一種高速列車無線頻譜接入方法

2023-11-09 20:29:52 4

專利名稱：一種高速列車無線頻譜接入方法
技術領域：
本發明屬於無線通信技術領域的無線頻譜接入技術，具體涉及一種高速列車無線頻譜接入方法。
背景技術：
高速列車，例如飛機和高速火車，將在人們的生活中扮演越來越重要的角色。高速列車上的乘客將需要更多的寬帶無線多媒體服務，因此，寬帶無線通信技術將是高速列車的必備技術之一。然而，基於高速列車的寬帶無線通信面臨著一個嚴峻的挑戰便是頻譜資源匱乏問題。近些年來，人們發現電視信道的頻譜利用率很低，並考慮在不影響電視用戶的情況下，利用空閒的電視信道進行接入通信。為了不對電視用戶產生幹擾，高速列車只能接入當前電視用戶沒有使用的信道。並且，不同的高速列車之間也不能產生幹擾。如果多個高速列車隨機的接入電視信道，不但不能保證不影響電視用戶，還會嚴重影響空閒信道的利用率。所以，如何調度多個高速列車接入合適的空閒信道，從而提高空閒信道利用率， 是一個很重要的問題。目前，還沒有調度高速列車接入合適空閒頻譜的方法。

發明內容
本發明提供一種利用空閒電視信道的高速列車無線頻譜接入方法，在不影響電視用戶的情況下，實現了高速列車的無線網絡通信，並能顯著提高空閒電視頻譜利用率。一種高速列車無線頻譜接入方法，將通信時間進行時隙劃分，將目標頻帶進行信道劃分，包括下述步驟(1)初始化步驟各高速列車將當前時隙自身的地理位置坐標和頻譜需求發送給高速列車基站，各電視塔將自身的地理位置坐標和佔用信道發送給高速列車基站；(2)計算可用信道列表步驟高速列車基站根據各高速列車的地理位置坐標以及各電視塔的地理位置坐標和佔用信道，在保證電視塔不被幹擾條件下確定每個高速列車可使用的電視塔的佔用信道；(3)判定高速列車幹擾步驟高速列車基站根據各高速列車的地理位置坐標，判定間距小於安全通信距離的任意兩個高速列車之間存在潛在幹擾；(4)信道分配步驟高速列車基站依據各高速列車的可用頻譜列表對各高速列車進行可用信道分配，得到多個高速列車信道分配組合，將其中存在兩個高速列車被分配同一頻段且兩者之間有潛在幹擾的高速列車信道分配組合剔除，在剔除後的高速列車信道分配組合中選出所有高速列車被分配的信道數總和最大的組合為最佳信道分配結果；(5)通信步驟高速列車基站將最佳信道分配結果發送給各高速列車，各高速列車在當前時隙內利用最佳信道分配結果指定的信道進行通信。本發明根據高速列車的地理位置、頻譜需求，以及電視塔的地理位置和所使用的信道，在每個時隙以最優調度矩陣調度高速列車接入空閒電視信道。與高速列車隨機接入空閒電視信道的方法相比，本發明能提高空閒電視頻譜利用率。在具體給定的參數條件下，隨機方法的頻譜利用率達到51. 667%，利用本發明求解的最優調度向量，頻譜利用率達到 93. 333%，頻譜利用率提高了約42% ；有效提高空閒電視頻譜利用率。


