一种基于轨道交通无线环境图的智能移动通信方法技术

本发明专利技术公开一种基于轨道交通无线环境图的智能无线移动通信方法，该方法基于列车运动规律重复性和轨道沿线无线信道一定程度上可预测性，提出一种新颖的、具有无线环境认知能力的轨道交通无线移动通信方法，借助轨道交通无线环境图实现对无线信道乃至所在场景更为精准全面的感知或预测，提高信道估计的准确性、降低信道估计的复杂度，并在列车重复性运行过程中，不断完善轨道交通无线环境图，进而提高无线移动通信系统的通信质量和可靠性，并降低通信系统的能耗。

Intelligent mobile communication method based on rail traffic wireless environment map

The invention discloses an intelligent wireless mobile communication method of wireless environment of rail transit based on the graph, the method based on train movement repeatability and track along the wireless channel to a certain extent predictability, proposed track novel, with wireless environment the cognitive ability of a traffic wireless mobile communication method, with the help of rail traffic wireless environment map realization of wireless channel and the scene more accurate forecasts of perception or comprehensive, improve the accuracy of channel estimation, channel estimation to reduce complexity and repetition in the train running process, and constantly improve the wireless environment of rail traffic map, so as to enhance the communication quality and reliability of the wireless mobile communication system, and reduce the energy consumption of the communication system the.

