鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)及波束分集和接力切換方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)及波束分集和接力切換方法，系統(tǒng)包括服務(wù)區(qū)的若干個(gè)小區(qū)，所述相鄰的小區(qū)之間部分重疊，所述每個(gè)小區(qū)內(nèi)設(shè)有基站，隨交通工具高速移動(dòng)的車(chē)載移動(dòng)臺(tái)通過(guò)沿鐵路線鏈狀覆蓋的鐵路移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與所述基站通信，所述車(chē)載移動(dòng)臺(tái)包括合并器及其配備的分別位于列車(chē)兩端的前端無(wú)線鏈路和后端無(wú)線鏈路，前端和后端無(wú)線鏈路接收的數(shù)據(jù)由合并器合并實(shí)現(xiàn)分集后輸送給所述業(yè)務(wù)功能單元。系統(tǒng)采用自適應(yīng)天線的雙鏈路車(chē)載移動(dòng)臺(tái)設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的波束分集和接力切換方案，接力切換過(guò)程屬于“先連接后中斷”的軟切換，提高了越區(qū)接力切換的可靠性。
【專利說(shuō)明】鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)及波束分集和接力切換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵路移動(dòng)通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)及波束分集和接力切換方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中國(guó)的列車(chē)控制系統(tǒng)(CTCS)中通過(guò)鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)提供高可靠的車(chē)地雙向無(wú)線通信，目前我國(guó)鐵路采用的是綜合數(shù)字移動(dòng)通信GSM-R系統(tǒng)，發(fā)展的方向是演進(jìn)到基于3GPP的鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)(LTE-R)。
[0003]上述無(wú)論是GSM-R還是LTE-R網(wǎng)絡(luò)，因其受到既定標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線傳輸技術(shù)的限制和系統(tǒng)干擾管理的要求，相鄰小區(qū)都會(huì)配置不同的無(wú)線頻率資源，因此越區(qū)接力切換是以傳統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)的硬切換，即切換執(zhí)行過(guò)程中移動(dòng)臺(tái)先斷開(kāi)與原基站的連接、后建立與目標(biāo)基站連接，這樣的硬切換不可避免地存在切換中斷，可能造成傳輸延遲和數(shù)據(jù)丟失。同時(shí)，由于在鐵路環(huán)境中列車(chē)處于高速移動(dòng)狀態(tài)，車(chē)地?zé)o線鏈路上的多普勒效應(yīng)尤為顯著:在小區(qū)中心區(qū)域，移動(dòng)臺(tái)高速移動(dòng)經(jīng)過(guò)在基站附近，天線所收到的來(lái)自當(dāng)前基站的信號(hào)會(huì)經(jīng)歷快速的多普勒頻移的跳變；在相鄰小區(qū)重疊區(qū)，移動(dòng)臺(tái)天線會(huì)收到來(lái)自原基站和目標(biāo)基站的足夠強(qiáng)的信號(hào)，因正處于小區(qū)邊緣，移動(dòng)臺(tái)隨列車(chē)遠(yuǎn)離原基站而靠近目標(biāo)基站，相對(duì)移動(dòng)方向相反，兩路到達(dá)信號(hào)多普勒頻偏接近最大值而符號(hào)相反。硬切換的執(zhí)行需服務(wù)于用戶的無(wú)線鏈路快速轉(zhuǎn)換，移動(dòng)臺(tái)接收信號(hào)的多普勒頻移快速跳變需要極高速而準(zhǔn)確的頻率同步。對(duì)于采用單頻組網(wǎng)(SFN)的LTE網(wǎng)絡(luò)，低速環(huán)境下本可以實(shí)現(xiàn)軟切換，但相鄰小區(qū)信號(hào)經(jīng)兩條多普勒頻偏差顯著的路徑后在終端天線處疊加即相當(dāng)于人為引入頻譜擴(kuò)展，這樣的傳播現(xiàn)象會(huì)造成信號(hào)劇烈、快速、隨機(jī)的頻率頻移甚至頻譜擴(kuò)展，導(dǎo)致接收信號(hào)失真，未能及時(shí)、準(zhǔn)確消除的失真會(huì)導(dǎo)致傳輸性能下降，特別對(duì)基于正交頻分復(fù)用(OFDM)的LTE信號(hào)來(lái)說(shuō)，會(huì)引起嚴(yán)重的子載波間干擾，這些現(xiàn)象可能造成業(yè)務(wù)及信令數(shù)據(jù)的突發(fā)差錯(cuò)，甚至導(dǎo)致關(guān)鍵數(shù)據(jù)的延遲甚至通信中斷，對(duì)于列車(chē)的行車(chē)安全而言，是不可忽視的隱患。
