一種基于軌道交通無(wú)線環(huán)境圖的智能移動(dòng)通信方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于軌道交通無(wú)線環(huán)境圖的智能無(wú)線移動(dòng)通信方法，該方法基于列車(chē)運(yùn)動(dòng)規(guī)律重復(fù)性和軌道沿線無(wú)線信道一定程度上可預(yù)測(cè)性，提出一種新穎的、具有無(wú)線環(huán)境認(rèn)知能力的軌道交通無(wú)線移動(dòng)通信方法，借助軌道交通無(wú)線環(huán)境圖實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線信道乃至所在場(chǎng)景更為精準(zhǔn)全面的感知或預(yù)測(cè)，提高信道估計(jì)的準(zhǔn)確性、降低信道估計(jì)的復(fù)雜度，并在列車(chē)重復(fù)性運(yùn)行過(guò)程中，不斷完善軌道交通無(wú)線環(huán)境圖，進(jìn)而提高無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量和可靠性，并降低通信系統(tǒng)的能耗。
【專利說(shuō)明】一種基于軌道交通無(wú)線環(huán)境圖的智能移動(dòng)通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軌道交通無(wú)線移動(dòng)通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于軌道交通無(wú)線環(huán)境圖的智能移動(dòng)通信方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中國(guó)已經(jīng)擁有世界上最大規(guī)模以及最高運(yùn)營(yíng)速度的高速鐵路網(wǎng)，而且正在興建和即將興建的高速鐵路客運(yùn)專線和城際鐵路里程達(dá)到17，000公里。同時(shí)，預(yù)計(jì)到2015年，中國(guó)城市軌道交通線路將達(dá)到87條，運(yùn)營(yíng)總里程將超過(guò)2500公里。為傳遞軌道交通安全控制信息(如視頻監(jiān)控)和各種傳感信息，以及為乘客提供語(yǔ)音及數(shù)據(jù)通信服務(wù)，迫切需要發(fā)展面向軌道交通的寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)軌道交通的信息化和智能化。由于軌道交通環(huán)境的特殊性，比如高鐵的快速移動(dòng)性、沿途穿越高架橋和隧道等各種環(huán)境，而地鐵列車(chē)多在隧道中運(yùn)行，這些都與傳統(tǒng)的公眾蜂窩移動(dòng)通信環(huán)境有顯著差別。目前，現(xiàn)有高鐵或地鐵公眾移動(dòng)通信服務(wù)基本上仍是沿用現(xiàn)有的陸地公眾蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，未考慮軌道交通無(wú)線通信環(huán)境的特殊性，因此存在諸多缺點(diǎn)，例如:難以快速而精準(zhǔn)地進(jìn)行信道估計(jì)、多普勒頻譜擴(kuò)展補(bǔ)償；復(fù)雜多變的信道衰落或干擾以及軌道交通所具有的獨(dú)特的群切換所引發(fā)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(huán)境下現(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量(或用戶體驗(yàn))尚不到保障、亟待提高。因此，需要提供一種新的軌道交通無(wú)線環(huán)境圖的智能移動(dòng)通信方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于軌道交通無(wú)線環(huán)境圖的智能移動(dòng)通信方法。
[0004]本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0005]一種基于軌道交通無(wú)線環(huán)境圖的智能移動(dòng)通信方法包括如下步驟:
[0006]I)針對(duì)列車(chē)的運(yùn)行線路和采用的無(wú)線通信系統(tǒng)，構(gòu)建適用的軌道交通無(wú)線環(huán)境圖；
[0007]2)根據(jù)列車(chē)當(dāng)前位置和軌道交通無(wú)線環(huán)境圖，進(jìn)行場(chǎng)景感知和無(wú)線信道特性的感知，確定無(wú)線信道信息及相關(guān)場(chǎng)景信息；
[0008]3)對(duì)無(wú)線信道信息及相關(guān)場(chǎng)景信息進(jìn)行更新；
[0009]4)對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行預(yù)調(diào)整或優(yōu)化，進(jìn)而提高無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量(QoS)、用戶體驗(yàn)(QoE)和可靠性；
[0010]5)基于軌道交通列車(chē)運(yùn)行線路的重復(fù)性，對(duì)軌道交通無(wú)線環(huán)境圖不斷修正、完善，進(jìn)而提高軌道交通無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量(QoS)、用戶體驗(yàn)(QoE)和可靠性。
[0011]本發(fā)明的有益效果如下:
