一种基于位置信息的高铁智能车窗单元分配通信方法技术

本发明专利技术提供一种基于位置信息的高铁智能车窗单元分配通信方法，基于空间调制技术传输机制将传输信息的索引信息部分映射至智能车窗，进而激活对应智能车窗进行信号传输，然后根据高铁列车位置信息计算所需传输单元数，从激活智能车窗的所有智能单元开始，对单元数进行递减迭代，直至满足最小传输容量，获得最小传输单元数，最后，基于信号垂直入射损耗最小原则，选择入射信号夹角满足与智能车窗垂直的智能单元进行激活，若不存在垂直入射角度的智能单元，则调整智能单元的单元相移，使入射信号夹角与单元相移叠加垂直入射，所需激活单元数为最小传输单元数，最终提升整体系统性能和实现能效最大化。实现能效最大化。实现能效最大化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于位置信息的高铁智能车窗单元分配通信方法


[0001]本专利技术涉及无线通信网络
，特别是涉及一种基于位置信息的高铁智能车窗单元分配通信方法。

技术介绍

近年来，随着高铁里程的不断增加，未来选择高铁出行会变得越发趋于常态。而高铁无线通信系统作为高铁列车行车安全、运营维护和旅客信息服务的中枢神经，在高铁运行过程中起关键性作用。在高铁运行场景下，由于高铁列车的高速移动，无线通信则会遭受高多普勒频移、天线间干扰和高铁列车车体金属高穿透损耗的影响，使得无线通信性能恶化，导致现有技术无法满足铁路无线通信的高需求。
[0002]透射和反射的可重构智能表面（Simultaneous Transmitting and Reflecting
‑
Reconfigurable Intelligent Surface，STAR
‑
RIS）和空间调制（Spatial Modulation，SM）技术的发展为解决上述问题提供了新的解决方案，通过将STAR
‑
RIS与高铁列车车窗相结合形成智能车窗，透射或反射轨旁基站的信号至高铁内部接收端，从而避免车体金属高穿透损耗的影响；SM技术能够通过将传输信息分流映射的方式来获得空间复用增益，从而避免高多普勒频移、天线间干扰所引起的传输速率下降问题，STAR
‑
RIS和空间调制技术的结合传输来保证高铁场景下高无线通信性能。
[0003]但由于轨旁基站与高铁列车之间存在高路径损耗且部分距离接收端过远的STAR<br/>‑
RIS单元传输增益较小，在高铁场景下采用STAR
‑
RIS辅助的空间调制传输方案，激活所有单元传输会增加基站发射端和智能车窗的传输功率，从而导致通信系统能效下降。因此，需要对智能车窗单元进行合理分配设计来保证通信系统高传输性能和传输能效最大化。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于位置信息的高铁智能车窗单元分配通信方法，将STAR
‑
RIS辅助的空间调制技术与高铁列车车窗结合成为智能车窗，使智能车窗具有能够额外携带索引信息和透射/反射传输信号的能力，从而保证通信系统高传输性能，并且基于位置坐标等信息对智能单元进行选择传输，实现通信系统能效最大化。
[0005]一种基于位置信息的高铁智能车窗单元分配通信方法，包括：步骤1，在轨旁基站与高铁列车接收端进行数据采集训练以得到数据训练信息，当高铁列车运行至轨旁基站的服务范围内时，轨旁基站根据数据训练信息获取高铁列车位置信息以及无线传输信道状态信息，在高铁列车内部，通过智能车窗上STAR
‑
RIS的控制器与高铁列车接收端进行通信获得内部传输信道状态信息，在传输过程中仅有轨旁基站至智能车窗、智能车窗至高铁列车接收端这两段传输信道，通信系统所需传输信息包括高铁列车位置信息、无线传输信道状态信息、内部传输信道状态信息；步骤2，智能车窗根据传输信息的空间调制索引信息位数，将所有智能车窗均分成若干组，使每个组承载不同的空间调制索引信息，并根据空间调制索引信息激活对应智能
车窗进行信号传输，传输的信号为根据空间调制技术得到的传输信息中的幅度相位调制信息；步骤3，根据高铁列车位置信息，从智能车窗的所有智能单元全部激活传输开始，进行迭代单元数递减，当满足最小传输容量时，停止迭代，获得满足容量的最小传输单元数；步骤4，基于信号垂直入射损耗最小原则，选择轨旁基站与智能车窗的入射信号夹角为90
°
的智能单元进行激活，实现高铁智能车窗单元的分配通信，当智能单元的入射信号夹角小于或大于90
°
时，将对应调整智能单元的单元相移，使入射信号夹角与单元相移叠加等于90
°
，所需激活单元数为步骤3中计算得到的最小传输单元数。
[0006]根据本专利技术提供的基于位置信息的高铁智能车窗单元分配通信方法，基于空间调制技术传输机制将传输信息的索引信息部分映射至智能车窗，进而激活对应智能车窗进行信号传输，然后根据高铁列车位置信息计算所需传输单元数，从激活智能车窗的所有智能单元开始，对单元数进行递减迭代，直至满足最小传输容量，获得最小传输单元数，最后，基于信号垂直入射损耗最小原则，选择入射信号夹角满足与智能车窗垂直的智能单元进行激活，若不存在垂直入射角度的智能单元，则调整智能单元的单元相移，使入射信号夹角与单元相移叠加垂直入射，所需激活单元数为最小传输单元数，最终提升整体系统性能和实现能效最大化，实现了在高铁场景下的高通信增益和低功率损耗。
