一種面向高速鐵路線狀小區的無線通信鏈路估計方法
2023-10-08 19:38:09 4
一種面向高速鐵路線狀小區的無線通信鏈路估計方法
【專利摘要】本發明公開了屬於無線移動通信【技術領域】的一種面向高速鐵路線狀小區的無線通信鏈路估計方法。該方法包含有以下步驟：1）提出一套針對高速鐵路特色傳播環境的分類標準；2）對各類場景下的大尺度路徑損耗和陰影衰落進行建模，建立一套面向高速鐵路的標準化傳播模型庫；3）提出面向鐵路線狀小區的覆蓋預測方法。本發明可在不藉助前期測量的前提下，更準確的預測高速鐵路小區的覆蓋範圍，優化高速鐵路的網絡布置方案，合理的設置小區間基站間距，進而極大的降低對高速鐵路無線通信基礎設施的投入。
【專利說明】一種面向高速鐵路線狀小區的無線通信鏈路估計方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於無線移動通信【技術領域】，特別涉及一種面向高速鐵路線狀小區的無線通信鏈路估計方法。
【背景技術】
[0002]在高速鐵路移動通信系統中，小區基站的設置和規劃主要依賴於無線信號在鐵路特色環境中的衰減情況。隨著距離的增加，電磁波在自由空間傳輸的過程中會受電解質的吸收損耗、地面障礙物的遮擋損耗、以及由反、散射波所導致的信號的相干與相消現象。這些效應極大的影響接收機處無線信道的強度。如果接收端的無線信號強度低於系統的門限電平，列車與基站之間就會出現掉話現象，這對於高速鐵路這樣一個安全苛求系統而言，會造成巨大的安全隱患。
[0003]為了保證高速鐵路全線無線覆蓋的可靠性，必須在鐵軌沿線布置大量的基站，通過建立鏈狀分布式的小區結構，實現列車運行全線中無線信號的良好覆蓋。較大的基站間距將無法滿足高速鐵路安全苛求系統下最低覆蓋電平和全局覆蓋概率的高標準要求；而較小的基站間距將造成巨大的資金浪費，極大的增加後續網絡維護成本，同時降低高速鐵路無線通信系統的抗幹擾能力。所以，一個面向高速鐵路無線通信的合理、準確的鏈路預算方法對於提升高速鐵路網絡性能，保證高速鐵路運行安全至關重要。
[0004]對於高速鐵路小區鏈路預算的方法，過去通常採用將公共網絡中蜂窩式網絡結構下的小區覆蓋概率估計方法，與傳統公共網絡通信環境的信道模型(即Hata模型)相結合的辦法。其中Hata模型僅能預測城區、郊區、鄉村三類場景，無法涵蓋高速鐵路無線通信中經常涉及的高架橋、路塹、河流、車站等場景。在使用基於Hata模型的無線鏈路估計時，其預測效果往往與鐵路特色環境下的信道測試存在較大誤差。而傳統公共網絡多是基於蜂窩狀網絡結構的，此類結構多將小區覆蓋區域假設成一個圓面，而鐵路無線通信中的小區是線狀小區，傳統的小區覆蓋概率預測方法會在鐵路環境中導致覆蓋概率欠估計現象，無法合理的預測鐵路無線鏈路的變化情況。
[0005]綜上所述，一套涵蓋鐵路特色傳播環境的標準化傳播模型庫，配之以全新的面向鐵路線狀小區的覆蓋概率預測方法，能夠很好的解決高速鐵路無線通信系統的鏈路預算難題。
【發明內容】
[0006]針對上述現有技術存在的問題，本發明提出一種面向高速鐵路線狀小區的無線通信鏈路估計方法，其特徵在於，該方法包含有以下步驟:
[0007]I)提出一套針對高速鐵路特色傳播環境的分類標準；
[0008]2)對各類場景下的大尺度路徑損耗和陰影衰落進行建模，建立一套面向高速鐵路的標準化傳播模型庫；
[0009]3)基於步驟(2)提出面向鐵路線狀小區的覆蓋預測方法。[0010]步驟I)所述分類標準為:將高速鐵路傳播環境分為7類:城區、郊區、鄉村、高架橋、路塹、車站、河流。
[0011]步驟2)所述對大尺度路徑損耗進行建模，算式如下:
[0012]PLproposed (dB) = Δ !+74.52+26.161og10 (f=930)
[0013]-13.821og10 (hb) -3.2 (1g10 (11.75hm))2
[0014]+[44.9-6.551og10 (hb) + A2] 1g10 (d)
