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一种基于认知基站的铁路通信频谱共享方法和系统技术方案

技术编号:17201573 阅读:10 留言:0更新日期:2018-02-04 02:35
本发明专利技术公开了一种基于认知基站的铁路通信频谱共享方法和系统,其定义认知基站的功能、认知网络的构成部分和认知基站的队列管理策略。认知基站首先对接收到的数据进行区分,判别出数据是主用户数据,或是次用户数据;并优先给主用户分配资源,在有资源剩余的情况下给次用户分配资源;认知基站在处理次用户数据时优先给服务类型值大的次用户分配资源,尽量减少服务类型值大的次用户的平均接收延时。本发明专利技术在铁路通信专网中构建认知无线网络,在保障车地正常通信的前提下,通过认知网络中的认知基站提高频谱资源的利用率,有效减少旅客实时业务的延时。

【技术实现步骤摘要】
一种基于认知基站的铁路通信频谱共享方法和系统
本专利技术涉及铁路无线通信领域,特别是涉及一种基于认知基站的铁路通信频谱共享方法和系统。
技术介绍
近年来,轨道交通得到了快速的发展,特别是高铁、地铁和有轨电车等。研究表明,美国已经提出建设高铁的计划,而我国高铁总里程到2020年将突破18000公里。目前,铁路通信系统大多使用基于GSM通信的ETCS(Europeantraincontrolsystem,欧洲列车控制系统)技术,也就是GSM-R(GSM-Railway,数字移动通信系统)。但GSM-R数据承载能力弱,不能满足日益蓬勃的铁路业务的发展需求,且不能给旅客提供便捷的宽带无线接入服务等。作为当前主流的宽带无线通信技术,LTE具有较高的数据速率和频谱效率。全IP的扁平化网络架构使其网络延时大大减少,1ms的TTI(TimeTransmissionInterval,传输时间间隔)使其能处理更多的网络通信数据,采用MIMO(MultipleInputMultipleOutput,多输入多输出技术)后能够获得更快的速率。因此,在铁路通信的演进过程中,LTE-R(LTE-Railway,长期演进铁路通信系统)很有可能成为下一代铁路无线通信系统,并在2020年前后开始部署替代现有的GSM-R。铁路通信是一个复杂的专用通信系统,受到很多现实条件的影响。如高速运动的列车受到多普勒频移的影响;铁路道路路况复杂,有高架、封闭隧道等。因此,保障铁路通信系统的可靠性和低延时是关键。铁路通信作为专用的通信系统,享有专用的通信频段,但其下行网络数据量小,频谱空闲时间多,存在明显的频谱浪费。FCC(联邦通信委员会)提供的研究也表明现已分配的大部分授权频谱存在着时域、频域和空间上的不充分利用。特别是一些授权频谱,大部分时间里没有用户使用,造成了严重的频谱浪费。因此,现有技术存在以下技术问题:第一,现有的铁路通信是专用通信,存在频谱资源浪费现象,与日益紧张的频谱现状相违背。第二,现有的铁路通信环境中,车载通信和旅客通信是相互独立的,旅客通信体验有待改进。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于认知基站的铁路通信频谱共享方法和系统,能够在保障车地正常通信的前提下,提高了长期演进铁路通信系统频谱的利用率,并且能够有效地减少旅客实时业务的延时,提高了用户体验。本专利技术所述的基于认知基站的铁路通信频谱共享方法,所述方法包括如下步骤:步骤一,当前TTI(timetransmissioninterval,传输时间间隔)开始;步骤二,C-eNodeB(cognitive-eNodeB,认知长期演进铁路通信系统基站)遍历其上的无线承载,获取当前TTI里所有活跃的PU(primaryuser,主用户)的数量;步骤三,C-eNodeB判断是否有PU等待调度,若是,则进入步骤四,若否,则进入步骤九;步骤四,C-eNodeB根据轮询平均分配的调度策略给PU分配等量的RB(resourceblock,资源块)并配置相应的下行调度配置指示参数和保存尚未得到服务的PU,等待下一个TTI;步骤五,C-eNodeB判断是否有不足以分配给PU的RB,若是,则进入步骤六,若否,则进入步骤八;步骤六,C-eNodeB将剩余不足以分配给PU的RB分配给SU(secondaryuser,次用户);步骤七,C-eNodeB生成PU和SU联合下行调度指示,进入步骤十二;步骤八,C-eNodeB生成独立PU下行调度指示,进入步骤十二;步骤九,C-eNodeB判断是否有SU等待调度,若是,则进入步骤十,若否,则进入步骤十二;步骤十,C-eNodeB将所有的RB分配给SU;步骤十一,C-eNodeB生成独立SU下行调度指示,进入步骤十二;步骤十二;当前TTI结束。