【技术实现步骤摘要】
一种基于轨道交通无线环境图的智能移动通信方法
本专利技术涉及轨道交通无线移动通信
，尤其涉及一种基于轨道交通无线环境图的智能移动通信方法。
技术介绍
中国已经拥有世界上最大规模以及最高运营速度的高速铁路网，而且正在兴建和即将兴建的高速铁路客运专线和城际铁路里程达到17,000公里。同时，预计到2015年，中国城市轨道交通线路将达到87条，运营总里程将超过2500公里。为传递轨道交通安全控制信息（如视频监控）和各种传感信息，以及为乘客提供语音及数据通信服务，迫切需要发展面向轨道交通的宽带无线通信系统，最终实现轨道交通的信息化和智能化。由于轨道交通环境的特殊性，比如高铁的快速移动性、沿途穿越高架桥和隧道等各种环境，而地铁列车多在隧道中运行，这些都与传统的公众蜂窝移动通信环境有显著差别。目前，现有高铁或地铁公众移动通信服务基本上仍是沿用现有的陆地公众蜂窝移动通信系统，未考虑轨道交通无线通信环境的特殊性，因此存在诸多缺点，例如：难以快速而精准地进行信道估计、多普勒频谱扩展补偿；复杂多变的信道衰落或干扰以及轨道交通所具有的独特的群切换所引发的通信链路中断、链路性能（误码率、丢包率）恶化或切换失败，总之，轨道交通环境下现有移动通信系统的通信质量（或用户体验）尚不到保障、亟待提高。因此，需要提供一种新的轨道交通无线环境图的智能移动通信方法。
技术实现思路
针对以上现有技术的不足，本专利技术提供一种基于轨道交通无线环境图的智能移动通信方法。本专利技术采用下述技术方案：一种基于轨道交通无线环境图的智能移动通信方法包括如下步骤：1）针对列车的运行线路和采用的无线通信系统，构建适用的轨道交通无线环境图；2）根据列车当前位置和轨道交通无线环境图，进行场景感知和无线信道特性的感知，确定无线信道信息及相关场景信息；3)对无线信道信息及相关场景信息进行更新；4)对无线通信系统参数进行预调整或优化，进而提高无线移动通信系统的通信质量（QoS）、用户体验（QoE）和可靠性；5)基于轨道交通列车运行线路的重复性，对轨道交通无线环境图不断修正、完善，进而提高轨道交通无线移动通信系统的通信质量（QoS）、用户体验（QoE）和可靠性。本专利技术的有益效果如下：本专利技术智能移动通信方法能提高无线移动通信系统的通信质量和可靠性，并降低通信系统的能耗。同时此方法并不局限于轨道交通环境，也能同样适用于其他有特定运动轨迹的无线移动通信系统（如高速公路车地通信系统、航空航天飞行器等）。附图说明图1基于轨道交通无线环境图的轨道交通智能无线移动通信系统示意图；图2基于轨道交通无线环境图的轨道交通智能无线移动通信系统工作原理示意图；图3基于轨道交通无线环境图的移动通信系统认知算法流程示意图；图4接收信号的矢量幅度误差（EVM）在信道参数优化过程中逐渐减小的示意图；图5轨道交通环境三种不同信道条件下采用认知算法后接收机误码率的仿真结果；图6具有理想轨道交通无线环境图（信道特性参数数据库）情况下信道估计算法框图；图7不具有理想轨道交通无线环境图（信道特性参数数据库）情况下信道估计算法框图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。本专利技术的具体方法步骤如下。1.构建合适的轨道交通无线环境图“无线环境图”（RadioEnvironmentMap,“REM”）的概念最先是由专利申请人（赵友平）等人于2006年提出。无线环境图是对复杂无线环境的数字化抽象，直接反映多维无线环境信息（如无线信道参数、无线信号或干扰的时域-空域-频域-调制域分布、网络拓扑等）。无线环境图的根本目的是为认知无线电设备或网络提供精准、全面的信息支撑，进而为多目标跨层乃至跨网优化提供支持。作为是一种实现低成本、高性能认知无线通信系统的有效方法，“无线环境图”已得到了国内外同行以及国际创新无线论坛（原“软件无线电论坛”）的认同，“无线环境图”这一概念已得到国际标准化组织（如IEEE,ITU-R,ETSI）的采纳，并被视为认知无线通信网络的关键使能模块。无线环境图在欧盟第七框架计划2010年启动的研究项目FARAMIR中得到了成功应用和验证。无线环境图是一个综合信息库，可以储存多维的场景信息，如通信节点所在地理环境信息、无线信道特性参数、无线网络类型与覆盖区域、无线网络拓扑、以及先验知识、系统优化的约束条件与规则等等。无线环境图将是认知无线通信系统智慧“大脑”的一个不可或缺的重要组成部分。具体实现时，无线环境图可以存放在数据库系统或存储芯片中。针对轨道交通无线信道的特点以及轨道交通移动通信的技术体制，确定轨道交通无线环境图的信息单元的组成要素及其相互关系、数据结构，记录点选取准则（如轨道交通无线环境图在空域、频域的采样准则）和记录更新准则等。例如，对于基于正交频分复用（OFDM）的轨道交通移动通信系统，轨道交通无线环境图可以提供基站的位置信息、工作频率、发射功率等信息，以及在每个记录点，列车车载天线与基站天线之间的无线信道信息（如每一有效传播路径的衰减系数、到达角、时延等参数）。轨道交通无线环境图的初始参数可以通过现场信道探测的方法直接得到，或者运用射线跟踪法通过计算机仿真得到。在列车运行过程中，可以根据车载无线通信设备的实时频谱感知以及无线链路的实际性能对轨道交通无线环境图中的有关参数不断进行修正，目的是最终消除轨道交通无线环境图中存储的参数与真实值之间的偏差，全面提高轨道交通环境下各种无线通信系统的性能。射线跟踪法是一种快速有效的波场近似计算方法，可以用来辨认出多径信道中收发之间所有可能的射线路径。一旦所有可能的射线被辨认出后，就可根据电波传播理论来计算每条射线的幅度、相位、延迟和极化，然后结合天线方向图和系统带宽就可得到接收点的所有射线的相干合成结果。结合轨道交通所具有的特点（如列车运动的路线确定），可以通过离线的计算机仿真得到给定线路和沿线场景的轨道交通无线信道参数的初始值。表1给出了一个通过实测得到的轨道交通环境无线信道参数表的示例。所有路径的功率均为相对于最强路径功率的相对功率，到达角为来波方向的反方向与移动速度方向的夹角。表12.确定列车及车载台天线的当前位置，可以通过查表（即轨道交通无线环境图中的无线信道参数表）的方式来获取无线信道信息及相关场景信息（如列车运行在高架桥、隧道、站台、城市、农村、山区等）。轨道交通列车的位置感知与精确定位是智能无线移动通信系统从轨道交通无线环境图中获取所在环境与无线信道信息的前提。列车定位可以利用列车车轮转数器与轨道应答器校准相结合的精确定位方法，例如，我国客车轨轮直径为910mm,车轮旋转一周旋转编码器产生1200个脉冲，则可以实现的定位精度可达到2.4mm（毫米量级），也可以辅之以GPS或北斗卫星定位。而当无线通信系统工作频率为2GHz，列车移动速度为360km/h时，根据信道的相关性，可以计算得到最大空间取样间隔（即无线信道的相关距离）的保守估计为1.3cm。因此，即便是列车以360km/h的速度高速运行，列车的定位精度足以达到轨道交通无线环境图对位移分辨力的要求。3.更新本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于轨道交通无线环境图的智能移动通信方法，其特征在于，该通信方法包括如下步骤：1)针对列车的运行线路和采用的无线通信系统，构建适用的轨道交通无线环境图；2)根据列车当前位置和轨道交通无线环境图，进行场景感知和无线信道特性的感知，确定无线信道信息及相关场景信息；3)对无线信道信息及相关场景信息进行更新；4)对无线通信系统参数进行预调整或优化，进而提高无线移动通信系统的通信质量、用户体验和可靠性；5)基于轨道交通列车运行线路的重复性，对轨道交通无线环境图不断修正、完善，进而提高轨道交通无线移动通信系统的通信质量、用户体验和可靠性，具体包括以下步骤：501)基于轨道交通无线环境图所提供的列车所在位置车载天线与基站天线之间的信道特性参数，进行信道补偿、数据解调，计算链路性能；同时，基于对接收信号的导频估计，实时获取车载天线与基站天线之间的信道特性参数，进行信道补偿、数据解调，计算链路性能；502)通过对上述两种不同方法所得到的链路性能的比较，判断是否需要修正无线环境图中的信道参数；503)若需要修正，则根据基于导频估计的信道参数对无线环境图中的信道参数进行更新、优化；504)在列车周而复始的运行过程中，重复上述步骤501‑503，进而达到更新完善轨道交通无线环境图。...

【技术特征摘要】
1.一种基于轨道交通无线环境图的智能移动通信方法，其特征在于，该通信方法包括如下步骤：1)针对列车的运行线路和采用的无线通信系统，构建适用的轨道交通无线环境图；2)根据列车当前位置和轨道交通无线环境图，进行场景感知和无线信道特性的感知，确定无线信道信息及相关场景信息；3)对无线信道信息及相关场景信息进行更新；4)对无线通信系统参数进行预调整或优化，进而提高无线移动通信系统的通信质量、用户体验和可靠性；5)基于轨道交通列车运行线路的重复性，对轨道交通无线环境图不断修正、完善，进而提高轨道交通无线移动通信系统的通信质量、用户体验和可靠性，具体包括以下步骤：501)基于轨道交通无线环境图所提供的列车所在位置车载天线与基站天线之间的信道特性参...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵友平，李金兴，黄楠楠，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11