[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界在切換性能和多普勒現(xiàn)象方面采取的主要措施有:針對(duì)切換性能的優(yōu)化無(wú)線覆蓋以滿足鐵路專用通信的嚴(yán)格指標(biāo)、采用特殊的切換算法保證切換成功率和采用選擇性合并接收的雙鏈路方式實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換等；針對(duì)高速移動(dòng)引起的多普勒現(xiàn)象則主要是關(guān)注快速多普勒頻移校正算法。上述措施雖然在一定程度上能分別改善切換或傳輸性能，但因未同時(shí)考慮兩方面的影響，引起在列車(chē)的實(shí)際環(huán)境中的適用性和性能尚待進(jìn)一步改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供一種針對(duì)鐵路(及公路、水運(yùn)等)交通運(yùn)輸環(huán)境中鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)及波束分集和接力切換方法，在接力切換的全程保持至少有一條鏈路保持著信息傳輸，實(shí)現(xiàn)了“先連接后中斷”的軟切換，改善了切換的傳輸性能，提高了列車(chē)的安全性。[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體為:一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)，包括服務(wù)區(qū)的若干個(gè)小區(qū)，所述相鄰的小區(qū)之間部分重疊，所述每個(gè)小區(qū)內(nèi)設(shè)有基站，隨交通工具高速移動(dòng)的車(chē)載移動(dòng)臺(tái)通過(guò)沿鐵路線鏈狀覆蓋的鐵路移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與所述基站通信，所述車(chē)載移動(dòng)臺(tái)包括合并器及其配備的分別位于列車(chē)兩端的前端無(wú)線鏈路和后端無(wú)線鏈路，所述前端無(wú)線鏈路和后端無(wú)線鏈路的自適應(yīng)天線的間距足夠大，所述前端無(wú)線鏈路和后端無(wú)線鏈路接收的數(shù)據(jù)由所述合并器采用合并算法合并來(lái)自所述兩條無(wú)線鏈路的接收信號(hào)實(shí)現(xiàn)分集后輸送給所述業(yè)務(wù)功能單元。
[0007]所述前端無(wú)線鏈路和后端無(wú)線鏈路均包括位于列車(chē)車(chē)廂內(nèi)的鏈路收發(fā)信機(jī)和安裝在車(chē)外的具有波束賦形功能的自適應(yīng)天線，所述鏈路收發(fā)信機(jī)和自適應(yīng)天線通過(guò)貫穿列車(chē)車(chē)體的饋線相連接構(gòu)成一條車(chē)地之間的雙向無(wú)線傳輸通道。
[0008]所述合并算法為最大比合并算法、等增益合并算法或者根據(jù)列車(chē)的自身性能和復(fù)雜度要求自行設(shè)定。所述前端無(wú)線鏈路和后端無(wú)線鏈路的自適應(yīng)天線分別置于列車(chē)的首、尾兩端。
[0009]所述服務(wù)區(qū)為一個(gè)大整體的網(wǎng)絡(luò)或者按照地理位置劃分的若干個(gè)區(qū)域，所述每個(gè)區(qū)域組建多個(gè)子網(wǎng)，所述每個(gè)子網(wǎng)包含若干個(gè)小區(qū)。
[0010]一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)的接力切換方法，每一個(gè)原小區(qū)和相鄰的目標(biāo)小區(qū)的切換過(guò)程中，車(chē)載移動(dòng)臺(tái)歲列車(chē)從原小區(qū)切換到相鄰的目標(biāo)小區(qū)時(shí)，所述目標(biāo)小區(qū)的基站根據(jù)通信量、服務(wù)質(zhì)量以及實(shí)時(shí)干擾情況為所述車(chē)載移動(dòng)臺(tái)的通信分配切換信道，所述車(chē)載移動(dòng)臺(tái)從接收到的解調(diào)數(shù)據(jù)中提取出正確的信道位置數(shù)據(jù)，正常情況下前端鏈路先發(fā)生切換，所述車(chē)載移動(dòng)臺(tái)隨著列車(chē)的運(yùn)行從原小區(qū)切換到相鄰的目標(biāo)小區(qū)；當(dāng)所述前端鏈路執(zhí)行失敗時(shí)，所述后端鏈路先發(fā)生切換，所述車(chē)載移動(dòng)臺(tái)隨著列車(chē)的運(yùn)行從原小區(qū)切換到相鄰的目標(biāo)小區(qū)。
