在海洋通信中对用户进行覆盖的设备和方法技术

本发明专利技术提供了一种在海洋通信中用于为用户提供通信服务的设备和方法。其中，该方法包括以下步骤：估计船上所有用户总的通信速率需求；根据船上所有用户总的通信速率需求计算利用分布式天线服务时对船只的覆盖概率；根据所计算的覆盖概率判断为达到船只的通信服务需求所需要的天线数。与现有技术相比，本发明专利技术可以根据用户的通信需求选择服务用户的天线，有效提高了海洋通信网络对海洋用户的覆盖，同时不需要增加额外的基础设施建设且不需要特制的用户收发设备，从而降低了海洋通信的代价。

Apparatus and method for covering users in ocean communication

The present invention provides an apparatus and method for providing communication services for users in ocean communications. Among them, the method comprises the following steps: estimated total communication rate for all users on demand; the coverage probability of the vessel is calculated by using the distributed antenna based on the ship service for all users on the total communication rate requirement; antenna coverage probability calculation according to the judgment for the communication service needs to achieve the required number of ships. Compared with the prior art, the invention can select antenna service users according to the communication needs of users, effectively improve the coverage of marine communication network for marine users, also does not need to add additional infrastructure and does not need users to send and receive special equipment, thereby reducing the cost of marine communication.

【技术实现步骤摘要】
在海洋通信中对用户进行覆盖的设备和方法
本专利技术涉及无线通信领域，尤其涉及一种在海洋通信中对用户进行覆盖的设备和方法。
技术介绍
相较于陆地通信，海洋通信的通信速率低、成本高，而且海洋用户通常与提供通信的基础设备距离远，需要通信基础设施的覆盖距离远大于陆地网络。目前为海洋通信用户提供服务的网络如卫星网络、自组织网络、船舶自动认证系统(AutomaticidentificationSystem,AIS)网络的发展遇到以下几个方面的问题：一是卫星通信网络的高成本和低通信速率无法满足海洋通信的需求。二是海洋无线自组织网络虽可灵活组网，但安全性能低、通信距离短且通信质量低。虽然相关的研究试图将传统的自组织网络应用于海洋通信并提高其通信性能，但由于自组织网络存在着通信的距离短、可靠性差、信息传输速率低等特性，无法支持高质量的海上用户通信。三是基于AIS的岸基网络主要支持低速率的数据传输，并且针对特殊的应用，如船舶定位，且需要特殊的收发装置。目前随着智能手机、平板电脑等移动设备的大量普及，携带这些设备的海上用户依然想获得在陆地上时的高质量通信服务，而现有的海洋通信技术无法满足这些需求。另一方面，陆地通信发展更加迅速，随着第五代移动通信技术的发展，陆地移动蜂窝网的通信质量及覆盖能力都远非目前的海洋通信所能匹及。尤其是大规模分布式天线技术的引入，使得移动蜂窝网对边缘用户的覆盖能力提高，为陆地用户提供无缝通信服务。因此，将移动通信网络应用到海洋通信中以提高通信质量并降低成本，有着广阔的前景和应用价值。近年来一些学者也试图将不同的移动通信技术(wimax，wifi，LTE等)引入到海洋通信中来。然而，由于通信场景的不同，将陆地的通信方案引入到海洋通信中面临着许多挑战，其主要的区别有以下三个方面：(1)用户和服务设备的分布是不同的。用户聚集在船上，而这些船分布在航线上。由于环境恶劣，海洋上的基站建设艰难，基站无法像陆地一样环绕用户；(2)船舶密度较低，而在一个小面积内(船)的用户密度高；(3)通信链路的距离远大于地面网络，但用户的服务质量需求不变。因此，如何根据海洋通信场景的特殊性及通信需求设计为海洋用户提供良好覆盖且不需要特殊的用户设备或付出较高的通信代价是需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种在海洋通信中对用户进行通信服务的设备和方法。根据本专利技术的一个方面，公开了一种在海洋通信中用于为用户提供通信服务的方法，该方法包括以下步骤：(1)估计船上所有用户总的通信速率需求Ri；(2)根据船上所有用户总的通信速率需求计算K根分布式天线服务时对船只的覆盖概率；(3)根据所计算的覆盖概率判断为达到船只的通信服务需求所需要的天线数。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种在海洋通信网络中用于在多天线与海洋用户设备之间转发、传递信息的设备，该设备包括：(1)信息接收和发送装置，用于接收基站天线或用户发送的信息，并发送信息给用户或天线；(2)覆盖概率估计装置，用于根据通信速率需求估计当前用户群的覆盖概率；(3)确定装置，用于根据当前的覆盖概率确定服务天线及服务天线个数。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1示出在海洋通信网络中岸基天线与船上设备通信的一个示意图；图2示出本专利技术一个方面的一个实施例的在海洋通信网络中为用户设备提供通信覆盖的流程图；图3示出本专利技术另一个方面的在海洋通信网络中岸基天线与船上用户通信的中继设备示意图；附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。图1示出在海洋通信网络中岸基天线与船上设备通信的一个示意图。一般地，海洋通信网络中可以包括多个基站天线、中继设备(文中简称CH)和用户设备(文中简称CM)。在图1中，以其中的一组天线和1个船只i上一个中继设备CH和4个用户设备CM1，CM2，CM3和CM4来示意性地示出基站与海洋用户之间通信的实例。在一个实施例中，该无线通信网络为基于3GPP(the3rdGenerationPartnershipProject，第三代合作伙伴项目)协议的无线通信网络。优选地，该无线通信网络可以是LTE(LongTermEvolution，长期演进)网络。用户设备可以是任何一种能以无线方式直接或间接和其他用户设备和/或基站通信的电子设备，包括但不限于：手机、PDA等。中继设备为船只上安装的可以用于收发基站天线及用户设备信息的电子装置。优选地，该LTE网络中的各用户设备和中继设备采用频分双工模式(frequency-divisionduplexingmode，FDDmode)或采用时分双工模式(time-divisionduplexingmode，TDDmode)收发信息。本领域技术人员应理解，此处所描述的无线通信网络和/或中继设备和/或用户设备是示例性而非限定性的，本方法原理适用于现存以及将来可能存在的其他的无线通信网络和/或用户设备而不背离本专利技术的精神和范围，并以引用的方式包含于此。如图1为所示，其中，天线组将信息传送给船上的收发装置(CH)，然后CH将信息发送给用户。船i与海岸线的直线距离为doi，与天线ak距离为天线ak与用户之间信道的快衰落幅度和编码增益分别表示为和船舶上安装收发器，作为一个簇头。地理位置靠近的用户设备作为簇成员。簇成员通过簇头的转发与基站的天线进行通信。这些天线若要为用户提供有效的通信覆盖，可通过选择相应的天线组合来满足对用户的通信要求。这里以传输速率为例，用Ri来表示i上用户总的通信速率需求。以一艘船上的用户为例，Ri取决于所有船上用户对速率的需求。图2示出本专利技术的实施例的在海洋通信网络为用户设备提供覆盖的天线选择流程图。首先，在步骤S21，中继设备估计船上所有用户总的通信速率需求Ri。具体地，用户设备首先计算其中任一用户m与船上中继之间正确传输的概率此概率与设备的发送功率、信道质量以及用户的分布相关。由于本领域技术人员对于如何检测该正确传输的概率的技术已经知悉，此处不再进行赘述。接着，根据下式计算用户设备到中继设备的平均成功传输概率其中，Ci一艘船上用户的集合，dφ是一无限小区域。假设用户单位时间需求的业务量为λ，那么从天线到中继设备的通信速率需求Ri则可以表示为：Ri＝λ/Psucc\*MERGEFORMAT(2)其中，用户需求业务的到达可以用多种方式进行测量，例如建模为服从均值为λ的泊松过程，其到达速率λ可以在中继设备处通过统计单位时间的业务需求量获得。本领域技术人员应理解，此处所描述的业务需求速率λ的求解方法是示例性而非限定性的，存在其他的各种估计或计算此速率的实现方式而不背离本专利技术的精神和范围，并以引用的方式包含于此。接着，在步骤S22，中继设备根据船上所有用户总的通信速率需求计算K根天线服务时对船只的覆盖概率。具体的，首先估算信道可达到的最大通信速率，此速率可以根据分配的带宽ω0、接收信噪比ηi等进行计算。接收信噪比ηi取决于发射端的发射功率以及天线与中继设备间的等价信道增益Hi,表示如下：其中，E为发射功率，N0为高斯白噪声的双边功率谱密度，Hi为i的服务天线与i之间的信道矩阵。Hi取决于多个天线的编码方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在海洋通信中用于为用户提供通信服务的方法，该方法包括以下步骤：(1)估计船上所有用户总的通信速率需求R

