專利名稱：車地無線通信系統(tǒng)lte-wlan復(fù)合組網(wǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。利用目前廣泛使用的WLAN(Wireless Local AreaNetworks無線局域網(wǎng))技術(shù)，以及第四代移動通信技術(shù)LTE (Long Term Evolution,長期演進)進行復(fù)合組網(wǎng)，來解決城市軌道交通系統(tǒng)運營過程中，車輛與調(diào)度中心不間斷實時高速數(shù)據(jù)通信問題。
背景技術(shù)：
目前，全球范圍內(nèi)有數(shù)百條城市軌道交通線路(包括地鐵、輕軌、城鐵等)，總里程近一萬公里。隨著城市安全及應(yīng)急管理需求的提高，很多國家及城市相關(guān)管理機構(gòu)都提出要求:將城市軌道交通工具車廂內(nèi)的實時監(jiān)控視頻同步傳送到指揮調(diào)度中心或者其他相關(guān)部門；并通過車載乘客信息發(fā)布系統(tǒng)來完成車地間的實時雙向信息溝通。受限于城市軌道交通特殊的地理和電磁環(huán)境，特別無線通訊技術(shù)發(fā)展水平的限制，目前還沒有真正成功實現(xiàn)全程車地無線高速數(shù)據(jù)通信的先例。其主要原因在于:原有的GSM，CDMA等廣域無線通信網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率有限；而WLAN等高速無線局域網(wǎng)通訊手段，其終端相對運動速度超過60公里每小時之后，由于多普勒效應(yīng)和信道頻繁切換等因素影響，實際車地間數(shù)據(jù)鏈路承載能力急劇降低，無法滿足通常運營速度為60-100公里每小時的城市軌道車輛的實時視頻等高速數(shù)據(jù)傳輸要求。現(xiàn)有的極少數(shù)嘗試采用基于WLAN技術(shù)的車地無線通信系統(tǒng)案例，均出現(xiàn)軌道列車車速超過60公里每小時之后有效網(wǎng)絡(luò)傳輸能力大幅度降低乃至傳輸中斷的情況。即便是目前最先進的第四代移動通訊技術(shù)LTE，雖然其網(wǎng)絡(luò)終端在高速移動時也能完成高速數(shù)據(jù)傳輸，但是受限于LTE同頻組網(wǎng)難題，同一 LTE信號覆蓋小區(qū)內(nèi)總數(shù)據(jù)鏈路承載能力有限，在城市軌道交通換乘站、車輛段等軌道車輛密集的地方，多個終端分攤下來的數(shù)據(jù)通信能力也大打折扣，無法滿足實時視頻傳輸?shù)葢?yīng)用 的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對LTE和WLAN的特性和各自的缺陷，揚長避短，提出了 LTE-WLAN車地無線通信系統(tǒng)復(fù)合組網(wǎng)方法，合理利用LTE的廣域高速移動終端快速數(shù)據(jù)傳輸能力，WLAN的局域高帶寬大容量數(shù)據(jù)通信能力，以及車載無線通訊終端的動態(tài)路由調(diào)整和負載均衡技術(shù)，來搭建動態(tài)穩(wěn)定的車地高速無線傳輸鏈路，從而實現(xiàn)車地間的雙向?qū)崟r視頻傳輸?shù)葢?yīng)用。現(xiàn)在新建的城市軌道交通傳輸網(wǎng)絡(luò)環(huán)境通常為:軌道交通全線采用光纜連接，各車站和指揮調(diào)度中心之間的網(wǎng)絡(luò)傳輸級別為千兆級以上，而且既有線路的現(xiàn)代化改造也都不低于該指標。
車地無線通信系統(tǒng)的在城市軌道交通中的整個工作環(huán)境由以下兩個場景組成:
一、車站/換乘站/車輛段及其進出站的臨近軌道區(qū)間等有多個低速或者靜止軌道車輛場景；
二、在相鄰兩個車站之間最多同時有兩輛相反行駛軌道車輛的快速行車軌道區(qū)間。其基本應(yīng)用需求為:兩路720P清晰度的車內(nèi)高清監(jiān)控視頻實時上傳至指揮調(diào)度中心(共需要8Mbps帶寬，約llOOKB/s的上行數(shù)據(jù)傳輸率)，一路1080P高清晰度的乘客信息發(fā)布視頻(下行需要16Mbps帶寬，約2000KB/S的下行數(shù)據(jù)傳輸率)。
