一種基于軌道交通無線環(huán)境圖的智能移動通信方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于軌道交通無線環(huán)境圖的智能無線移動通信方法，該方法基于列車運動規(guī)律重復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(huán)境認知能力的軌道交通無線移動通信方法，借助軌道交通無線環(huán)境圖實現(xiàn)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、降低信道估計的復雜度，并在列車重復性運行過程中，不斷完善軌道交通無線環(huán)境圖，進而提高無線移動通信系統(tǒng)的通信質量和可靠性，并降低通信系統(tǒng)的能耗。
【專利說明】一種基于軌道交通無線環(huán)境圖的智能移動通信方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及軌道交通無線移動通信【技術領域】，尤其涉及一種基于軌道交通無線環(huán)境圖的智能移動通信方法。
【背景技術】
[0002]中國已經(jīng)擁有世界上最大規(guī)模以及最高運營速度的高速鐵路網(wǎng)，而且正在興建和即將興建的高速鐵路客運專線和城際鐵路里程達到17，000公里。同時，預計到2015年，中國城市軌道交通線路將達到87條，運營總里程將超過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，以及為乘客提供語音及數(shù)據(jù)通信服務，迫切需要發(fā)展面向軌道交通的寬帶無線通信系統(tǒng)，最終實現(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性、沿途穿越高架橋和隧道等各種環(huán)境，而地鐵列車多在隧道中運行，這些都與傳統(tǒng)的公眾蜂窩移動通信環(huán)境有顯著差別。目前，現(xiàn)有高鐵或地鐵公眾移動通信服務基本上仍是沿用現(xiàn)有的陸地公眾蜂窩移動通信系統(tǒng)，未考慮軌道交通無線通信環(huán)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、多普勒頻譜擴展補償；復雜多變的信道衰落或干擾以及軌道交通所具有的獨特的群切換所引發(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)有移動通信系統(tǒng)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(huán)境圖的智能移動通信方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對以上現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種基于軌道交通無線環(huán)境圖的智能移動通信方法。
[0004]本發(fā)明采用下述技術方案:
[0005]一種基于軌道交通無線環(huán)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采用的無線通信系統(tǒng)，構建適用的軌道交通無線環(huán)境圖；
[0007]2)根據(jù)列車當前位置和軌道交通無線環(huán)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(tǒng)參數(shù)進行預調整或優(yōu)化，進而提高無線移動通信系統(tǒng)的通信質量(QoS)、用戶體驗(QoE)和可靠性；
[0010]5)基于軌道交通列車運行線路的重復性，對軌道交通無線環(huán)境圖不斷修正、完善，進而提高軌道交通無線移動通信系統(tǒng)的通信質量(QoS)、用戶體驗(QoE)和可靠性。
[0011]本發(fā)明的有益效果如下:
[0012]本發(fā)明智能移動通信方法能提高無線移動通信系統(tǒng)的通信質量和可靠性，并降低通信系統(tǒng)的能耗。同時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動軌跡的無線移動通信系統(tǒng)(如高速公路車地通信系統(tǒng)、航空航天飛行器等)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1基于軌道交通無線環(huán)境圖的軌道交通智能無線移動通信系統(tǒng)示意圖；
[0014]圖2基于軌道交通無線環(huán)境圖的軌道交通智能無線移動通信系統(tǒng)工作原理示意圖；
[0015]圖3基于軌道交通無線環(huán)境圖的移動通信系統(tǒng)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(shù)優(yōu)化過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知算法后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(huán)境圖(信道特性參數(shù)數(shù)據(jù)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(huán)境圖(信道特性參數(shù)數(shù)據(jù)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(fā)明，下面結合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)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(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0021 ] 本發(fā)明的具體方法步驟如下。
[0022]1.構建合適的軌道交通無線環(huán)境圖
