[發明專利]基于精準信道參數的高速鐵路光載無線通信系統及方法

有效

• 申請號: 202010417302.4
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111586635B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 鄒喜華;潘煒;閆連山;李沛軒
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H04W4/42
• 分類號: H04W4/42;H04W4/44;H04W4/02;H04B10/90
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 劉凱

本發明公開一種基于精準信道參數的高速鐵路光載無線通信系統及方法，系統包括光載無線通信車載子系統和光載無線地面子系統；它將鐵路線路分割為一系列依次相連的離散區間，將列車運行過程中的長距離快變信道分解為一系列短距、非時變信道，然后定點精確均衡和補償各離散區間對應的短距、非時變信道。在列車運行過程中，按時間間隔ΔT實時更新列車當前位置、速度、方向信息，在信道參數庫中相應提取當前位置點對應的信道參數，分別在光載無線車載子系統、地面子系統中同時進行信道均衡和信道補償，消除或降低高速鐵路場景下的影響，形成覆蓋全線路的精準信道均衡和補償的光載無線通信系統，進而在高速列車和地面之間實現寬帶、穩定的無線通信。

技術領域

本發明涉及高速鐵路無線通信技術、光載無線通信領域，具體為一種基于精準信道參數的高速鐵路光載無線通信系統及方法。

背景技術

當前，高速鐵路(簡稱高鐵)在全球迅猛發展，已成為支撐國民經濟、日常出行的關鍵產業和全球戰略性新興產業。截至到2020年2月，全球高鐵運營里程已達到5.2萬公里，其中中國高鐵里程超過3.5萬公里。高速鐵路的迅猛發展給寬帶車地通信帶來重要需求：一方面，高鐵運行、鐵路安全監控和設備維護等海量數據和信息需要實時感知、傳送、管控等，這是高鐵智能化、信息化的基礎需求；另一方面，高清視頻、虛擬現實/增強現實(VR/AR)等寬帶業務已逐漸與人們日常出行和生活密不可分，為旅客提供可靠的寬帶無線接入服務刻不容緩，而且高鐵也是新一代移動通信系統5G/B5G(第5代、后第5代移動通信)的主干行業場景之一。

然而，高速鐵路車地寬帶無線通信同時也面臨艱巨挑戰，因為高速鐵路場景對寬帶無線通信有著獨特瓶頸和限制。首先，列車與地面通信模塊之間存在著高速的相對移動性(即高移動性)，比如當前的350~400km/h和未來的500km/h、甚至500km/h的速度，會導致嚴重的多普勒頻移和多普勒展寬，以及周邊環境(對應通信信道)的快速變化。其次，高速鐵路場景下大尺寸金屬車體、軌道、牽引弓電網、高架橋、橋梁、路塹、隧道、風音屏障等周邊環境，會導致大量的無線通信信號反射和散射，無線信道呈快速變化特征，難以用統一的信道模型來預測。

為實現車地寬帶無線通信，高載波頻率、大帶寬信號、高階調制格式是常用方式，光載無線通信(尤其是光載毫米波、光載太赫茲波)基于光子學本征優勢能夠全面滿足這些需求。然而，無論是寬帶光載無線通信系統，還是其它寬帶無線通信系統，高載波頻率、大帶寬信號、高階調制格式受高移動性、鐵路周邊環境的影響更大。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種能夠克服高速鐵路場景下高移動性、鐵路周邊環境的影響，顯著提升車地無線通信的容量、穩定性和可靠性的基于精準信道參數的高速鐵路光載無線通信系統及方法。技術方案如下：

一種基于精準信道參數的高速鐵路光載無線通信系統，包括分別設置在列車上和地面的光載無線通信子系統；所述光載無線通信車載子系統和光載無線通信地面子系統都包括當前位置與速度模塊、信道參數庫、車載信道均衡與補償模塊、光載無線鏈路和無線雙工通信模塊；

當前位置與速度模塊按照設定的采樣周期實時采集列車當前位置點信息、速度信息和方向信息，并將它們輸入到信道參數庫；

信道參數庫將列車當前位置點信息、速度信息和方向信息對應的信道參數集合輸入到信道均衡與補償模塊；

信道均衡與補償模塊根據接收到的信道參數集合對經過光載無線鏈路的寬帶信號進行定點信道均衡與補償，消除高移動性和鐵路周邊環境的影響；然后輸入到無線雙工通信模塊中，通過無線鏈路完成列車與地面的無線通信。

進一步的，所述信道參數集合包括：光纖色散、光纖損耗、萊斯K因子、多普勒頻移、均方根時延擴展、水平角時延擴展和俯仰角時延擴展。

更進一步的，所述鐵路周邊環境包括：金屬車體、軌道、牽引弓電網、高架橋、橋梁、路塹、隧道、風音屏障。