對于場景一，多個車載終端處在一個相對集中的狹小區(qū)域，并且都處于低速或者靜止狀態(tài)。因此采用WLAN來進行覆蓋。WLAN工作在2.4G或者5.8G公用開放頻段，頻譜資源豐富；其單小區(qū)有效覆蓋距離約300米，足以覆蓋現(xiàn)有站臺及臨近進出站軌道區(qū)間。在采用密集小區(qū)組網(wǎng)的情況下，能夠能夠提供巨大的帶寬資源(換乘站可提供4-6個54Mbps常規(guī)寬帶接入資源。若采用最新的802.11 η空間多路復(fù)用以及MINO多發(fā)多收等技術(shù)優(yōu)勢，則可為單個客戶端提供高達300-600Mbps的帶寬)。在車站內(nèi)，每三十米部署一個WLAN無線接入點，多個無線接入點通過WLAN控制器，接入千兆級全線傳輸網(wǎng)，同時滿足站內(nèi)8-12列軌道車輛與指揮調(diào)度中心之間的數(shù)據(jù)傳輸需要。但其不利之處在于車載終端移動速度越快，與WLAN各無線接入點之間的切換越頻繁、實際傳輸速率越低；而且在高架環(huán)境下WLAN無線接入點的布線難度大，列車高速行駛狀態(tài)下WLAN實際使用效果差。因此在場景二中，就不能再使用WLAN覆蓋。LTE是第四代移動通訊技術(shù)，單基站小區(qū)信號可以覆蓋現(xiàn)有站間0.5-5公里的可視距離，一般不需要在站間行車區(qū)間線路上部署額外天線，其有效傳輸速率對終端移動速度并不敏感，有利于軌道交通場景二的無線數(shù)據(jù)通信。LTE單小區(qū)內(nèi)可提供最大60Mbps——上行20Mbps，下行40Mbps帶寬。但是其單小區(qū)內(nèi)帶寬總量有限，也無法像WLAN那樣通過加大小區(qū)信道密集度來提高單位空間內(nèi)的有效帶寬資源；因此場景一描述的換乘站、車輛段等軌道車輛大量集 中，車載終端密集的情況下，同樣會出現(xiàn)傳輸資源緊張的情況。對于場景二，站間距離在0.5飛公里之間的廣大區(qū)域，軌道車輛運行速度在60-100公里每小時，出于行車安全因素考慮，兩站區(qū)間最多只有兩列相反行使方向的軌道車輛；也就是說該區(qū)域內(nèi)最多只有兩個快速移動的車載終端在極端情況下(兩列80km/h列車在單一 LTE信道小區(qū)內(nèi))，兩列車輛總上行帶寬需求16Mbps，總下行帶寬需求32Mbps。因此一個LTE信號小區(qū)完全可以滿足基本應(yīng)用需求。根據(jù)城市軌道交通的實際情況來進行LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化，通?？梢栽诿總€車站部署一個LTE基站，兩個天線扇區(qū)各自覆蓋車站兩端外延的行車區(qū)間，與相鄰兩個車站的兩個LTE基站信號完成本車站兩端的整個行車區(qū)間的LTE信號覆蓋；在行車區(qū)間過長、高差變化太大或者彎道過多等極端情況下，可以采用RRU (Radio Remote Unit射頻拉遠)的方式來完成覆蓋。同時，兩個相鄰LTE基站信號覆蓋區(qū)間的交匯點，也就是車載通訊終端在兩個LTE基站間的切換點盡量設(shè)置在兩站正中間，車速最快的地方，這樣可以最大程度地增加單列軌道車輛獨享一個LTE基站資源的時間比例，提高基本應(yīng)用業(yè)務(wù)的質(zhì)量。在場景一完成WLAN信號覆蓋，場景二完成LTE覆蓋之后，車載通訊終端將通過動態(tài)路由調(diào)整和負載均衡技術(shù)來完成車內(nèi)數(shù)據(jù)向指揮調(diào)度中心的發(fā)送和接收指揮調(diào)度中心的數(shù)據(jù)。
車載通訊終端完成基本應(yīng)用數(shù)據(jù)需求的過程如下:
在場景一中，車載通訊終端在軌道車輛減速進站時，檢測到車站的WLAN信號逐漸增強至某設(shè)定閾值，則自動建立WLAN的連接鏈路，將基本應(yīng)用的路由設(shè)定為車載通訊終端一WLAN無線接入點一WLAN無線控制器一千兆級全線傳輸網(wǎng)；同時讓出剛才使用的區(qū)間LTE鏈路，將相對有限的LTE傳輸容量資源讓給還在行車區(qū)間的使用該LTE資源的其他軌道車輛車載終端。在場景二中，車載通訊終端在軌道車輛加速離站時，檢測到車站的WLAN信號迅速朝設(shè)定閾值降低，則自動重新建立LTE的連接鏈路，將基本應(yīng)用的路由設(shè)定為車載通訊終端LTE基站千兆級全線傳輸網(wǎng)。同時中斷已經(jīng)失效的上一站W(wǎng)LAN鏈路。同時車載通訊終端繼續(xù)監(jiān)聽所在LTE小區(qū)的用戶信息，當有另一列軌道車輛的車載通訊終端請求加入本LTE小區(qū)的時候，自動將所完全占用的LTE傳輸資源降低一半，讓給對方，維持同一LTE小區(qū)內(nèi)雙方負載的均衡，保證雙方的基本業(yè)務(wù)都可以同時傳輸。同理，當監(jiān)聽到對方離開本LTE小區(qū)的時候，自動恢復(fù)完全占用，提供更大的LTE網(wǎng)絡(luò)容量資源，提高基本業(yè)務(wù)傳輸質(zhì)量，直到進入場景一時再進行相應(yīng)`切換。
