線通信的基于扇形化位置-公平的波束傳輸方法，該方法能夠提供列車在多譜勒和路徑損耗影響下波束范圍內(nèi)穩(wěn)定的信息傳輸速率。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種應(yīng)用于高鐵無線通信的基于扇形化位置-公平的波束傳輸方法，特點是所述方法包括以下步驟：

(1)建立扇形化的波束結(jié)構(gòu)，基站通過N個波束來覆蓋鐵路，N個波束覆蓋的空間頻域彼此不相交；

(2)利用列車的位置信息，對一輛列車場景進行波束優(yōu)化，最大化波束范圍內(nèi)的平均接收功率，滿足列車在波束范圍內(nèi)不同位置的瞬時接收功率穩(wěn)定；

(3)利用列車的位置信息，對兩輛列車相遇的場景，對波束對優(yōu)化，最大化總的傳輸速率，滿足波束范圍內(nèi)每輛列車的瞬時接收SINR(signal-to-interference-plus-noiseratio)穩(wěn)定；

(4)所有場景下的波束離線計算并存儲，交換一次的信道指數(shù)(CQI)，基站根據(jù)列車的位置信息確定相對應(yīng)覆蓋區(qū)域的波束進行數(shù)據(jù)傳輸。

所述步驟1具體為：