[0012]本發(fā)明智能移動(dòng)通信方法能提高無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量和可靠性，并降低通信系統(tǒng)的能耗。同時(shí)此方法并不局限于軌道交通環(huán)境，也能同樣適用于其他有特定運(yùn)動(dòng)軌跡的無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)(如高速公路車(chē)地通信系統(tǒng)、航空航天飛行器等)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1基于軌道交通無(wú)線環(huán)境圖的軌道交通智能無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)示意圖；
[0014]圖2基于軌道交通無(wú)線環(huán)境圖的軌道交通智能無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)工作原理示意圖；
[0015]圖3基于軌道交通無(wú)線環(huán)境圖的移動(dòng)通信系統(tǒng)認(rèn)知算法流程示意圖；
[0016]圖4接收信號(hào)的矢量幅度誤差(EVM)在信道參數(shù)優(yōu)化過(guò)程中逐漸減小的示意圖；
[0017]圖5軌道交通環(huán)境三種不同信道條件下采用認(rèn)知算法后接收機(jī)誤碼率的仿真結(jié)果;
[0018]圖6具有理想軌道交通無(wú)線環(huán)境圖(信道特性參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù))情況下信道估計(jì)算法框圖；
[0019]圖7不具有理想軌道交通無(wú)線環(huán)境圖(信道特性參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù))情況下信道估計(jì)算法框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說(shuō)明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021 ] 本發(fā)明的具體方法步驟如下。
[0022]1.構(gòu)建合適的軌道交通無(wú)線環(huán)境圖
[0023]“無(wú)線環(huán)境圖”(Radio Environment Map, “REM”)的概念最先是由專利 申請(qǐng)人:(趙友平)等人于2006年提出。無(wú)線環(huán)境圖是對(duì)復(fù)雜無(wú)線環(huán)境的數(shù)字化抽象，直接反映多維無(wú)線環(huán)境信息(如無(wú)線信道參數(shù)、無(wú)線信號(hào)或干擾的時(shí)域-空域-頻域-調(diào)制域分布、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞?。無(wú)線環(huán)境圖的根本目的是為認(rèn)知無(wú)線電設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)提供精準(zhǔn)、全面的信息支撐，進(jìn)而為多目標(biāo)跨層乃至跨網(wǎng)優(yōu)化提供支持。作為是一種實(shí)現(xiàn)低成本、高性能認(rèn)知無(wú)線通信系統(tǒng)的有效方法，“無(wú)線環(huán)境圖”已得到了國(guó)內(nèi)外同行以及國(guó)際創(chuàng)新無(wú)線論壇(原“軟件無(wú)線電論壇”)的認(rèn)同，“無(wú)線環(huán)境圖”這一概念已得到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(如IEEE，ITU-R, ETSI)的采納，并被視為認(rèn)知無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵使能模塊。無(wú)線環(huán)境圖在歐盟第七框架計(jì)劃2010年啟動(dòng)的研究項(xiàng)目FARAMIR中得到了成功應(yīng)用和驗(yàn)證。
[0024]無(wú)線環(huán)境圖是一個(gè)綜合信息庫(kù)，可以儲(chǔ)存多維的場(chǎng)景信息，如通信節(jié)點(diǎn)所在地理環(huán)境信息、無(wú)線信道特性參數(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)類型與覆蓋區(qū)域、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒁约跋闰?yàn)知識(shí)、系統(tǒng)優(yōu)化的約束條件與規(guī)則等等。無(wú)線環(huán)境圖將是認(rèn)知無(wú)線通信系統(tǒng)智慧“大腦”的一個(gè)不可或缺的重要組成部分。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，無(wú)線環(huán)境圖可以存放在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)或存儲(chǔ)芯片中。