[0015]其中，f為信號頻率(MHz)，hb和hm為基站和移動臺天線距離軌面的高度(m)，d為基站和移動臺的間距(km)，A1和A2為常數項和路徑損耗指數項的修正因子。
[0016]所述對兩個修正因子進行建模，算式如下:
[0017]Δ J=P.1g10 (hb)+q
[0018]其中，i=l，2分別指代兩個修正因子，P和q是根據實際測量獲得的擬合參數，用於描述~和A2的變化，在不同的環境中P和q分別等於不同的值。
[0019]步驟2)所述陰影衰落服從O均值的高斯分布，對陰影衰落進行建模，算式如下:
[0020]
【權利要求】
1.一種面向高速鐵路的無線通信鏈路估計方法，其特徵在於，該方法包含有以下步驟: 1)提出一套針對高速鐵路特色傳播環境的分類標準； 2)對各類場景下的大尺度路徑損耗和陰影衰落進行建模，建立一套面向高速鐵路的標準化傳播模型庫； 3)基於步驟(2)提出面向鐵路線狀小區的覆蓋預測方法。
2.根據權利要求1所述的一種面向高速鐵路的無線通信鏈路估計方法，其特徵在於，步驟I)所述分類標準為:將高速鐵路傳播環境分為7類:城區、郊區、鄉村、高架橋、路塹、車站、河流。
3.根據權利要求1所述的一種面向高速鐵路的無線通信鏈路估計方法，其特徵在於，步驟2)所述對大尺度路徑損耗進行建模，算式如下:
PLproposed (dB) = A ^74.52+26.161og10 (f=930)
-13.821og10 (hb) -3.2 (1gltl (I 1.75hm))2
+ [44.9-6.551og10 (hb) + A2] 1g10 (d) 其中，f為信號頻率(MHz)，hb和hm為基站和移動臺天線距離軌面的高度(m)，d為基站和移動臺的間距(km)，A1和A2為常數項和路徑損耗指數項的修正因子。
4.根據權利要求3所述的一種面向高速鐵路的無線通信鏈路估計方法，其特徵在於，所述對兩個修正因子進行建模，算式如下:
Ai=P.1g10 (hb)+q 其中i=l，2分別指代兩個修正因子，P和q是根據實際測量獲得的擬合參數，用於描述△ i和~的變化，在不同的環境中P和q分別等於不同的值。
5.根據權利要求1所述的一種面向高速鐵路的無線通信鏈路估計方法，其特徵在於，步驟2)所述陰影衰落服從O均值的高斯分布，對陰影衰落進行建模，算式如下:
6.根據權利要求1所述的一種面向高速鐵路的無線通信鏈路估計方法，其特徵在於，步驟2)所述的高速鐵路的標準化傳播模型庫的擬合度判決評價指標為:
7.根據權利要求1所述的一種面向高速鐵路的無線通信鏈路估計方法，其特徵在於，步驟3)包括以下步驟:31)確定上或下行鏈路作為鏈路預算的依據； 鏈路預算選擇損耗最小的鏈路； 32)確定環境噪聲門限N，算式如下:
N=k.Tteffl.Bff 其中，BW為系統帶寬，Tem為環境溫度，k為玻耳茲曼常數； 33)確定接收機靈敏度RS，算式如下:
RS=N+NF+SNRmin 其中，NF為接收機噪聲圖，SNRmin為接收機所需最小信噪比，k為玻耳茲曼常數； 34)確定安全苛求系統下接收電平門限，算式如下: T=RS+保護值 其中，保護值為多徑衰落保護值、高速移動保護值、老化保護值、電話噪聲保護值、幹擾保護值、列控保護值之和； 35)確定陰影衰落裕度M，算式如下:
8.根據權利要求7所述的一種面向高速鐵路的無線通信鏈路估計方法，其特徵在於，所述步驟31)鏈路預算的依據為選擇損耗最小的鏈路。
9.根據權利要求7所述的一種面向高速鐵路的無線通信鏈路估計方法，其特徵在於，所述步驟31)到步驟34)通過對實際系統參數的調整，能夠推廣到非鐵路無線通信系統。
【文檔編號】H04W16/22GK103607723SQ201310580797
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月18日 優先權日:2013年11月18日
【發明者】何睿斯, 鍾章隊, 艾渤, 丁建文, 蔣文怡 申請人:北京交通大學