本发明专利技术公开了一种支持高铁移动通信的无重叠无线覆盖系统及其切换方法，涉及高速铁路通信领域。本发明专利技术采用多个车载天线交替与RAU辐射电磁微小区通信实现，再按照确定RAU小区覆盖距离和确定车载天线数量两个方面来设计。本系统是地面管理单元（110）、地面接入管理单元（120）和光波长管理单元（130）依次连接，车载接入控制单元（210）和车载控制单元（220）连接，地面接入管理单元（120）与车载接入控制单元（210）连接。本发明专利技术用适度增加车载通信系统复杂度来降低地面通信系统的复杂度，其所表现出来成本优势和性能优势效果将更加明显。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高速铁路通信领域，尤其涉及一种。
技术介绍
现网高铁无线通信技术大多基于较为成熟的卫星通信、集群移动通信和蜂窝移动通信，存在覆盖场强弱、覆盖效率低、多径衰弱和频繁切换等严重问题，其应用面临较大的困难和挑战。究其主要原因，这些传统技术最初主要面向个人移动通信需求设计，信号穿透密闭车厢损耗较大，大区制覆盖对于狭窄的带状路轨而言无效能量辐射较大，用户集中且全部用户随车高速同步移动，对系统切换请求呈突发性。因此,有针对性地为高速铁路这种特殊的移动通信需求作出专门的设计显得较为重要而迫切。与普通场景相比，高铁移动场景下的移动网络有覆盖率、带宽和切换等重要指标的特殊需求，传统网络难以满足。为实现360km/h或更高时速条件下的高铁移动通信目标，现有无线通信技术，如2G、3G、LTE、卫星通信和WIFI等，均不同程度地在高铁场景下被应用和试验。大量实验表明，现有标准应用于高铁场景，均不同程度地存在三个主要问题:传输速率低，〈54Mbps ;切换延迟大，>=70ms ;以及频繁切换，>0.03次/s ;特别是在多旅客集中通话时的业务体验效果极不理想。因此，专网覆盖已成为未来发展高铁移动通信网的必然发展趋势。光载无线电(Radio over Fiber,简称RoF)技术作为一种支撑平台，可在保护现有投资的前提下，在高铁专网通信从传统技术向新技术的演进中发挥重要作用。特别是，当前低频段的频率资源已经异常紧张，为了适应带宽需求的不断增长，将来必需在更高的频率上寻求新的覆盖技术，这也为光载毫米波技术的研究和应用提供了条件。光载毫米波技术是载波为30?300GHz频段范围的RoF技术。尽管光载毫米波技术相对传统技术在带宽方面的优势明显，但毫米波属于极高频段，受大气衰减影响大，导致无线信号的覆盖范围较小。以比较典型的60GHz波段为例，无线覆盖半径减小至50米?500米，属于微小区覆盖(覆盖半径在几十米至几百米之间)。一方面，这一覆盖范围与高速铁路两道平行路轨的宽度大体相当，有利于增强电磁能量覆盖效率。另一方面，如此小的覆盖范围又必然需要配置数量庞大的远端天线单元(Remote Antenna Unit,简称RAU)覆盖高铁路轨。按传统思维,为支持用户通信的无缝平滑切换，需在相邻覆盖之间预留一定的重叠区域，因此无论是RAU，还是中心站(Central Station,简称CS)的部署数量都会相当惊人,付出巨大成本。
技术实现思路
针对高速铁路RoF微小区覆盖的巨量成本和更为严峻的切换问题，本专利技术的目的就在于提供一种支持高铁移动通信的无线覆盖系统及其切换方法。本专利技术不仅能满足高铁乘客的高带宽通信服务需求，而且能成倍减少RAU数量，建网成本相对传统设计节约50%左右。本专利技术的目的是这样实现的: 本专利技术采用多个车载天线交替与RAU辐射电磁微小区(简称RAU微小区)通信实现，再按照确定RAU小区覆盖距离和确定车载天线数量两个方面来设计。一、系统 本系统包括地面中心基站和车载基站； 地面中心基站包括地面管理单元、地面接入管理单元和光波长管理单元； 车载基站包括车载接入控制单元和车载控制单元； 其连接关系是: 地面管理单元、地面接入管理单元和光波长管理单元依次连接，车载接入控制单元和车载控制单元连接，地面接入管理单元与车载接入控制单元连接。二、方法 1、本方法实施前提条件: 1)将高速列车内的所有通信终端通过车内多制式接入点汇集，最终在车载基站群聚为一个超级用户，车载基站可选择一个或多个车载天线与铁路沿线的RAU通信； 2)列车车载系统可实时获取瞬时速度、地理位置、航向等信息； 3)铁路沿线的路边中心站(CentralStation，简称CS)负责集中协调铁路沿线的RAU与车载天线的通信，可获取来车载天线发送的列车状态信息包，并与列车车载基站单元同步执行相同的航向预测程序，切换过程的触发依据列车位置信息和预测结果来确定。2、本切换方法包括下列步骤: ①进入车厢内的通信终端通过车载多制式接入点进行选择适配后，于车载基站处归集为一个超级用户，该超级用户通过车载天线和铁路沿线的RAU与地面核心网通信； ②在铁路沿线的RAU覆盖区范围内的车载天线通过RAU建立与路边中心站的双向通道连接； ③车载基站获取车首天线信息，并确定航向预测程序同步启动时间，然后打包为列车状态信息包发送给路边中心站； ④等待同步启动时间达到，车载基站与路边中心站同步执行相同的航向预测程序来预测车首天线位置，并根据车载天线间距获知其他车载天线的具体位置； ⑤车载基站获取车首天线实时位置信息，并比较该真实值与航向预测程序实时预测值之间的差值，如果超过预先设置的差错阀值，则跳转到步骤③，否则进入步骤⑥； ⑥每相隔时间h后，继续执行一次航向预测程序，并将预测结果存储到数据库备用。