[0025]針對(duì)軌道交通無(wú)線信道的特點(diǎn)以及軌道交通移動(dòng)通信的技術(shù)體制，確定軌道交通無(wú)線環(huán)境圖的信息單元的組成要素及其相互關(guān)系、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，記錄點(diǎn)選取準(zhǔn)則(如軌道交通無(wú)線環(huán)境圖在空域、頻域的采樣準(zhǔn)則)和記錄更新準(zhǔn)則等。例如，對(duì)于基于正交頻分復(fù)用(OFDM)的軌道交通移動(dòng)通信系統(tǒng)，軌道交通無(wú)線環(huán)境圖可以提供基站的位置信息、工作頻率、發(fā)射功率等信息，以及在每個(gè)記錄點(diǎn)，列車(chē)車(chē)載天線與基站天線之間的無(wú)線信道信息(如每一有效傳播路徑的衰減系數(shù)、到達(dá)角、時(shí)延等參數(shù))。軌道交通無(wú)線環(huán)境圖的初始參數(shù)可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)信道探測(cè)的方法直接得到，或者運(yùn)用射線跟蹤法通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真得到。在列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，可以根據(jù)車(chē)載無(wú)線通信設(shè)備的實(shí)時(shí)頻譜感知以及無(wú)線鏈路的實(shí)際性能對(duì)軌道交通無(wú)線環(huán)境圖中的有關(guān)參數(shù)不斷進(jìn)行修正，目的是最終消除軌道交通無(wú)線環(huán)境圖中存儲(chǔ)的參數(shù)與真實(shí)值之間的偏差，全面提高軌道交通環(huán)境下各種無(wú)線通信系統(tǒng)的性能。
[0026]射線跟蹤法是一種快速有效的波場(chǎng)近似計(jì)算方法，可以用來(lái)辨認(rèn)出多徑信道中收發(fā)之間所有可能的射線路徑。一旦所有可能的射線被辨認(rèn)出后，就可根據(jù)電波傳播理論來(lái)計(jì)算每條射線的幅度、相位、延遲和極化，然后結(jié)合天線方向圖和系統(tǒng)帶寬就可得到接收點(diǎn)的所有射線的相干合成結(jié)果。結(jié)合軌道交通所具有的特點(diǎn)(如列車(chē)運(yùn)動(dòng)的路線確定)，可以通過(guò)離線的計(jì)算機(jī)仿真得到給定線路和沿線場(chǎng)景的軌道交通無(wú)線信道參數(shù)的初始值。
[0027]表1給出了一個(gè)通過(guò)實(shí)測(cè)得到的軌道交通環(huán)境無(wú)線信道參數(shù)表的示例。所有路徑的功率均為相對(duì)于最強(qiáng)路徑功率的相對(duì)功率，到達(dá)角為來(lái)波方向的反方向與移動(dòng)速度方向的夾角。
[0028]表1
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種基于軌道交通無(wú)線環(huán)境圖的智能移動(dòng)通信方法，其特征在于，該通信方法包括如下步驟: 1)針對(duì)列車(chē)的運(yùn)行線路和采用的無(wú)線通信系統(tǒng)，構(gòu)建適用的軌道交通無(wú)線環(huán)境圖； 2)根據(jù)列車(chē)當(dāng)前位置和軌道交通無(wú)線環(huán)境圖，進(jìn)行場(chǎng)景感知和無(wú)線信道特性的感知，確定無(wú)線信道信息及相關(guān)場(chǎng)景信息； 3)對(duì)無(wú)線信道信息及相關(guān)場(chǎng)景信息進(jìn)行更新； 4)對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行預(yù)調(diào)整或優(yōu)化，進(jìn)而提高無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量、用戶體驗(yàn)和可靠性； 5)基于軌道交通列車(chē)運(yùn)行線路的重復(fù)性，對(duì)軌道交通無(wú)線環(huán)境圖不斷修正、完善，進(jìn)而提高軌道交通無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量、用戶體驗(yàn)和可靠性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于軌道交通無(wú)線環(huán)境圖的智能移動(dòng)通信方法，其特征在于，所述步驟2中的無(wú)線信道信息包括主要的信道參數(shù)，多徑數(shù)、每徑的路徑損耗、到達(dá)時(shí)間、到達(dá)角、干擾信號(hào)特性參數(shù)中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于軌道交通無(wú)線環(huán)境圖的智能移動(dòng)通信方法，其特征在于，所述步驟5中的修正，完善軌道交通無(wú)線環(huán)境圖包括: 501)基于軌道交通無(wú)線環(huán)境圖所提供的列車(chē)所在位置車(chē)載天線與基站天線之間的信道特性參數(shù)，進(jìn)行信道補(bǔ)償、數(shù)據(jù)解調(diào)，計(jì)算鏈路性能； 同時(shí)，基于對(duì)接收信號(hào)的導(dǎo)頻估計(jì)，實(shí)時(shí)獲取車(chē)載天線與基站天線之間的信道特性參數(shù)，進(jìn)行信道補(bǔ)償、數(shù)據(jù)解調(diào)，計(jì)算鏈路性能； 502)通過(guò)對(duì)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(wú)線環(huán)境圖中的信道參數(shù)； 503)若需要修正，則根據(jù)基于導(dǎo)頻估計(jì)的信道參數(shù)對(duì)無(wú)線環(huán)境圖中的信道參數(shù)進(jìn)行更新、優(yōu)化； 504)在列車(chē)周而復(fù)始的運(yùn)行過(guò)程中，重復(fù)上述步驟501-503，進(jìn)而達(dá)到更新完善軌道交通無(wú)線環(huán)境圖。
【文檔編號(hào)】H04W24/02GK103873395SQ201410099453
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】趙友平, 李金興, 黃楠楠 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)