圖1是本發明系統框N M圖2是本發明n^xH^i^』"的求解過程的流程圖。
n=\ m=\
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進一步說明如圖1所示，本發明包括初始化步驟、計算可用信道列表步驟、計算高速列車相互幹擾步驟和計算最優調度矩陣步驟。本發明將通信時間劃分為時隙，將目標頻帶平均劃分為N個信道，一般N為1 1000000，包括下述步驟一 .初始化步驟各高速列車將當前時隙自身的地理位置坐標、頻譜需求發送給高速列車基站。各電視塔將自身地理位置坐標、自身佔用信道發送給高速列車基站。二 .計算可用信道列表步驟高速列車基站根據各高速列車將當前時隙自身的地理位置坐標、運動速度和方向，以及各電視塔將自身地理位置坐標、自身佔用信道，分別計算出可以被各高速列車使用的信道列表，計算方法如下令m表示其中任意一個高速列車， η表示其中任意一個信道，則
αν Ιο,其他其中，巧』"=1表示高速列車m可以使用信道η，Ρ: =O表示高速列車m不可以使用信道n，^f表示電視塔P1的通信半徑，表示電視塔P1的被感知半徑，表示高速列車的幹擾半徑，表示電視塔P1和高速列車m在當前時隙內的最短距離，g=表示使用信道η 的電視塔集合。三.計算高速列車相互幹擾步驟高速列車基站根據各高速列車將當前時隙自身的地理位置坐標、運動速度和方向，計算出任意兩個高速列車之間是否存在幹擾，計算方法如下
Λ 其他 其中，F=; = 1表示高速列車Hii和！^在當前時隙內如果使用相同的信道，就有可能相互幹擾。F=; =O表示高速列車在當前時隙內不可能相互幹擾，"表示高速列車 Hlj的通信半徑，Pf表示高速列車Hli的幹擾半徑， ζ"表示高速列車Hli和！^在當前時隙內的
FmJ
Wii最短距離。四.計算最優調度矩陣步驟將滿足式子
權利要求
1.一種高速列車無線頻譜接入方法，將通信時間進行時隙劃分，將目標頻帶進行信道劃分，該方法包括下述步驟(1)初始化步驟各高速列車將當前時隙自身的地理位置坐標和頻譜需求發送給高速列車基站，各電視塔將自身的地理位置坐標和佔用信道發送給高速列車基站；(2)計算可用信道列表步驟高速列車基站根據各高速列車的地理位置坐標以及各電視塔的地理位置坐標和佔用信道，在保證電視塔不被幹擾條件下確定每個高速列車可使用的電視塔的佔用信道；(3)判定高速列車幹擾步驟高速列車基站根據各高速列車的地理位置坐標，判定間距小於安全通信距離的任意兩個高速列車之間存在潛在幹擾；(4)信道分配步驟高速列車基站依據各高速列車的可用頻譜列表對各高速列車進行可用信道分配，得到多個高速列車信道分配組合，將其中存在兩個高速列車被分配同一頻段且兩者之間存在潛在幹擾的高速列車信道分配組合剔除，在剔除後剩下的高速列車信道分配組合中選出所有高速列車被分配的信道數總和最大的組合作為最佳信道分配結果；(5)通信步驟高速列車基站將最佳信道分配結果發送給各高速列車，各高速列車在當前時隙內利用最佳信道分配結果為其指定的信道進行通信。
2.如權利要求1所述的高速列車無線頻譜接入方法，其特徵在於所述步驟O)中的可用信道計算方法為
3.如權利要求1所述的高速列車無線頻譜接入方法，其特徵在於所述步驟( 確定兩高速列車潛在幹擾的具體方法為
4.如權利要求1所述的高速列車無線頻譜接入方法，其特徵在於所述步驟中最佳信道分配結果的計算方法為
5.如權利要求4所述的調度高速列車接入空閒電視信道的方法，其特徵在於 所述步驟(4)具體為(41)高速列車分組對各高速列車分組，其中任一組內的高速列車不會與另外一組內的高速列車存在潛在幹擾；(42)分別對每一組高速列車按照下述方式構建組合樹(421)對一組高速列車進行頻譜分配，得到該組高速列車的多個調度矩陣δ，δ的第m 行第η列元素《=1表示高速列車m被分配信道n』《=0表示高速列車m沒有被分配信道 n，《的編號為(m-l)N+n;(422)對於任意一個調度矩陣，將元素值為1的元素的編號從小到大排列構成一個序列；(423)以序列為樹節點進行樹構建，樹中的子節點的序列元素數比父節點的序列元素數大1，且多出的這個元素值大於父節點所有的元素值，一個父節點的所有子節點按照多出的元素值從小到大，從左到右在樹中依次排列；(43)分別對每組高速列車按照下述方式搜索最優調度矩陣從一組高速列車對應樹的根節點開始，按照廣度優先搜索或深度優先原則對樹進行遍歷，遍歷中對滿足約束條件嚴
全文摘要
一種高速列車無線頻譜接入方法，屬於無線通信技術領域的無線頻譜接入技術。本發明首先在保證電視塔不被幹擾條件下確定每個高速列車可使用的電視塔的佔用信道，然後判定間距小於安全通信距離的任意兩個高速列車之間存在潛在幹擾，最後依據各高速列車的可用頻譜列表對各高速列車進行可用信道分配，得到多個高速列車信道分配組合，並將其中存在兩個高速列車被分配同一頻段且兩者之間有潛在幹擾的高速列車信道分配組合剔除，在剔除後的高速列車信道分配組合中選出所有高速列車被分配的信道數總和最大的組合為最佳信道分配結果。本發明在每個時隙以最佳信道分配結果調度高速列車接入空閒電視信道，有效提高空閒電視頻譜利用率。
文檔編號H04W74/04GK102325381SQ201110266158
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月8日 優先權日2011年9月8日
發明者屈代明, 江濤, 王志強, 陳達 申請人:華中科技大學