[0011]每一個(gè)原小區(qū)和相鄰的目標(biāo)小區(qū)的切換過(guò)程中，所述前端鏈路先發(fā)生切換的過(guò)程分為以下三個(gè)階段:
[0012]第一階段:接力切換前，列車(chē)整體運(yùn)行于原小區(qū)的覆蓋范圍內(nèi)，所述前端鏈路和后端鏈路都與原小區(qū)的基站相連接，前端鏈路的前端自適應(yīng)天線和后端鏈路的后端自適應(yīng)分別形成各自當(dāng)前位置的最佳波束，指向原基站；
[0013]第二階段，接力切換過(guò)程中，列車(chē)前端或列車(chē)整體運(yùn)行于原小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)的重疊區(qū)，前端鏈路先觸發(fā)并執(zhí)行切換，前端鏈路與目標(biāo)小區(qū)的目標(biāo)基站連接成功后，前端自適應(yīng)天線形成當(dāng)前位置最佳波束，指向目標(biāo)基站，并將包括切換成功的消息和目標(biāo)小區(qū)的信道分配參數(shù)在內(nèi)的信息傳遞給后端鏈路；在此過(guò)程中后端鏈路繼續(xù)與原基站保持連接，后端自適應(yīng)天線形成當(dāng)前位置最佳波束，指向原基站；
[0014]第三階段，接力切換后，當(dāng)前端鏈路已與目標(biāo)基站成功建立連接或直至后端鏈路切換觸發(fā)，后端鏈路直接轉(zhuǎn)換到分配給前端鏈路的信道上，后端自適應(yīng)天線形成當(dāng)前位置最佳波束指向到目標(biāo)基站；切換完成后列車(chē)運(yùn)行于目標(biāo)小區(qū)的覆蓋范圍內(nèi)，所述前端鏈路和后端鏈路均與原基站相連接，前端自適應(yīng)天線和后端自適應(yīng)天線分別形成各自當(dāng)前位置最佳波束指向目標(biāo)基站。
[0015]每一個(gè)原小區(qū)和相鄰的目標(biāo)小區(qū)的切換過(guò)程中，所述后端鏈路先發(fā)生接力切換的過(guò)程也分為以下三個(gè)階段:[0016]第一階段，接力切換前，列車(chē)運(yùn)行于原小區(qū)的覆蓋范圍內(nèi)，前端鏈路和后端鏈路均與原基站相連接，前端自適應(yīng)天線和后端自適應(yīng)天線分別形成各自當(dāng)前位置最佳波束，指向原基站；
[0017]第二階段，接力切換過(guò)程中，列車(chē)前端或列車(chē)整體運(yùn)行于原小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)的重疊區(qū)，若后端鏈路直至切換觸發(fā)都未收到前端鏈路切換成功的消息和目標(biāo)小區(qū)的信道分配參數(shù)信息，則會(huì)獨(dú)立進(jìn)行切換，切換成功后后端鏈路連接到目標(biāo)基站，后端自適應(yīng)天線形成當(dāng)前位置最佳波束，指向目標(biāo)基站，并將包括切換成功消息和目標(biāo)小區(qū)的信道分配參數(shù)在內(nèi)的信息傳遞給前端鏈路；
[0018]第三階段，接力切換后，列車(chē)運(yùn)行于目標(biāo)小區(qū)的覆蓋范圍內(nèi)，前端鏈路在收到后端鏈路切換成功的消息和相關(guān)信息后，直接接入目標(biāo)基站配給后端鏈路的信道，前端自適應(yīng)天線形成當(dāng)前位置最佳波束，指向到目標(biāo)基站。
[0019]所述前端鏈路或者后端鏈路先發(fā)生切換的過(guò)程屬于“先連接后中斷”的軟切換，在接力切換前、接力切換過(guò)程中或者接力切換后三個(gè)階段的任何時(shí)刻至少有一條鏈路保持信息傳輸。
[0020]一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)的雙鏈路分集方法，數(shù)據(jù)級(jí)別的分集傳輸方式包括:
[0021]在接力切換前，前端鏈路的前端收發(fā)信機(jī)和后端鏈路的后端收發(fā)信機(jī)分別對(duì)前端自適應(yīng)天線和后端自適應(yīng)天線收到的來(lái)自原基站的信號(hào)進(jìn)行處理，再送至合并器，所述合并器根據(jù)合并算法合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信號(hào)級(jí)別的分集；
