一种高铁宽带专网高动态转换系统的多普勒频移微调方法技术方案

本发明专利技术涉及一种高铁宽带专网高动态转换系统的多普勒频移微调方法，采用高铁宽带专网高动态转换系统的多普勒频移微调系统，该系统包括GNSS与惯导组合导航接收机、高铁专网电子地图、频率控制模块和射频/中频转换模块.本发明专利技术的高铁宽带专网高动态转换系统的多普勒频移微调方法可以有效改善高铁通信环境下车地通信链路的质量，提高铁列车用户的通信速率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于移动通信领域，更具体地，涉及一种高铁宽带专网高动态转换系统的多普勒频移微调方法。
技术介绍
目前，我国运营高铁总里程已达2万公里，居世界首位，未来到2020年，运营里程数将达到14.5万公里以上。中国高铁是我国在全球竞争中的一张王牌，未来必将掀起一股中国高铁风暴。但是高铁列车运营速度达到350km/h以上，导致常规的地面移动网络无法为乘客提供满意的2G/3G通信服务，对多媒体、internet网络等更没有实现完美支持。先进的高铁动力技术与落后的高铁信息服务技术方面的巨大矛盾，成为制约高铁进一步发展和走出去的瓶颈。列车高速运行带来的多普勒频移、信令风暴和信号穿透车厢损耗是导致2G/3G地面移动网通信性能恶化的主要原因。缩短地面通信基站间距离，构造近似直射穿透车厢的通信模型，可以降低穿透损耗。中兴通讯股份有限公司在申请号为200810104654.3的中国专利申请中提出，通过基站对上行信号的多普勒频移进行估计和补偿，并将此信号作为下行信号的参考，同时可以缓解多普勒频移对通信链路的影响。还有一种观点是增加基站数量，改造现有通信基站，构成“塔海”通信系统。而这必将导致高铁通信专网系统建设成本暴涨，后续维护费用也成倍增加。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述不足，提供一种高铁宽带专网高动态转换系统的多普勒频移测量及修正方法，从终端解决高速运动带来的多普勒频移的问题，从而以较小的成本保障高铁列车高速运动情况下通信信息稳定可靠的传输。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高铁宽带专网高动态转换系统的多普勒频移微调方法，采用多普勒频移微调系统，该系统包括GNSS与惯导组合导航接收机、高铁专网电子地图、频率控制模块和射频/中频转换模块(RICM)；该方法包括以下步骤：步骤(1)：获取GNSS与惯导组合导航接收机提供的定位位置信息C0(X0，Y0，Z0)；步骤(2)：查询高铁专网电子地图，获取所定位的位置周围最近的通信基站位置信息B1(XB1，YB1，ZB1)，B2(XB2，YB2，ZB2)；步骤(3)：计算C0和B1、B2的距离，令C0B1＝D10，C0B2＝D20，则D10=(X0-XB1)2+(Y0-YB1)2+(Z0-ZB1)22---(1)]]>D20=(X0-XB2)2+(Y0-YB2)2+(Z0-ZB2)22---(2)]]>步骤(4)：再次获取GNSS与惯导组合导航接收机提供的定理位置信息C1，并替代C0数值代入公式(1)和(2)，计算C1B1＝D11和C1B2＝D21。定位时间间隔为Δt，列车相对于基站的运动速度近似为：V1=D1′=D11-D10ΔtV2=D2′=D21-D20Δt---(3)]]>步骤(5)：频率控制模块分别针对通信基站B1和B2，计算上行通信信号的中心频点Fu和下行通信信号的中心频点频率Fd的多普勒频移：ΔFuB1=V1cFuΔFdB1=V1cFd---(4)]]>ΔFuB2=V2cFuΔFdB2=V2cFd---(5)]]>步骤(6)：根据列车实际定理位置和频率控制模块内置的基站信号覆盖范围R，选择本次计算采用实际基站的多普勒频移结果；步骤(7)：频率控制模块对上述多普勒频移结果进行分析比较，若和前次发送至射频/中频转换模块(RICM)的频率配置不同，则将此结果发送至射频/中频转换模块(RICM)；若相同，则不发送数据；步骤(8)：计算结果发送至射频/中频转换模块(RICM)后，将此组数据作为最新的频率控制字写入中频数字控制振荡器(NCO)寄存器，完成多普勒频率偏移的微调。