优选地,在步骤五中,C-eNodeB根据公式一判断是否有不足以分配给PU的RB剩余,表示在TTIt里被浪费的RBG(resourceblockgroup,资源块组)数量,表示在TTIt里需要被调度的PU数量,Nrbg表示系统的RBG数量。优选地,在步骤六和步骤十中,C-eNodeB在为SU分配资源块之前,对SU队列中的每个分组按服务类型值从大到小的顺序进行重排,形成新的次用户队列,并按照所述新的SU队列进行RB分配。优选地,服务类型值是预先设定的,其中,VoIP业务的服务类型值大于Video业务的服务类型值,Video业务的服务类型值大于BestEffort业务的服务类型值。优选地,PU是列车上的车载通信设备,每个PU对应一种铁路应用业务,各PU相互独立;SU是列车上的旅客设备。本专利技术所述的实现上述权利要求中任意一项所述方法的基于认知基站的铁路通信频谱共享系统,其特征在于所述系统包括:核心网络,包括列车控制中心和Internet,所述列车控制中心用于对列车进行控制;汇聚层网络,包括服务网关和接入网关,所述汇聚层网络用于将不同通信技术的数据汇聚到服务网关进行数据交换;接入网,包括认知长期演进铁路通信系统基站C-eNodeB和LTEeNodeB,其中,C-eNodeB用于区分PU和SU的业务数据,在有RB浪费的TTI里,将浪费的RB分配给SU通信,在SU有可用RB的TTI里,对不同业务的SU数据按照服务类型值重新排序,按照重新排序后的顺序进行数据处理;铁路沿线网络,包括车载通信设备、旅客设备、无线接入点AP、车载网关VG;其中,所述系统提供一条经过认知长期演进铁路通信系统网络的链路来给旅客提供Internet接入服务,旅客通过所述经过认知长期演进铁路通信系统网络的链路接入并使用Internet,或者旅客通过LTE的链路接入并使用Internet;在旅客通过所述经过认知长期演进铁路通信系统网络的链路接入并使用Internet的情况下,在下行链路方向,Internet的数据经过服务网关和接入网关到达C-eNodeB,C-eNodeB在不影响PU通信的情况下将所述数据通过空中接口发送给列车上的车载网关VG,车载网关VG通过光纤转发到无线接入点AP,无线接入点AP将数据转发到旅客设备;在上行链路方向,列车上的SU通过车载网关VG与C-eNodeB进行通信,接入并使用Internet。优选的,车载网关VG设置于列车车顶上。优选的,不同车厢的无线接入点AP通过光纤连接至车载网关VG。为了提高LTE-R系统的下行频谱利用率,改善旅客在列车上的通信质量和乘车体验,本专利技术利用CR(CognitiveRadio,认知无线电技术)技术,将LTE-R系统中的轨旁eNodeB升级成C-eNodeB(CognitiveeNodeB,认知LTE-R基站),并在LTE-R系统中构建基于C-eNodeB和VG(VehicleGateway,车载网关)的CRN(CognitiveRadioNetwork,认知无线网络)来实现PU(PrimaryUser,主用户)和SU(SecondaryUser,次用户)的频谱共享,从而提高LTE-R下行频谱利用率。此外,本专利技术还从基于通信的铁路应用的角度出发,研究PU使用资源与SU可用资源之间的关系。针对由FIFO队列管理策略造成的实时业务延时过大的问题,提出基于TOS(TypeofService,服务类型)值优先的C-eNod本文档来自技高网
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一种基于认知基站的铁路通信频谱共享方法和系统