[0022]在接力切換后，前端收發(fā)信機(jī)和后端收發(fā)信機(jī)分別對(duì)前端自適應(yīng)天線和后端自適應(yīng)天線收到的來(lái)自目標(biāo)基站的信號(hào)進(jìn)行處理，再送至合并器，所述合并器根據(jù)合并算法合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信號(hào)級(jí)別的分集；
[0023]前端鏈路先觸發(fā)、執(zhí)行切換并與目標(biāo)基站成功建立連接的過(guò)程中，后端鏈路繼續(xù)與原基站保持連接，后端自適應(yīng)天線形成當(dāng)前位置最佳波束，指向原基站；前端收發(fā)信機(jī)和后端收發(fā)信機(jī)分別對(duì)前端自適應(yīng)天線和后端自適應(yīng)天線收到的來(lái)自原基站和目標(biāo)基站的信號(hào)進(jìn)行處理，再送至合并器，所述合并器根據(jù)合并算法合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信號(hào)級(jí)別的分集。
[0024]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明的技術(shù)充分利用了系統(tǒng)通常呈鏈狀無(wú)線組網(wǎng)和無(wú)線電波以視距傳播為主的特點(diǎn)，采用自適應(yīng)天線的雙鏈路車(chē)載移動(dòng)臺(tái)設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的波束分集和接力切換方案，能夠改善高速移動(dòng)環(huán)境中交通工具與基礎(chǔ)設(shè)施之間的無(wú)線傳輸性能，提高了越區(qū)接力切換的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，能夠更完整更好地理解本發(fā)明。此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0026]圖1為本發(fā)明一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)的車(chē)載移動(dòng)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3 (a) - (C)為本發(fā)明一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)的接力切換方法之前端鏈路先切換時(shí)的接收分集示意圖；
[0029]圖4 (a) - (C)為本發(fā)明一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)的接力切換方法之后端鏈路先切換時(shí)的接收分集示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0031]如圖1-2所示的一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)，包括一個(gè)車(chē)載移動(dòng)臺(tái)的配備兩條無(wú)線鏈路，每條無(wú)線鏈路分別有一臺(tái)收發(fā)信機(jī)和一副具有波束賦形功能的自適應(yīng)天線，可分別構(gòu)成車(chē)地之間的雙向無(wú)線傳輸通道。自適應(yīng)天線Al和A2安裝在車(chē)頂外且相距盡可能遠(yuǎn)，在通信過(guò)程中保持形成各自當(dāng)前位置最佳波束，連接到當(dāng)前為其提供連接的基站。兩個(gè)收發(fā)信機(jī)TXl和TX2分別對(duì)自適應(yīng)天線Al和A2收到的信號(hào)進(jìn)行同步、均衡、解調(diào)等處理，合并器C根據(jù)設(shè)定算法合并來(lái)自兩條鏈路的接收信號(hào)實(shí)現(xiàn)分集，再傳送給業(yè)務(wù)功能單
J Li ο
[0032]兩路接收信號(hào)由合并器處理以實(shí)現(xiàn)信號(hào)級(jí)別或數(shù)據(jù)級(jí)別的分集(diversity)，改善了系統(tǒng)的傳輸性能，由于列車(chē)等高速移動(dòng)交通工具通常采用封閉的金屬車(chē)廂，直接傳入廂體的無(wú)線信號(hào)受到20dB甚至更多的穿透衰減，因此將自適應(yīng)天線安裝在車(chē)外而車(chē)載移動(dòng)臺(tái)收發(fā)信機(jī)等部件位于車(chē)廂內(nèi)，兩者用貫穿車(chē)體的饋線相連接，在設(shè)施條件允許范圍內(nèi)兩副自適應(yīng)天線的間距應(yīng)盡可能大，如分別位于列車(chē)的首、尾兩端使兩條鏈路相互干擾小、信道相關(guān)性盡小且切換觸發(fā)時(shí)間相隔足夠大。