其中，步骤(4)中的GNSS与惯导组合导航接收机采用高精度测量型导航接收机，定位时间间隔Δt不大于50ms。其中，步骤(5)中频率控制模块同时计算通信基站B1和B2多普勒频移，使覆盖范围重叠部分切换时的多普勒频移快速改正。其中，所述GNSS与惯导组合导航接收机包括测量型GNSS天线、测量型GNSS导航接收机和惯性测量器件，用于测量高速运动的列车位置信息，与所述射频/中频转换模块(RICM)通过串行输入输出接口相连。其中，所述高铁专网电子地图包括铁路路轨和沿线高铁专网通信基站的详细信息，存储在频率控制模块的存储器内。其中，所述频率控制模块包括存储器、CPU和多个串行输入输出接口。其中，射频/中频转换模块(RICM)包括多级射频中频转换模块，在中频端内置了数字控制振荡器(NCO)，用于调节发射和接收的中频信号频率，通过串行输入输出接口与室内基带模块(BBM)相连。本专利技术的高铁宽带专网高动态转换系统的多普勒频移微调方法，以较低的成本实现了高铁列车车地通信的多普勒频移测量及修正问题，通过控制射频/中频转换模块(Radio frequency Intermediate frequency Covert Module，RICM)的中频数字控制振荡器(Numerically Controlled Oscillator，NCO)实现了高铁列车高速运动带来的通信多普勒频移修正问题，改善了车地通信链路。附图说明：为了更清楚的说明本专利技术实施例的技术方案，采用以下附图：图1是本专利技术的高铁宽带专网高动态转换系统的多普勒频移微调方法所采用的多普勒频移微调系统组成示意图；图2是本专利技术的高铁宽带专网高动态LTE转换器(HIDT-LTE)射频/中频转换模块(RICM)组成示意图；图3是高铁列车行驶中车地通信链路多普勒形成示意图；图4是本专利技术的高铁宽带专网高动态转换系统的多普勒频移测量及修正流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。实施例一如图1所示，本专利技术的高铁宽带专网高动态转换系统的多普勒频移微调方法所采用的多普勒频移微调系统包括全球卫星导航系统(GNSS)与惯导组合导航接收机、高铁专网电子地图、频率控制模块和射频/中频转换模块(RICM)。所述GNSS与惯导组合导航接收机包括测量型GNSS天线、测量型GNSS导航接收机和惯性测量器件，用于测量高速运动的列车位置信息，与所述射频/中频转换模块(RICM)通过串行输入输出接口相连。所述高铁专网电子地图包括铁路路轨和沿线高铁专网通信基站的详细信息，存储在频率控制模块的存储器内。其显示形状为随高铁路轨而变化的狭长形状；其显示内容为高铁路轨及路轨沿线的通信基站详细信息，包括：铁路路轨的经度、纬度、高度信息，通信基站的有效覆盖半径，基站铁塔高度，基站天线高度，基站铁塔距离路轨最短距离信息等。所述频率控制模块包括存储器、CPU和多个串行输入输出接口。存储器可以存储高铁专网电子地图，可以存储计算过程中的各种数据；CPU具备快速解算加减乘除开方等运算的能力；由于有多个外设，CPU具有中断式收发串行数据的能力：接收GNSS与惯导组合导航接收机测量的列车位置信息的能力；根据高铁专网电子地图和列车位置信息，计算多普勒频率偏移，并通过串行输入输出接口发送至RICM。