【技术保护点】
一种基于认知基站的铁路通信频谱共享方法,其特征在于所述方法包括如下步骤:步骤一,当前传输时间间隔(TTI)开始;步骤二,认知长期演进铁路通信系统基站(C‑eNodeB)遍历其上的无线承载,获取当前TTI里所有活跃的主用户(PU)的数量;步骤三,C‑eNodeB判断是否有PU等待调度,若是,则进入步骤四,若否,则进入步骤九;步骤四,C‑eNodeB根据轮询平均分配的调度策略给PU分配等量的资源块(RB)并配置相应的下行调度配置指示参数和保存尚未得到服务的PU,等待下一个TTI;步骤五,C‑eNodeB判断是否有不足以分配给PU的RB,若是,则进入步骤六,若否,则进入步骤八;步骤六,C‑eNodeB将剩余不足以分配给PU的RB分配给次用户(SU);步骤七,C‑eNodeB生成PU和SU联合下行调度指示,进入步骤十二;步骤八,C‑eNodeB生成独立PU下行调度指示,进入步骤十二;步骤九,C‑eNodeB判断是否有SU等待调度,若是,则进入步骤十,若否,则进入步骤十二;步骤十,C‑eNodeB将所有的RB分配给SU;步骤十一,C‑eNodeB生成独立SU下行调度指示,进入步骤十二;步骤十二;当前TTI结束。...

【技术特征摘要】
1.一种基于认知基站的铁路通信频谱共享方法,其特征在于所述方法包括如下步骤:步骤一,当前传输时间间隔(TTI)开始;步骤二,认知长期演进铁路通信系统基站(C-eNodeB)遍历其上的无线承载,获取当前TTI里所有活跃的主用户(PU)的数量;步骤三,C-eNodeB判断是否有PU等待调度,若是,则进入步骤四,若否,则进入步骤九;步骤四,C-eNodeB根据轮询平均分配的调度策略给PU分配等量的资源块(RB)并配置相应的下行调度配置指示参数和保存尚未得到服务的PU,等待下一个TTI;步骤五,C-eNodeB判断是否有不足以分配给PU的RB,若是,则进入步骤六,若否,则进入步骤八;步骤六,C-eNodeB将剩余不足以分配给PU的RB分配给次用户(SU);步骤七,C-eNodeB生成PU和SU联合下行调度指示,进入步骤十二;步骤八,C-eNodeB生成独立PU下行调度指示,进入步骤十二;步骤九,C-eNodeB判断是否有SU等待调度,若是,则进入步骤十,若否,则进入步骤十二;步骤十,C-eNodeB将所有的RB分配给SU;步骤十一,C-eNodeB生成独立SU下行调度指示,进入步骤十二;步骤十二;当前TTI结束。2.根据权利要求1所述的基于认知基站的铁路通信频谱共享方法,其特征在于:在步骤五中,C-eNodeB根据公式一判断是否有不足以分配给PU的RB剩余,表示在TTIt里被浪费的资源块组(RBG)数量,表示在TTIt里需要被调度的PU数量,Nrbg表示系统的RBG数量。3.根据权利要求1所述的基于认知基站的铁路通信频谱共享方法,其特征在于:在步骤六和步骤十中,C-eNodeB在为SU分配资源块之前,对SU队列中的每个分组按服务类型值从大到小的顺序进行重排,形成新的次用户队列,并按照所述新的SU队列进行RB分配。4.根据权利要求3所述的基于认知基站的铁路通信频谱共享方法,其特征在于:服务类型值是预先设定的,其中,VoIP业务的服务类型值大于Video业务的服务类型值,Video业务的服务类型值大于BestEffo...

【专利技术属性】
技术研发人员:邓宏宇汪一鸣吴澄陈蓉
申请(专利权)人:苏州大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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