[0033]鐵路移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)沿沿鐵路線呈鏈狀覆蓋，整個(gè)服務(wù)區(qū)域可以是一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)，或者可以按地理位置先將服務(wù)區(qū)域劃分為若干個(gè)區(qū)域組建多個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)包含若干個(gè)小區(qū)，相鄰的小區(qū)之間有一定的重疊區(qū)，如圖1所示，車(chē)載移動(dòng)臺(tái)與各基站(BS1、BS2……)之間的無(wú)線鏈路接入鐵路移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，①是原小區(qū)，②的相鄰的目標(biāo)小區(qū)，③是原小區(qū)①和目標(biāo)小區(qū)②的重疊區(qū)，一個(gè)車(chē)載移動(dòng)臺(tái)從原小區(qū)①內(nèi)的BSl切換到目標(biāo)小區(qū)②內(nèi)的BS2的過(guò)程是采用雙鏈路自適應(yīng)波束接力切換的軟切換，給定列車(chē)的運(yùn)行方向，設(shè)列車(chē)的兩端為前端(front)和后端(rear)，車(chē)載移動(dòng)臺(tái)的兩副天線根據(jù)其安裝位置分別稱為前端自適應(yīng)天線Af和后端自適應(yīng)天線Ar。相應(yīng)地，其接收信號(hào)分別送至前端收發(fā)信機(jī)TXf和后端收發(fā)信機(jī)TXr。前端自適應(yīng)天線Af和前端收發(fā)信機(jī)TXf構(gòu)成前端鏈路,后端自適應(yīng)天線Ar和后端收發(fā)信機(jī)TXr構(gòu)成后端鏈路，合并器C根據(jù)設(shè)定的合并算法合并來(lái)自兩條鏈路的接收信號(hào)實(shí)現(xiàn)分集。
[0034]如圖3 (a) - (C)所示，在多數(shù)情況下前端鏈路會(huì)先發(fā)生切換，移動(dòng)臺(tái)從原小區(qū)①切換到相鄰目標(biāo)小區(qū)②的過(guò)程可分為三個(gè)階段:
[0035]第一階段如圖3 (a)所示，接力切換發(fā)生前，列車(chē)運(yùn)行于原小區(qū)①的覆蓋范圍內(nèi)，兩條鏈路都與原基站BSl相連接，前端天線Af和后端天線Ar分別形成各自當(dāng)前位置最佳波束指向原基站BS1。兩個(gè)收發(fā)信機(jī)TXf和TXr分別對(duì)前端天線Af和后端天線Ar收到的來(lái)自原基站BSl的信號(hào)進(jìn)行處理，再送至合并器C根據(jù)設(shè)定的合并算法合實(shí)現(xiàn)分集。
[0036]第二階段如圖3 (b)所示，接力切換過(guò)程中，列車(chē)前端或整體運(yùn)行于重疊區(qū)③，前端鏈路先觸發(fā)并執(zhí)行切換，前端鏈路與目標(biāo)基站BS2連接成功后，前端自適應(yīng)天線Af形成當(dāng)前位置最佳波束，指向目標(biāo)基站BS2，并將切換成功消息和目標(biāo)小區(qū)信道分配參數(shù)等信息傳遞給后端鏈路。在此過(guò)程中后端鏈路繼續(xù)與原基站BSl保持連接，后端自適應(yīng)天線Af形成當(dāng)前位置最佳波束，指向原基站BS1。兩個(gè)收發(fā)信機(jī)TXf和TXr分別對(duì)前端天線Af和后端天線Ar收到的來(lái)自原基站BSl和目標(biāo)基站BS2的信號(hào)進(jìn)行處理，再送至合并器C根據(jù)設(shè)定的合并算法合實(shí)現(xiàn)分集。
[0037]第三階段如圖3 (C)所示，當(dāng)前端鏈路已與目標(biāo)基站BS2成功建立連接保持若干時(shí)間后，或直至后端鏈路切換觸發(fā)，后端鏈路直接轉(zhuǎn)換到分配給前端鏈路的信道上，其天線Ar形成當(dāng)前位置最佳波束指向到目標(biāo)基站BS2。切換完成后，列車(chē)運(yùn)行于目標(biāo)小區(qū)②覆蓋范圍內(nèi)，兩條鏈路都與原基站BS2相連接，前端天線Af和后端天線Ar分別形成各自當(dāng)前位置最佳波束，指向目標(biāo)基站BS2。兩個(gè)收發(fā)信機(jī)TXf和TXr分別對(duì)前端天線Af和后端天線Ar收到的來(lái)自目標(biāo)基站BS2的信號(hào)進(jìn)行處理，再送至合并器C根據(jù)設(shè)定的合并算法合實(shí)現(xiàn)分集，合并算法可以為最大比、等增益等成熟的合并算法或者根據(jù)列車(chē)的自身性能和復(fù)雜度要求設(shè)計(jì)。