【技术特征摘要】
1.一种在海洋通信中用于为用户提供通信服务的方法，该方法包括以下步骤：(1)估计船上所有用户总的通信速率需求Ri；(2)根据船上所有用户总的通信速率需求计算K根分布式天线服务时对船只的覆盖概率；(3)根据所计算的覆盖概率判断为达到船只的通信服务需求所需要的天线数。2.根据权利要求1所述的方法，其中，估计通信速率需求的计算步骤包括：－根据下式计算通信速率需求Ri：Ri＝λPsucc其中λ为用户需求业务的到达速率，Psucc是船上链路的平均成功传输概率。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，用户(船只)内部正确传输概率的计算步骤包括：－根据下式计算正确传输概率：其中，一艘船上用户的集合，dφ是一无限小区域。为其中用户m与船上中继之间正确传输的概率。4.根据权利要求1所述的方法，其中，选择服务天线数目的步骤包括：－根据下式计算K根分布式天线服务时对船只的覆盖概率：(1)用户根据公式下式估算通信速率需求Ri：Ri＝λPsucc(2)用户将Ri反馈给天线并传输到基站；(3)基站估计第k根天线与用户的增益并更新多根服务天线与用户之间等价信道增益其中是更新前的信道增益；(4)基站基于Hi计算覆盖概率，若此时的覆盖概率满足要求，则此时天线个数K＝k，否则，返回步骤3)。5.根据权利要求1或4所述的方法，其中，估计K根分布式天线服务时对...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐艳丽，姜胜明，刘锋，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海,31