一種基於軌道交通無線環境圖的智能移動通信方法
2023-07-06 08:02:06
一種基於軌道交通無線環境圖的智能移動通信方法
【專利摘要】本發明公開一種基於軌道交通無線環境圖的智能無線移動通信方法，該方法基於列車運動規律重複性和軌道沿線無線信道一定程度上可預測性，提出一種新穎的、具有無線環境認知能力的軌道交通無線移動通信方法，藉助軌道交通無線環境圖實現對無線信道乃至所在場景更為精準全面的感知或預測，提高信道估計的準確性、降低信道估計的複雜度，並在列車重複性運行過程中，不斷完善軌道交通無線環境圖，進而提高無線移動通信系統的通信質量和可靠性，並降低通信系統的能耗。
【專利說明】一種基於軌道交通無線環境圖的智能移動通信方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及軌道交通無線移動通信【技術領域】，尤其涉及一種基於軌道交通無線環境圖的智能移動通信方法。
【背景技術】
[0002]中國已經擁有世界上最大規模以及最高運營速度的高速鐵路網，而且正在興建和即將興建的高速鐵路客運專線和城際鐵路裡程達到17，000公裡。同時，預計到2015年，中國城市軌道交通線路將達到87條，運營總裡程將超過2500公裡。為傳遞軌道交通安全控制信息(如視頻監控)和各種傳感信息，以及為乘客提供語音及數據通信服務，迫切需要發展面向軌道交通的寬帶無線通信系統，最終實現軌道交通的信息化和智能化。由於軌道交通環境的特殊性，比如高鐵的快速移動性、沿途穿越高架橋和隧道等各種環境，而地鐵列車多在隧道中運行，這些都與傳統的公眾蜂窩移動通信環境有顯著差別。目前，現有高鐵或地鐵公眾移動通信服務基本上仍是沿用現有的陸地公眾蜂窩移動通信系統，未考慮軌道交通無線通信環境的特殊性，因此存在諸多缺點，例如:難以快速而精準地進行信道估計、都卜勒頻譜擴展補償；複雜多變的信道衰落或幹擾以及軌道交通所具有的獨特的群切換所引發的通信鏈路中斷、鏈路性能(誤碼率、丟包率)惡化或切換失敗，總之，軌道交通環境下現有移動通信系統的通信質量(或用戶體驗)尚不到保障、亟待提高。因此，需要提供一種新的軌道交通無線環境圖的智能移動通信方法。
【發明內容】
[0003]針對以上現有技術的不足，本發明提供一種基於軌道交通無線環境圖的智能移動通信方法。
[0004]本發明採用下述技術方案:
[0005]一種基於軌道交通無線環境圖的智能移動通信方法包括如下步驟:
[0006]I)針對列車的運行線路和採用的無線通信系統，構建適用的軌道交通無線環境圖；
[0007]2)根據列車當前位置和軌道交通無線環境圖，進行場景感知和無線信道特性的感知，確定無線信道信息及相關場景信息；
[0008]3)對無線信道信息及相關場景信息進行更新；
[0009]4)對無線通信系統參數進行預調整或優化，進而提高無線移動通信系統的通信質量(QoS)、用戶體驗(QoE)和可靠性；
[0010]5)基於軌道交通列車運行線路的重複性，對軌道交通無線環境圖不斷修正、完善，進而提高軌道交通無線移動通信系統的通信質量(QoS)、用戶體驗(QoE)和可靠性。
[0011]本發明的有益效果如下:
[0012]本發明智能移動通信方法能提高無線移動通信系統的通信質量和可靠性，並降低通信系統的能耗。同時此方法並不局限於軌道交通環境，也能同樣適用於其他有特定運動軌跡的無線移動通信系統(如高速公路車地通信系統、航空航天飛行器等)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1基於軌道交通無線環境圖的軌道交通智能無線移動通信系統示意圖；
[0014]圖2基於軌道交通無線環境圖的軌道交通智能無線移動通信系統工作原理示意圖；
[0015]圖3基於軌道交通無線環境圖的移動通信系統認知算法流程示意圖；
[0016]圖4接收信號的矢量幅度誤差(EVM)在信道參數優化過程中逐漸減小的示意圖；
[0017]圖5軌道交通環境三種不同信道條件下採用認知算法後接收機誤碼率的仿真結果;
[0018]圖6具有理想軌道交通無線環境圖(信道特性參數資料庫)情況下信道估計算法框圖；
[0019]圖7不具有理想軌道交通無線環境圖(信道特性參數資料庫)情況下信道估計算法框圖。
【具體實施方式】
[0020]為了更清楚地說明本發明，下面結合優選實施例和附圖對本發明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發明的保護範圍。
[0021 ] 本發明的具體方法步驟如下。
[0022]1.構建合適的軌道交通無線環境圖