[0038]在上述整個(gè)接力切換過(guò)程中，任何時(shí)刻都至少有一條鏈路保持信息傳輸，是“先連接后中斷”的軟切換，在數(shù)據(jù)級(jí)別分集中，兩條鏈路的信號(hào)分別進(jìn)行同步、均衡、解調(diào)、信道解碼等處理恢復(fù)傳輸數(shù)據(jù)后，再進(jìn)行合并；在信號(hào)級(jí)別分集中，由于采用自適應(yīng)波束賦形技術(shù)，可分離同一天線處來(lái)自原小區(qū)基站和目標(biāo)小區(qū)基站的兩路多普勒頻偏接近最大值而符號(hào)相反的信號(hào)。因此兩條鏈路的信號(hào)分別進(jìn)行同步、均衡等處理后再進(jìn)行空間相干的等增益合并或最大比合并，也可避免選擇性分集會(huì)帶來(lái)的基站附近多普勒頻偏跳變加劇的問(wèn)題。
[0039]如圖4 (a) - (C)所示，在少數(shù)前端鏈路切換失敗的情況下，則后端鏈路獨(dú)立進(jìn)行切換，車(chē)載移動(dòng)臺(tái)從原小區(qū)①切換到相鄰目標(biāo)小區(qū)②的過(guò)程也可分為三個(gè)階段:
[0040]第一階段如圖4 (a)所示，接力切換發(fā)生前，列車(chē)運(yùn)行于原小區(qū)①覆蓋范圍內(nèi)，兩條鏈路都與原基站BSl相連接，前端天線Af和后端天線Ar分別形成各自當(dāng)前位置最佳波束指向原基站BSl。兩個(gè)收發(fā)信機(jī)TXf和TXr分別對(duì)前端自適應(yīng)天線Af和后端自適應(yīng)天線Ar收到的來(lái)自原基站BSl的信號(hào)進(jìn)行處理，再送至合并器C根據(jù)設(shè)定的合并算法合實(shí)現(xiàn)分集。
[0041]第二階段如圖4 (b)所示，接力切換過(guò)程中列車(chē)運(yùn)行于重疊區(qū)③，前端鏈路切換觸發(fā)或執(zhí)行失敗，未能與目標(biāo)基站BS2成功建立連接，與原基站BSl的通信則因?yàn)楦咚龠h(yuǎn)離、信號(hào)急速減弱而中斷。后端鏈路直至切換觸發(fā)都未收到前端鏈路切換成功消息和相關(guān)信息，因而獨(dú)立進(jìn)行切換。切換成功后，后端鏈路連接到目標(biāo)基站BS2，后端天線Ar形成當(dāng)前位置最佳波束，指向目標(biāo)基站BS2，并將切換成功消息和目標(biāo)小區(qū)信道分配參數(shù)等信息傳遞給iu端鏈路。
[0042]第三階段如圖4 (C)所示，后端鏈路切換完成后，列車(chē)運(yùn)行于目標(biāo)小區(qū)②覆蓋范圍內(nèi)。前端鏈路在收到后端鏈路切換成功的消息和相關(guān)信息后，直接接入目標(biāo)基站BS2分配給后端鏈路的信道，其天線Af形成當(dāng)前位置最佳波束指向到目標(biāo)基站BS2。至此，兩條鏈路都與原基站BS2相連接，可重新開(kāi)始利用雙鏈路實(shí)現(xiàn)分集。
[0043]上述關(guān)于波束接力切換和分集方法的描述針對(duì)的是頻分雙工(FDD)模式的下行鏈路的情況。對(duì)于上行鏈路，當(dāng)列車(chē)運(yùn)行在小區(qū)內(nèi)部時(shí)，若兩條鏈路使用同一信道，則采用適當(dāng)?shù)目諘r(shí)編碼方式易于在車(chē)載移動(dòng)臺(tái)與當(dāng)前服務(wù)基站之間實(shí)現(xiàn)發(fā)射分集；若系統(tǒng)無(wú)線資源充裕且系統(tǒng)干擾水平允許，能為兩鏈路分配不同信道，則更有利于通過(guò)分集改善性能。
[0044]在接力切換過(guò)程中，若有條件實(shí)現(xiàn)相鄰小區(qū)基站的聯(lián)合處理，原小區(qū)基站和目標(biāo)小區(qū)基站能夠利用與移動(dòng)臺(tái)之間的兩條無(wú)線鏈路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)級(jí)分集，改善上行鏈路傳輸性能。為支持雙鏈路傳輸，網(wǎng)絡(luò)側(cè)應(yīng)在移動(dòng)性管理實(shí)體(MME)中建立相應(yīng)的兩個(gè)上下文(context),切換過(guò)程中的數(shù)據(jù)分發(fā)則采用雙播(b1-casting)策略,及時(shí)將給移動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)同時(shí)分發(fā)到原基站和目標(biāo)基站。
