[發(fā)明專利]一種管隧道內列車分布式天線系統(tǒng)的天線選擇方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110420827.8
• 申請日: 2021-04-19
• 公開（公告）號: CN113329415B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設計）人: 虞凱;楊崗;陳昳;謝聯(lián)蓮;牟丹;楊捷;王業(yè)立;王富斌;李里;類先富;熊潔;段永奇;劉孜學;蘇愷
• 申請（專利權）人: 中鐵二院工程集團有限責任公司
• 主分類號: H04W16/26
• 分類號: H04W16/26;H04W16/28;H04W36/00;H04W36/30;H04B17/309;H04B17/318;H04B17/336
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 馮精恒

本發(fā)明涉及無線通信技術領域，特別是一種管隧道內列車分布式天線系統(tǒng)的天線選擇方法。本發(fā)明通過將RAU合作集大小固定的天線選擇方法與基于列車地理位置信息的天線選擇方法相結合，并考慮了高移動下管道/隧道內毫米波通信信道特點，引入了毫米波大氣衰減效應，引入了多普勒頻偏造成的接收信噪比損失，以及列車高移動性的特點，利用列車的地理位置、速度等信息重新設計了一種全新的天線選擇方法，實現了在保證一定系統(tǒng)容量的前提下大幅減少了算法執(zhí)行復雜度，算法執(zhí)行時間和反饋開銷。

技術領域

本發(fā)明涉及無線通信技術領域，特別是一種管隧道內列車分布式天線系統(tǒng)的天線選擇方法。

背景技術

分布式天線通信系統(tǒng)(DAS，Distributed Antenna System)，增強了無線信號覆蓋，減小了用戶通信距離，改善了無線信號質量，有利于小區(qū)邊緣用戶的性能提升。在DAS中，各遠程天線單元(RAU，Remote Access Unit)通過光纖與基帶處理單元相連接。移動臺通過測量自身與每個天線單元間信道狀態(tài)信息，選擇信道狀況較好的若干天線單元進行數據傳輸。分布式天線通信系統(tǒng)中，被選擇用于移動臺通信的所有天線單元合稱為“RAU合作集”，RAU合作集中所含天線單元個數稱為RAU合作集大小。

而管道/隧道(即管隧道)內引入基于毫米波無線通信技術的分布式天線系統(tǒng)，可滿足下一代高速軌道交通系統(tǒng)車載通信設備進行高可靠高移動通信的需求(本發(fā)明中高移動指列車速度500km/h)。根據文獻檢索結果，當前分布式天線通信系統(tǒng)中天線選擇方法主要有以下三類：

第一類：RAU合作集大小可變的天線選擇方法。該方法根據系統(tǒng)容量、無線鏈路傳輸可靠性或通信服務質量(QoS)要求來選擇合適的RAU合作集與移動臺通信，而RAU合作集大小可根據需求相應變化。假設在分布式天線系統(tǒng)中共有N個RAU，選擇出的RAU合作集ω內包含了K(1≤K≤N)個RAU，ω＝{RAU₁,…,RAU_K}，K值在列車運行過程中可變。假設系統(tǒng)共可選出M種不同RAU合作集，這些RAU合作集的集合表示為Ω＝{ω₁,…,ω_M}。令H_ω表示合作集ω的信道傳輸函數矩陣，可根據系統(tǒng)性能優(yōu)化目標函數Φ(H_ω)進行RAU合作集的最優(yōu)選擇，即優(yōu)化目標可以是最大化系統(tǒng)容量、最大化無線鏈路傳輸可靠性、或最優(yōu)化某種通信服務質量(QoS)需求。DAN該方法需要移動臺實時地反饋信道狀態(tài)信息，控制信令開銷較大。同時，RAU合作集的大小隨著列車位置改變而頻繁變化，移動臺在行進過程中需要不停切換服務天線單元，因此此種天線選擇方法導致信號處理復雜度高，開銷大。

第二類：RAU合作集大小固定的天線選擇方法。在第一類方法的基礎上，為了降低復雜度，可以將參數K固定為某一合理值，并在K固定條件下使得列車在整個運行過程中的系統(tǒng)平均容量最大。以最大化系統(tǒng)平均容量為目標，進行RAU合作集的選擇：其中Ω由大小為K的所有RAU集合構成。相比于第一類方法，此類方法減少了需要遍歷的RAU集合數，進而降低了系統(tǒng)信號處理復雜度和開銷，但此種天線選擇方法仍然存在信號處理復雜度高，開銷大的問題。

第三類：基于列車地理位置信息(DI，Distance Information)的天線選擇方法。利用軌道交通系統(tǒng)行車地理位置準確可知的優(yōu)勢，在已知列車所在位置前提下，根據列車與各RAU的距離，選擇距離列車最近的一個RAU進行通信。由于在選擇RAU時只根據地理位置信息，并沒有結合準確信道條件，因此在達成的接收信號信噪比，系統(tǒng)容量，頻譜效率等方面不如第一類和第二類方法，但算法復雜度和開銷相對最低。

因此需要針對高移動下管道/隧道內分布式天線通信系統(tǒng)特點，設計一種高效的天線選擇算法，在保證一定系統(tǒng)容量的前提下簡化天線選擇算法復雜度，節(jié)省天線選擇時間，減小反饋開銷。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現有的管隧道天線選擇方法不能在保證一定系統(tǒng)容量的前提下減小信號處理復雜度和開銷，提供一種管隧道內列車分布式天線系統(tǒng)的天線選擇方法。