[0023]「無線環境圖」(Radio Environment Map, 「REM」)的概念最先是由專利 申請人:(趙友平)等人於2006年提出。無線環境圖是對複雜無線環境的數位化抽象，直接反映多維無線環境信息(如無線信道參數、無線信號或幹擾的時域-空域-頻域-調製域分布、網絡拓撲等)。無線環境圖的根本目的是為認知無線電設備或網絡提供精準、全面的信息支撐，進而為多目標跨層乃至跨網優化提供支持。作為是一種實現低成本、高性能認知無線通信系統的有效方法，「無線環境圖」已得到了國內外同行以及國際創新無線論壇(原「軟體無線電論壇」)的認同，「無線環境圖」這一概念已得到國際標準化組織(如IEEE，ITU-R, ETSI)的採納，並被視為認知無線通信網絡的關鍵使能模塊。無線環境圖在歐盟第七框架計劃2010年啟動的研究項目FARAMIR中得到了成功應用和驗證。
[0024]無線環境圖是一個綜合信息庫，可以儲存多維的場景信息，如通信節點所在地理環境信息、無線信道特性參數、無線網絡類型與覆蓋區域、無線網絡拓撲、以及先驗知識、系統優化的約束條件與規則等等。無線環境圖將是認知無線通信系統智慧「大腦」的一個不可或缺的重要組成部分。具體實現時，無線環境圖可以存放在資料庫系統或存儲晶片中。
[0025]針對軌道交通無線信道的特點以及軌道交通移動通信的技術體制，確定軌道交通無線環境圖的信息單元的組成要素及其相互關係、數據結構，記錄點選取準則(如軌道交通無線環境圖在空域、頻域的採樣準則)和記錄更新準則等。例如，對於基於正交頻分復用(OFDM)的軌道交通移動通信系統，軌道交通無線環境圖可以提供基站的位置信息、工作頻率、發射功率等信息，以及在每個記錄點，列車車載天線與基站天線之間的無線信道信息(如每一有效傳播路徑的衰減係數、到達角、時延等參數)。軌道交通無線環境圖的初始參數可以通過現場信道探測的方法直接得到，或者運用射線跟蹤法通過計算機仿真得到。在列車運行過程中，可以根據車載無線通信設備的實時頻譜感知以及無線鏈路的實際性能對軌道交通無線環境圖中的有關參數不斷進行修正，目的是最終消除軌道交通無線環境圖中存儲的參數與真實值之間的偏差，全面提高軌道交通環境下各種無線通信系統的性能。
[0026]射線跟蹤法是一種快速有效的波場近似計算方法，可以用來辨認出多徑信道中收發之間所有可能的射線路徑。一旦所有可能的射線被辨認出後，就可根據電波傳播理論來計算每條射線的幅度、相位、延遲和極化，然後結合天線方向圖和系統帶寬就可得到接收點的所有射線的相干合成結果。結合軌道交通所具有的特點(如列車運動的路線確定)，可以通過離線的計算機仿真得到給定線路和沿線場景的軌道交通無線信道參數的初始值。
[0027]表1給出了一個通過實測得到的軌道交通環境無線信道參數表的示例。所有路徑的功率均為相對於最強路徑功率的相對功率，到達角為來波方向的反方向與移動速度方向的夾角。
[0028]表1
[0029]
【權利要求】
1.一種基於軌道交通無線環境圖的智能移動通信方法，其特徵在於，該通信方法包括如下步驟: 1)針對列車的運行線路和採用的無線通信系統，構建適用的軌道交通無線環境圖； 2)根據列車當前位置和軌道交通無線環境圖，進行場景感知和無線信道特性的感知，確定無線信道信息及相關場景信息； 3)對無線信道信息及相關場景信息進行更新； 4)對無線通信系統參數進行預調整或優化，進而提高無線移動通信系統的通信質量、用戶體驗和可靠性； 5)基於軌道交通列車運行線路的重複性，對軌道交通無線環境圖不斷修正、完善，進而提高軌道交通無線移動通信系統的通信質量、用戶體驗和可靠性。
2.根據權利要求1所述的一種基於軌道交通無線環境圖的智能移動通信方法，其特徵在於，所述步驟2中的無線信道信息包括主要的信道參數，多徑數、每徑的路徑損耗、到達時間、到達角、幹擾信號特性參數中的一種或多種。
3.根據權利要求1所述的一種基於軌道交通無線環境圖的智能移動通信方法，其特徵在於，所述步驟5中的修正，完善軌道交通無線環境圖包括: 501)基於軌道交通無線環境圖所提供的列車所在位置車載天線與基站天線之間的信道特性參數，進行信道補償、數據解調，計算鏈路性能； 同時，基於對接收信號的導頻估計，實時獲取車載天線與基站天線之間的信道特性參數，進行信道補償、數據解調，計算鏈路性能； 502)通過對上述兩種不同方法所得到的鏈路性能的比較，判斷是否需要修正無線環境圖中的信道參數； 503)若需要修正，則根據基於導頻估計的信道參數對無線環境圖中的信道參數進行更新、優化； 504)在列車周而復始的運行過程中，重複上述步驟501-503，進而達到更新完善軌道交通無線環境圖。
【文檔編號】H04W24/02GK103873395SQ201410099453
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月18日 優先權日:2014年3月18日
【發明者】趙友平, 李金興, 黃楠楠 申請人:北京交通大學