所述RICM具备收发射频模拟信号、中频数字信号的能力，特别是具备收发3.4GHz-3.6GHz模拟信号的能力；具备将接收到的射频模拟信号转换为中频数字信号的能力，其中频输出频点和电平值是可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高铁宽带专网高动态转换系统的多普勒频移微调方法，其特征在于，采用多普勒频移微调系统，该系统包括GNSS与惯导组合导航接收机、高铁专网电子地图、频率控制模块和射频/中频转换模块(RICM)；该方法包括以下步骤：步骤(1)：获取GNSS与惯导组合导航接收机提供的定位位置信息C0(X0，Y0，Z0)；步骤(2)：查询高铁专网电子地图，获取所定位的位置周围最近的通信基站位置信息B1(XB1，YB1，ZB1)，B2(XB2，YB2，ZB2)；步骤(3)：计算C0和B1、B2的距离，令C0B1＝D10，C0B2＝D20，则D10=(X0-XB1)2+(Y0-YB1)2+(Z0-ZB1)22---(1)]]>D20=(X0-XB2)2+(Y0-YB2)2+(Z0-ZB2)22---(2)]]>步骤(4)：再次获取GNSS与惯导组合导航接收机提供的定理位置信息C1，并替代C0数值代入公式(1)和(2)，计算C1B1＝D11和C1B2＝D21。定位时间间隔为Δt，列车相对于基站的运动速度近似为：步骤(5)：频率控制模块分别针对通信基站B1和B2，计算上行通信信号的中心频点Fu和下行通信信号的中心频点频率Fd的多普勒频移：ΔFuB1=V1cFuΔFdB1=V1cFd---(4)]]>ΔFuB2=V2cFuΔFdB2=V2cFd---(5)]]>步骤(6)：根据列车实际定理位置和频率控制模块内置的基站信号覆盖范围R，选择本次计算采用实际基站的多普勒频移结果；步骤(7)：频率控制模块对上述多普勒频移结果进行分析比较，若和前次发送至射频/中频转换模块(RICM)的频率配置不同，则将此结果发送至射频/中频转换模块(RICM)；若相同，则不发送数据；步骤(8)：计算结果发送至射频/中频转换模块(RICM)后，将此组数据作为最新的频率控制字写入中频数字控制振荡器(NCO)寄存器，完成多普勒频率偏移的微调。...

【技术特征摘要】
1.一种高铁宽带专网高动态转换系统的多普勒频移微调方法，其特征在于，采用多普勒频移微调系统，该系统包括GNSS与惯导组合导航接收机、高铁专网电子地图、频率控制模块和射频/中频转换模块(RICM)；该方法包括以下步骤：步骤(1)：获取GNSS与惯导组合导航接收机提供的定位位置信息C0(X0，Y0，Z0)；步骤(2)：查询高铁专网电子地图，获取所定位的位置周围最近的通信基站位置信息B1(XB1，YB1，ZB1)，B2(XB2，YB2，ZB2)；步骤(3)：计算C0和B1、B2的距离，令C0B1＝D10，C0B2＝D20，则D10=(X0-XB1)2+(Y0-YB1)2+(Z0-ZB1)22---(1)]]>D20=(X0-XB2)2+(Y0-YB2)2+(Z0-ZB2)22---(2)]]>步骤(4)：再次获取GNSS与惯导组合导航接收机提供的定理位置信息C1，并替代C0数值代入公式(1)和(2)，计算C1B1＝D11和C1B2＝D21。定位时间间隔为Δt，列车相对于基站的运动速度近似为：步骤(5)：频率控制模块分别针对通信基站B1和B2，计算上行通信信号的中心频点Fu和下行通信信号的中心频点频率Fd的多普勒频移：ΔFuB1=V1cFuΔFdB1=V1cFd---(4)]]>ΔFuB2=V2cFuΔFdB2=V2cFd---(5)]]>步骤(6)：根据列车实际定理位置和频率控制模块内置的基站信号覆盖范围R，选择本次计算采用实际基站的多普勒频移结果；步骤(7)：频率控制模块对上述多普勒频移结果进行分析比较，若和前次发送至射频/中频转换模块(RICM)的频率配置不同，则将此结果发送至射频/中频转...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡超，庞峰，万庆涛，崔君霞，
申请(专利权)人：中科凯普天津卫星导航通信技术有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12