權(quán)利要求
1.一種車地無線通信復(fù)合組網(wǎng)方法，該方法是用LET和WLAN技術(shù)進行復(fù)合組網(wǎng)，通過車載終端來維持有效傳輸鏈路，通過車載終端來均衡傳輸負載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車地無線通信復(fù)合組網(wǎng)方法，其特征在于LET覆蓋整個行車區(qū)間，WLAN覆蓋車站和車輛段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車地無線通信復(fù)合組網(wǎng)方法，其車載終端動態(tài)檢測所處位置的LTE和WLAN網(wǎng)絡(luò)無線信號，同時建立LTE連接和WLAN連接，維持有效傳輸鏈路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車載終端同時建立LTE和WLAN連接，車載終端動態(tài)優(yōu)化LTE和WLAN信號有效傳輸帶寬，自動分配相應(yīng)數(shù)據(jù)流到LTE鏈路和WLAN鏈路，均衡傳輸負載。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的車載終端自動分配相應(yīng)數(shù)據(jù)流到LTE鏈路和WLAN鏈路，車載終端在檢測到本LTE小區(qū)有其他車載終端接入時，在滿足業(yè)務(wù)傳輸需求的前提下優(yōu)先分配數(shù)據(jù)流到WLAN鏈路，節(jié)省LTE鏈路資源給另一車載終端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5車載終端檢測到本LTE小區(qū)有其他車載終端接入時，本車載終端優(yōu)先分配數(shù)據(jù)流到WLAN鏈路，在WLAN有效鏈路不能滿足本終端業(yè)務(wù)傳輸需求時，將本終端占用的LTE鏈路資源控制在本LTE小區(qū)容量的二分之一，將空余出來的LTE鏈路資源讓給本LTE小區(qū)內(nèi)的另一個車載終端。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種屬于無線數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域的車地無線通信系統(tǒng)LTE-WLAN復(fù)合組網(wǎng)方法。城市軌道交通車地無線高速通信，包含LTE信號全線覆蓋和WLAN信號重點覆蓋的雙系統(tǒng)組網(wǎng)，以及車載通訊設(shè)備的雙系統(tǒng)并行收發(fā)兩個部分。LTE網(wǎng)絡(luò)主要負責軌道車輛在高速行車區(qū)間的保障基礎(chǔ)業(yè)務(wù)帶寬信號承載，WLAN網(wǎng)絡(luò)主要負責軌道車輛在車站、換乘站及車輛段等低速運行或靜止區(qū)間的大容量傳輸?shù)母邘挸休d。車載通訊設(shè)備實時自動檢測所處位置的LTE和WLAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的有效帶寬，按既定路由策略保持雙系統(tǒng)負載均衡，適時自動調(diào)整數(shù)據(jù)收發(fā)鏈路。這種復(fù)合組網(wǎng)方法能夠保證城市軌道車輛在高速行車區(qū)間或者多車密集交匯區(qū)間運營過程中，均能保持與指揮調(diào)度中心的全程不間斷實時高速通訊。
文檔編號H04W28/08GK103249088SQ20121041535
公開日2013年8月14日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者黃海 申請人:重慶華非云通訊技術(shù)有限公司