一种车载双天线通信方法技术

本发明专利技术公开了一种车载双天线通信方法，针对轨道交通带状无线通信系统拓扑环境，在基站配备超大天线阵列而列车首尾各安装一根天线的条件下，根据波束间模糊度的变化趋势自适应激活基站天线进行波束赋形，提供一种提升系统通信性能的方法。本发明专利技术使无线通信系统在列车从小区中心驶向小区边缘的过程中始终维持着较高且非常稳定的通信性能。

Dual antenna communication method for vehicle

The invention discloses a communication method for vehicle dual antenna, according to the topology of rail transit band wireless communication system, the base station equipped with a large antenna array and an antenna mounted on the train and the condition, according to the beam between the change trend of fuzzy adaptive beamforming activated base station antenna, provides a method to improve the communication system the performance of the. The invention makes the wireless communication system maintain high and very stable communication performance in the course of the train moving from the center of the cell to the edge of the cell.

【技术实现步骤摘要】
一种车载双天线通信方法所属
本专利技术涉及无线通信，具体涉及一种基站配备超大天线阵列的提升车载端双天线通信性能的方法。
技术介绍
高速铁路和城市轨道交通的大规模建设与发展向轨道交通通信系统提出了巨大挑战。高速铁路等轨道交通系统车地之间的无线通信不仅关系到列车的可靠运行，还影响着乘客的通信服务体验。然而，现有的移动通信技术在高速移动情况下面临着通信性能急剧下降的问题。众所周知，多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output，MIMO)技术能够提升信道容量等通信性能，于是随着下一代铁路移动通信技术和智能交通系统的发展，轨道交通道旁基站和车载中继站分别配备多根天线成为了一种技术趋势。多输入多输出技术通常利用散射丰富的环境具有的多径效应实现空间复用或者空间分集来提高数据吞吐量和链路可靠性。然而，当列车行驶在高架桥和开阔地时，由于列车周围几乎没有反射体和散射体，所以一般认为信号在基站和车载中继站之间视距(Line-of-Sight，LOS)传输，该结论也与工程实际测试结果吻合。在视距传输下，无线信道多径分量很少且延迟不大，也就是说，多径效应在高架桥和开阔地的轨道交通环境下并不明显。为了在视距传输环境下有效利用多输入多输出技术，一个有效的方法是令基站天线阵列进行波束赋形，车载中继在列车首尾各配备一根天线，分别被基站天线阵列同时生成的不同波束服务，达到空间复用，提高数据吞吐量。但是，在视距传输环境下，这两个波束的空间相关性很高，并且随着列车驶离小区中心驶向小区边缘，两个波束在空间角度上越来越难以分辨。大规模多输入多输出(MassiveMIMO)技术的日趋完善为这一问题提供了可行的解决方法，即通过增加基站天线个数来生成空间角度分辨率较高的窄波束，这样就可以极大地提高双天线空间复用的性能和使用范围，起到了提高通信性能的作用。因此，本专利技术提供了一种基于自适应激活基站天线的车载双天线通信方法。现有的与通信性能有关、车载环境下的多天线应用的方案包括以下几种：(1)公开号为102624431A，名称为一种提升车载端多天线通信容量的方法和系统中，通过计算车载端配置的所有天线阵列中的其他各天线阵列与参考阵列之间的目标权重差，调整该差值至相应的目标权重差，再将各天线阵列接收的信号进行合并，来提升车载端多天线通信容量，并且能够克服列车在穿越带状小区时的容量抖动。该方案计算与调整的侧重点放在车载端，对基站天线阵列没有特殊要求，并且车载端考虑的是多组多天线，不包含列车首尾各配置一根天线的情况。(2)公开号为CN102324958A，名称为一种用于高速铁路环境下的MIMO系统中的无线通信方法中，提出一种基于分布式光载无线的高速铁路宽带无线接入系统，通过在铁路沿线布置一定间隔的射频拉远单元(RRU)，RRU与基带单元(BBU)用光纤连接，同时利用车载GPS获得列车位置信息，来激活所需的RRU进行车地通信。该方案需要改造现有铁路沿线网络，建设密集的RRU，同时依靠准确的GPS定位，其成本会非常高，可能会破坏铁路现场已有的任何地面硬件设施和设备，而且在隧道、山区等铁路特殊地段会存在GPS盲区，这些将影响到该方案的整体性能。(3)公开号为CN101771455A，名称为一种采用双天线分集接收技术的GSM-R通信模块中，提出采用双天线分集接收技术的GSM-R通信模块，通过对传统的GSM-R通信模块的改进，采用两根天线进行信号接收来获得分集增益。该方案是在现在GSM通信模块的改进，不满足未来铁路网络LTE-R的发展趋势，并且不涉及在基站端的操作，也没有利用车体长度的优势令双天线发挥空间复用的作用。(4)公开号为CN102201893A，名称为多天线组播系统基于最大最小波束成型的容量估计方法中，提出利用延迟信道状态信息和多普勒频移对每个用户的接收信噪比进行估计，然后补偿延迟信道状态信息对系统容量的影响，获得较大的系统传输速率的提升。该专利需要对用户的信道状态信息进行估计获得匹配系统容量，在铁路环境下信道状态信息的估计比较困难，难以提高多天线系统的通信性能。(5)美国专利US008227387，名称为LOSMIMOBEAMFORMING中，提出MIMO系统一般用于NLOS(non-LOS)环境，其给出了一种LOS环境下点到点通信系统，包含第一发射机通过电磁波发送信息给第一接收机。第一发射机使用一定数量的天线，通过不同频率的波束将信息发射出去。收发端之间的直放站(repeater)根据发送端所用的波束将信息进行中继放大，达到点到点通信的目的。该专利要求波束工作在不同频率，并且需要中继放大器的辅助。(6)美国专利US2007181167B2，名称为HIGHDATARATECLOSEDLOOPMIMOSCHEMECOMBININGTRASNMITDIVERSITYANDDATAMULTIPLEXING中，提出通过最大化合成的信道信噪比来决定闭环多天线无线通信系统的天线权重。天线子集上复用信号流提升了吞吐率。该专利需要对物理信道的系数进行估计，再计算天线的权重，然后将符号流调制到改变了权重的天线上，最后是进行扩频发送。该专利需要信道估计信息，而且只能应用于CDMA(Code-DivisionMultipleAccess)系统。(7)美国专利US006870515B2，名称为MIMOWIRELESSCOMMUNICATIONSYSTEM中，提出利用极化分集，得到体积更小的MIMO系统(相比其他的空间分集MIMO系统)，可以在LOS下提升容量，也可以用于多波束天线系统。该专利用极化分集减小了MIMO系统的体积，但是增加了MIMO系统实现的复杂性。在铁路环境下，MIMO系统的体积不是问题，而复杂度带来的处理时延将会严重降低系统性能。综上所述，现有的与通信性能有关的车载环境下的多天线应用并没有考虑基站采用超大天线阵列产生窄波束同时服务列车首尾双天线这一结构。因此，本专利技术基于这一科学事实提出了一种自适应激活基站天线的车载双天线通信方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种在基站配备超大阵列而车载端配置列车首尾双天线的情况下的提升通信性能的方法。本专利技术采用以下技术方案：一种车载双天线通信方法，其特征在于，基站配备超大天线阵列，车载端首尾各配备一根天线，其控制方法包括如下步骤：A:计算距离阈值s1和s2，将列车与基站的距离划分为区间1，区间2和区间3三个阈值区间；所述计算距离阈值s1和s2的过程包括：生成以基站总天线数为阵元个数和以列车首尾天线相对基站阵列角度为到达角的两个导向向量，结合实际拓扑参数计算对应每一个“列车-基站”间距的波束间模糊度；该模糊度第一次超过设定阈值时所对应的“列车-基站”间距为s1，该模糊度开始单调上升的起始点所对应的“列车-基站”间距为s2；“列车-基站”间距属于区间1是指“列车-基站”间距大于等于垂直距离，小于s1的情况；所述垂直距离是指当基站天线在地面的投影点与车首天线在地面的投影点之间的连线刚好垂直于车首、车尾天线在地面的投影点所构成的直线时，基站天线投影点与车首天线投影点之间的距离，该距离也是“列车-基站”最小间距；“列车-基站”间距属于区间2是指“列车-基站”间距大于等于s1，小于s2的情况；“列车-基站”间距属于区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车载双天线通信方法，其特征在于，基站配备超大天线阵列，车载端首尾各配备一根天线，其控制方法包括如下步骤：A:计算距离阈值s