[0045]如上所述，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)地說(shuō)明，顯然，只要實(shí)質(zhì)上沒(méi)有脫離本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)及效果、對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的變形，也均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)，其特征在于，包括服務(wù)區(qū)的若干個(gè)小區(qū)，所述相鄰的小區(qū)之間部分重疊，所述每個(gè)小區(qū)內(nèi)設(shè)有基站，隨交通工具高速移動(dòng)的車(chē)載移動(dòng)臺(tái)通過(guò)沿鐵路線鏈狀覆蓋的鐵路移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與所述基站通信，所述車(chē)載移動(dòng)臺(tái)包括合并器及其配備的分別位于列車(chē)兩端的前端無(wú)線鏈路和后端無(wú)線鏈路，所述前端無(wú)線鏈路和后端無(wú)線鏈路的自適應(yīng)天線的間距足夠大，所述前端無(wú)線鏈路和后端無(wú)線鏈路接收的數(shù)據(jù)由所述合并器采用合并算法合并來(lái)自所述兩條無(wú)線鏈路的接收信號(hào)實(shí)現(xiàn)分集后輸送給所述業(yè)務(wù)功能單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)，其特征在于，所述前端無(wú)線鏈路和后端無(wú)線鏈路均包括位于列車(chē)車(chē)廂內(nèi)的鏈路收發(fā)信機(jī)和安裝在車(chē)外的具有波束賦形功能的自適應(yīng)天線，所述鏈路收發(fā)信機(jī)和自適應(yīng)天線通過(guò)貫穿列車(chē)車(chē)體的饋線相連接構(gòu)成一條車(chē)地之間的雙向無(wú)線傳輸通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)，其特征在于，所述合并算法為最大比合并算法、等增益合并算法或者根據(jù)列車(chē)的自身性能和復(fù)雜度要求自行設(shè)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)，其特征在于，所述前端無(wú)線鏈路和后端無(wú)線鏈路的自適應(yīng)天線分別置于列車(chē)的首、尾兩端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)，其特征在于，所述服務(wù)區(qū)為一個(gè)大整體的網(wǎng)絡(luò)或者按照地理位置劃分的若干個(gè)區(qū)域，所述每個(gè)區(qū)域組建多個(gè)子網(wǎng)，所述每個(gè)子網(wǎng)包含若干個(gè)小區(qū)。
6.一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)的波束接力切換方法，其特征在于，每一個(gè)原小區(qū)和相鄰的目標(biāo)小區(qū)的切換過(guò)程中，車(chē)載移動(dòng)臺(tái)歲列車(chē)從原小區(qū)切換到相鄰的目標(biāo)小區(qū)時(shí)，所述目標(biāo)小區(qū)的基站根據(jù)通信量、服務(wù)質(zhì)量以及實(shí)時(shí)干擾情況為所述車(chē)載移動(dòng)臺(tái)的通信分配切換信道，所述車(chē)載移動(dòng)臺(tái)從接收到的解調(diào)數(shù)據(jù)中提取出正確的信道位置數(shù)據(jù)，正常情況下前端鏈路先發(fā)生切換，所述車(chē)載移動(dòng)臺(tái)隨著列車(chē)的運(yùn)行從原小區(qū)切換到相鄰的目標(biāo)小區(qū)；當(dāng)所述前端鏈路執(zhí)行失敗時(shí)，所述后端鏈路先發(fā)生切換，所述車(chē)載移動(dòng)臺(tái)隨著列車(chē)的運(yùn)行從原小區(qū)切換到相鄰的目標(biāo)小區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)的波束接力切換方法，其特征在于，每一個(gè)原小區(qū)和相鄰的目標(biāo)小區(qū)的切換過(guò)程中，所述前端鏈路先發(fā)生切換的過(guò)程分為以下三個(gè)階段: 第一階段:接力切換前，列車(chē)整體運(yùn)行于原小區(qū)的覆蓋范圍內(nèi)，所述前端鏈路和后端鏈路都與原小區(qū)的基站相連接，前端鏈路的前端自適應(yīng)天線和后端鏈路的后端自適應(yīng)分別形成各自當(dāng)前位置的最佳波束，指向原基站； 第二階段，接力切換過(guò)程中，列車(chē)前端或列車(chē)整體運(yùn)行于原小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)的重疊區(qū)，前端鏈路先觸發(fā)并執(zhí)行切換，前端鏈路與目標(biāo)小區(qū)的目標(biāo)基站連接成功后，前端自適應(yīng)天線形成當(dāng)前位置最佳波束，指向目標(biāo)基站，并將包括切換成功的消息和目標(biāo)小區(qū)的信道分配參數(shù)在內(nèi)的信息傳遞給后端鏈路；在此過(guò)程中后端鏈路繼續(xù)與原基站保持連接，后端自適應(yīng)天線形成當(dāng)前位置最佳波束，指向原基站； 第三階段，接力切換后，當(dāng)前端鏈路已與目標(biāo)基站成功建立連接或直至后端鏈路切換觸發(fā)，后端鏈路直接轉(zhuǎn)換到分配給前端鏈路的信道上，后端自適應(yīng)天線形成當(dāng)前位置最佳波束指向到目標(biāo)基站；切換完成后列車(chē)運(yùn)行于目標(biāo)小區(qū)的覆蓋范圍內(nèi)，所述前端鏈路和后端鏈路均與原基站相連接，前端自適應(yīng)天線和后端自適應(yīng)天線分別形成各自當(dāng)前位置最佳波束指向目標(biāo)基站。