⑦当路面中心站和车载基站同步预测到某根车载天线即将离开通信RAU微小区且距离其边缘位置为，同时有另一根车载天线即将进入某个RAU小区时，则进入步骤⑧，否则跳转到步骤⑥； ⑧路边中心站启动切换执行流程，路边中心站根据车载天线离开或者进入的动作来控制选择与列车通信的RAU，同时，车载基站根据车载天线离开或者进入某个RAU微小区的动作来屏蔽或者选择相应的车载天线； ⑨切换过程执行结束，回到步骤⑥。3、工作原理: 按照传统技术要求，相邻RAU微小区之间必须有覆盖重叠，这样做的目的是为了保证车载天线有足够时间从一个小区无中断地切换到另一个小区，重叠区的最大跨距用来表示通过把原来应该相互重叠的RAU微小区之间的间距拉大，最终做到相邻RAU微小区无重叠。列车上的多根车载天线依次交替使用，以保证当其中一根车载天线即将与当前连接的RAU覆盖小区断开通信时，另一根已成功切换进入下一个小区；本方法可以取得与传统技术下的重叠小区覆盖相同的效果；由RAU微小区无重叠覆盖，引出了一种与之匹配的车-地同步分布式多天线接力切换方法，其中包括地面中心切换与车载基站切换，它们同时在各自的系统中进行预测切换，地面中心切换主要完成数据拷贝、波长路由转换、数据转发；车载基站的切换主要完成接力天线的激活及关闭动作。本专利技术具有下列优点和积极效果: ①利用毫米波RoF专网这一基础性平台，可保护运营商的前期投资，使传统技术向新技术平滑过渡演进； I通过拉大铁路沿线RAU之间的部署间距，可使铁路沿线的RAU和CS等设备材料的直接成本至少减少50%，地面系统的安装工程量等也可成倍减少； I利用同步预测切换算法控制车载多天线依次交替与铁路沿线的RAU建立通信连接，可做到在RAU微小区不重叠时，仍能保证列车用户良好的移动通信体验； 总之，本专利技术充分考虑技术可行性，用适度增加车载通信系统复杂度来降低地面通信系统的复杂度，随着高铁线路的部署里程规模越大，这一方法所表现出来成本优势和性能优势效果将更加明显。【附图说明】图1是本系统的结构方框图； 图2是地面接入管理单元的结构方框图； 图3是分布式RAU的结构方框图； 图4是车载接入控制单元的结构方框图； 图5是分布式多车载天线的结构示意图； 图6是最少化RAU小区无重叠覆盖方案的递推原理图； 图7是最少化车载天线设计方案本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种支持高铁移动通信的无重叠无线覆盖系统，其特征在于：包括地面中心基站（100）和车载基站（200）；地面中心基站（100）包括地面管理单元（110）、地面接入管理单元（120）和光波长管理单元（130）；车载基站（200）包括车载接入控制单元（210）和车载控制单元（220）；其连接关系是：地面管理单元（110）、地面接入管理单元（120）和光波长管理单元（130）依次连接，车载接入控制单元（210）和车载控制单元（220）连接，地面接入管理单元（120）与车载接入控制单元（210）连接。
【技术特征摘要】
1.一种支持高铁移动通信的无重叠无线覆盖系统，其特征在于: 包括地面中心基站(100)和车载基站(200)； 地面中心基站(100)包括地面管理单元(110)、地面接入管理单元(120)和光波长管理单元(130)； 车载基站(200 )包括车载接入控制单元(210)和车载控制单元(220 ); 其连接关系是: 地面管理单元(110)、地面接入管理单元(120)和光波长管理单元(130)依次连接，车载接入控制单元(210)和车载控制单元(220)连接，地面接入管理单元(120)与车载接入控制单元(210)连接。2.按权利要求1所述的无重叠无线覆盖系统，其特征在于: 所述的地面接入管理单元(120)包括依次连接的分布式RAU (121)、光纤传输分配线路(122)、地面接入中心(123)和多制式通信网络接口( 124); 分布式RAU (121)包括RAU (1211)和RAU微小区(1212); 分布式RAU (121)的安置距离R根据采用的微波频段传播特性和系统切换时间，保持RAU (1211)之间等间隔R分布，并且此时R应该满足R≥d，即保证每个RAU (1211)产生的RAU微小区(1212)之间不会有重叠覆盖；d是RAU微小区最大直径。3.按权利要求1所述的无重叠无线覆盖系统，其特征在于: 所述的车载接入控制单元(210)包括依次连接的分布式车载天线(211)、光纤传输分配线路(212)、车载接入中心(213)和多制式通信网络接口(214)； 分布式车载天线(211)是由η个车载天线(2111)组成，其分布式按照一定距离排列在列车上；X 当 L ≥ d 时，L= (L X Ad) /d+ (n - 2) (d - Ad)，贝丨J n=2+ [L/d]； 2当L〈d时，则...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨春勇，侯金，陈少平，石珊，胡雯萱，杨杰，
申请(专利权)人：中南民族大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。