【技术特征摘要】
1.一种车载双天线通信方法，其特征在于，基站配备超大天线阵列，车载端首尾各配备一根天线，其控制方法包括如下步骤：A:计算距离阈值s1和s2，将列车与基站的距离划分为区间1，区间2和区间3三个阈值区间；所述计算距离阈值s1和s2的过程包括：生成以基站总天线数为阵元个数和以列车首尾天线相对基站阵列角度为到达角的两个导向向量，结合实际拓扑参数计算对应每一个“列车-基站”间距的波束间模糊度；该模糊度第一次超过设定阈值时所对应的“列车-基站”间距为s1，该模糊度开始单调上升的起始点所对应的“列车-基站”间距为s2；“列车-基站”间距属于区间1是指“列车-基站”间距大于等于垂直距离，小于s1的情况；所述垂直距离是指当基站天线在地面的投影点与车首天线在地面的投影点之间的连线刚好垂直于车首、车尾天线在地面的投影点所构成的直线时，基站天线投影点与车首天线投影点之间的距离，该距离也是“列车-基站”最小间距；“列车-基站”间距属于区间2是指“列车-基站”间距大于等于s1，小于s2的情况；“列车-基站”间距属于区间3是指“列车-基站”间距大于等于s2；B:判断列车与基站的距离所在的阈值区间，并按照不同区间定义的基站...

【专利技术属性】
技术研发人员：程梦，方旭明，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51