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)的波束接力切換方法，其特征在于，每一個(gè)原小區(qū)和相鄰的目標(biāo)小區(qū)的切換過(guò)程中，所述后端鏈路先發(fā)生切換的過(guò)程也分為以下三個(gè)階段: 第一階段，接力切換前，列車(chē)運(yùn)行于原小區(qū)的覆蓋范圍內(nèi)，前端鏈路和后端鏈路均與原基站相連接，前端自適應(yīng)天線和后端自適應(yīng)天線分別形成各自當(dāng)前位置最佳波束，指向原基站; 第二階段，接力切換過(guò)程中，列車(chē)前端或列車(chē)整體運(yùn)行于原小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)的重疊區(qū)，若后端鏈路直至切換觸發(fā)都未收到前端鏈路切換成功的消息和目標(biāo)小區(qū)的信道分配參數(shù)信息，則會(huì)獨(dú)立進(jìn)行切換，切換成功后后端鏈路連接到目標(biāo)基站，后端自適應(yīng)天線形成當(dāng)前位置最佳波束，指向目標(biāo)基站，并將包括切換成功消息和目標(biāo)小區(qū)的信道分配參數(shù)在內(nèi)的信息傳遞給前端鏈路； 第三階段，接力切換后，列車(chē)運(yùn)行于目標(biāo)小區(qū)的覆蓋范圍內(nèi)，前端鏈路在收到后端鏈路切換成功的消息和相關(guān)信息后，直接接入目標(biāo)基站配給后端鏈路的信道，前端自適應(yīng)天線形成當(dāng)前位置最佳波束，指向到目標(biāo)基站。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)所述的一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)的波束接力切換方法，其特征在于，所述前端鏈路或者后端鏈路先發(fā)生切換的過(guò)程屬于“先連接后中斷”的軟切換，在接力切換前、接力切換過(guò)程中或者接力切換后三個(gè)階段的任何時(shí)刻至少有一條鏈路保持信息傳輸。
10.一種鏈狀覆蓋雙鏈路移動(dòng)通信系統(tǒng)的波束分集方法，其特征在于，分集傳輸方式包括: 在接力切換前，前端鏈路的前端收發(fā)信機(jī)和后端鏈路的后端收發(fā)信機(jī)分別對(duì)前端自適應(yīng)天線和后端自適應(yīng)天線收到的來(lái)自原基站的信號(hào)進(jìn)行處理，再送至合并器，所述合并器根據(jù)設(shè)定的合并算法合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信號(hào)級(jí)別的分集； 在接力切換后，前端收發(fā)信機(jī)和后端收發(fā)信機(jī)分別對(duì)前端自適應(yīng)天線和后端自適應(yīng)天線收到的來(lái)自目標(biāo)基站的信號(hào)進(jìn)行處理，再送至合并器，所述合并器根據(jù)設(shè)定算法合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信號(hào)級(jí)別的分集； 前端鏈路先觸發(fā)、執(zhí)行切換并與目標(biāo)基站成功建立連接的過(guò)程中，后端鏈路繼續(xù)與原基站保持連接，后端自適應(yīng)天線形成當(dāng)前位置最佳波束，指向原基站；前端收發(fā)信機(jī)和后端收發(fā)信機(jī)分別對(duì)前端自適應(yīng)天線和后端自適應(yīng)天線收到的來(lái)自原基站和目標(biāo)基站的信號(hào)進(jìn)行處理，再送至合并器，所述合并器根據(jù)設(shè)定算法合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信號(hào)級(jí)別的分集。
【文檔編號(hào)】H04W36/08GK103916918SQ201410083734
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】陳霞, 姚冬萍, 熊磊 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)