[0023]“無線環(huán)境圖”(Radio Environment Map, “REM”)的概念最先是由專利 申請人:(趙友平)等人于2006年提出。無線環(huán)境圖是對復雜無線環(huán)境的數(shù)字化抽象，直接反映多維無線環(huán)境信息(如無線信道參數(shù)、無線信號或干擾的時域-空域-頻域-調制域分布、網(wǎng)絡拓撲等)。無線環(huán)境圖的根本目的是為認知無線電設備或網(wǎng)絡提供精準、全面的信息支撐，進而為多目標跨層乃至跨網(wǎng)優(yōu)化提供支持。作為是一種實現(xiàn)低成本、高性能認知無線通信系統(tǒng)的有效方法，“無線環(huán)境圖”已得到了國內(nèi)外同行以及國際創(chuàng)新無線論壇(原“軟件無線電論壇”)的認同，“無線環(huán)境圖”這一概念已得到國際標準化組織(如IEEE，ITU-R, ETSI)的采納，并被視為認知無線通信網(wǎng)絡的關鍵使能模塊。無線環(huán)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(huán)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(jié)點所在地理環(huán)境信息、無線信道特性參數(shù)、無線網(wǎng)絡類型與覆蓋區(qū)域、無線網(wǎng)絡拓撲、以及先驗知識、系統(tǒng)優(yōu)化的約束條件與規(guī)則等等。無線環(huán)境圖將是認知無線通信系統(tǒng)智慧“大腦”的一個不可或缺的重要組成部分。具體實現(xiàn)時，無線環(huán)境圖可以存放在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或存儲芯片中。
[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(huán)境圖的信息單元的組成要素及其相互關系、數(shù)據(jù)結構，記錄點選取準則(如軌道交通無線環(huán)境圖在空域、頻域的采樣準則)和記錄更新準則等。例如，對于基于正交頻分復用(OFDM)的軌道交通移動通信系統(tǒng)，軌道交通無線環(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系數(shù)、到達角、時延等參數(shù))。軌道交通無線環(huán)境圖的初始參數(shù)可以通過現(xiàn)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(jù)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(huán)境圖中的有關參數(shù)不斷進行修正，目的是最終消除軌道交通無線環(huán)境圖中存儲的參數(shù)與真實值之間的偏差，全面提高軌道交通環(huán)境下各種無線通信系統(tǒng)的性能。
[0026]射線跟蹤法是一種快速有效的波場近似計算方法，可以用來辨認出多徑信道中收發(fā)之間所有可能的射線路徑。一旦所有可能的射線被辨認出后，就可根據(jù)電波傳播理論來計算每條射線的幅度、相位、延遲和極化，然后結合天線方向圖和系統(tǒng)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(shù)的初始值。
[0027]表1給出了一個通過實測得到的軌道交通環(huán)境無線信道參數(shù)表的示例。所有路徑的功率均為相對于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】
1.一種基于軌道交通無線環(huán)境圖的智能移動通信方法，其特征在于，該通信方法包括如下步驟: 1)針對列車的運行線路和采用的無線通信系統(tǒng)，構建適用的軌道交通無線環(huán)境圖； 2)根據(jù)列車當前位置和軌道交通無線環(huán)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(tǒng)參數(shù)進行預調整或優(yōu)化，進而提高無線移動通信系統(tǒng)的通信質量、用戶體驗和可靠性； 5)基于軌道交通列車運行線路的重復性，對軌道交通無線環(huán)境圖不斷修正、完善，進而提高軌道交通無線移動通信系統(tǒng)的通信質量、用戶體驗和可靠性。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于軌道交通無線環(huán)境圖的智能移動通信方法，其特征在于，所述步驟2中的無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、到達時間、到達角、干擾信號特性參數(shù)中的一種或多種。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于軌道交通無線環(huán)境圖的智能移動通信方法，其特征在于，所述步驟5中的修正，完善軌道交通無線環(huán)境圖包括: 501)基于軌道交通無線環(huán)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(shù)，進行信道補償、數(shù)據(jù)解調，計算鏈路性能； 同時，基于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(shù)，進行信道補償、數(shù)據(jù)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(huán)境圖中的信道參數(shù)； 503)若需要修正，則根據(jù)基于導頻估計的信道參數(shù)對無線環(huán)境圖中的信道參數(shù)進行更新、優(yōu)化； 504)在列車周而復始的運行過程中，重復上述步驟501-503，進而達到更新完善軌道交通無線環(huán)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(yōu)先權日:2014年3月18日
【發(fā)明者】趙友平, 李金興, 黃楠楠 申請人:北京交通大學