[0007]此外，上述的基于位置信息的高铁智能车窗单元分配通信方法，还具有以下技术特征：进一步的，步骤1具体包括：当高铁列车运行至轨旁基站的服务范围内，高铁列车与轨旁基站相互通信传输时，由高铁列车接收端将列车位置信息坐标（x1, y1）上行传输至轨旁基站，由轨旁基站坐标（x0, y0）计算获取高铁列车与轨旁基站的直线距离d0=sqrt[(x1‑
x0)+(y1‑
y0)]、轨旁基站与智能车窗的入射信号夹角，其中sqrt表示求根运算，arctan表示反正切函数；在传输过程中仅有轨旁基站至智能车窗、智能车窗至高铁列车接收端这两段传输信道，根据导频信号反馈方式，在轨旁基站发射端和智能车窗上STAR
‑
RIS的控制器处分别获得轨旁基站至智能车窗的无线传输信道H
BR
、智能车窗至高铁列车接收端的无线传输信道H
RU
。
[0008]进一步的，步骤2具体包括：采用空间调制技术将传输信息x分为两部分，一部分为索引信息x1，另一部分为幅度相位调制信息x2，根据索引信息比特位数a将O块智能车窗均分成若干组，则索引信息所映射对应智能车窗组数为O/2
a
，当智能车窗上STAR
‑
RIS的控制器接收到来自轨旁基站的传输信息时，根据信号索引信息x1激活对应映射的智能车窗组，令对应激活的智能车窗组的透射系数=1，反射系数=0，其余未激活的智能车窗组的透射系数=0，反射系数=1，智能车窗激活后进行信号传输，传输的信号为根据空间调制技术得到的传输信息中的幅度相位调制信息x2。
[0009]进一步的，步骤3具体包括：
确定对应智能车窗传输后，计算所需单元数，根据高铁列车位置信息，从激活对应智能车窗的所有单元数N开始，对单元数进行递减迭代，计算满足最低传输速率C
min
所对应的最小传输单元数N
min
，计算公式如下：其中，C表示传输速率，log2表示求以2为底的对数运算，P
s
表示轨旁基站的发射功率，N0表示无线传输信道的噪声功率，n表示第n个智能单元，表示对n进行从1到N的求和运算，、、、分别表示H
RU
、、智能车窗的对角相移矩阵、H
BR
中的第n个元素，表示对角相移矩阵中的单元相移，exp表示以e为底的指数函数，当传输速率C≥C
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于位置信息的高铁智能车窗单元分配通信方法，其特征在于，包括：步骤1，在轨旁基站与高铁列车接收端进行数据采集训练以得到数据训练信息，当高铁列车运行至轨旁基站的服务范围内时，轨旁基站根据数据训练信息获取高铁列车位置信息以及无线传输信道状态信息，在高铁列车内部，通过智能车窗上STAR
‑
RIS的控制器与高铁列车接收端进行通信获得内部传输信道状态信息，在传输过程中仅有轨旁基站至智能车窗、智能车窗至高铁列车接收端这两段传输信道，通信系统所需传输信息包括高铁列车位置信息、无线传输信道状态信息、内部传输信道状态信息；步骤2，智能车窗根据传输信息的空间调制索引信息位数，将所有智能车窗均分成若干组，使每个组承载不同的空间调制索引信息，并根据空间调制索引信息激活对应智能车窗进行信号传输，传输的信号为根据空间调制技术得到的传输信息中的幅度相位调制信息；步骤3，根据高铁列车位置信息，从智能车窗的所有智能单元全部激活传输开始，进行迭代单元数递减，当满足最小传输容量时，停止迭代，获得满足容量的最小传输单元数；步骤4，基于信号垂直入射损耗最小原则，选择轨旁基站与智能车窗的入射信号夹角为90
°
的智能单元进行激活，实现高铁智能车窗单元的分配通信，当智能单元的入射信号夹角小于或大于90
°
时，将对应调整智能单元的单元相移，使入射信号夹角与单元相移叠加等于90
°
，所需激活单元数为步骤3中计算得到的最小传输单元数。2.根据权利要求1所述的基于位置信息的高铁智能车窗单元分配通信方法，其特征在于，步骤1具体包括：当高铁列车运行至轨旁基站的服务范围内，高铁列车与轨旁基站相互通信传输时，由高铁列车接收端将列车位置信息坐标（x1, y1）上行传输至轨旁基站，由轨旁基站坐标（x0, y0）计算获取高铁列车与轨旁基站的直线距离d0=sqrt[(x1‑
x0)+(y1‑
y0)]、轨旁基站与智能车窗的入射信号夹角，其中sqrt表示求根运算，arctan表示反正切函数；在传输过程中仅有轨旁基站至智能车窗、智能车窗至高铁列车接收端这两段传输信道，根据导频信号反馈方式，在轨旁基站发射端和智能车窗上STAR
‑
RIS的控制器处分别获得轨旁基站至智能车窗的无线传输信道H
BR
、智能车窗至高铁列车接收端的无线传输信道H
RU
。...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁青锋，王松，代欣荃，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：