CN100341353C - 用于铁路的蜂窝宽带无线接入网 - Google Patents

Abstract

用于铁路/火车的蜂窝宽带无线接入网，该接入网包含许多沿铁路的、定义了所述无线通信网络各自的小区的接入点，其中所述接入点通过聚集网络与至少一个网络网关相连接，并且配备了无线接口装置，用于支持邻近/接近的接入点之间的相互通信以及与其小区内网络单元的通信，所述接入点的第一部分通过所述聚集网络直接和网络网关相连接，所述接入点的第二部分通过至少一个其它接入点与所述接入点第一部分的接入点的相互通信，间接地和网络网关相连接，并且其中所述宽带无线接入网包含控制装置，用于为漫游网络单元对所述接入点和所述至少一个网关之间的通信进行路由。本发明还涉及相关的方法、计算机软件产品和接入点。

Description

用于铁路的蜂窝宽带无线接入网

技术领域

本发明涉及用于铁路和火车的蜂窝宽带无线接入网。因而本发明还涉及相关的方法、计算机软件产品和接入点。

本发明基于优先权申请欧洲专利04291311.1，在此将其引入作为参考。

背景技术

和位于火车上的一方通信时，由于高速移动性而对有效的无线漫游有很高的要求。不像几乎没有漫游并且允许延迟通信的家庭和办公室的环境，在用于火车的通信装置要面对的环境中，漫游是必然的并且经常在很高的速度发生。需要针对平滑操作的、具有无缝漫游切换和持续通信的、连续可靠的无线连接。

已知的移动通信系统提出了所述移动互联网连通性的需求，所述已知的移动通信系统例如是作为全球移动通信系统(GSM)后继的通用移动通信系统(UMTS)。

为了满足所述需求，例如UMTS陆地无线接入(UTRA，UMTSterrestrial radio access)具有宽带码分多址(W-CDMA)无线接口。UTRA支持时分复用(TDD)和频分复用(FDD)。无线接入网络UMTS陆地无线接入网(UTRAN)和核心网(CN)利用级联的方式相连接。有两个网络单元，无线网络控制器(RNC)和节点B。UTRAN被再分为单独的无线网络系统(RNS)，其中每个RNS受控于RNC。所述RNC和一组节点B单元相连接，每个节点B服务一个或数个小区。

类似地，局域网(LAN)提供了无线客户的移动自由。所述网络包括多重无线接入点，通常和以太网聚集交换机(aggregation switch)相连接。所述以太网聚集交换机是虚拟局域网(VLAN)，其通过接入VLAN知道并匹配来自所连接的接入点的客户业务。虚拟网络交换机在接入VLAN和核心VLAN之间维持关联表(association table)。所述虚拟网络交换机在所连接的以太网聚集交换机的接入VLAN的移动台和适合的核心VLAN之间，使用所述关联表来管理任何客户业务。

人们已经知道了一些快速切换方法，其中无线局域网系统包含许多与有线局域网连接的基站。移动无线台能通过所述基站定义的通信小区进行漫游。所述基站以固定的时间间隔发射信标(beacon)消息。所述移动台确定针对其当前所处小区的信标消息的通信质量，如果该质量变得不可接受，则转换到搜索模式，在该搜索模式下接收来自任何基站的信标消息并确定其通信质量。所述移动台将通信转换到能提供可接受通信质量的信标消息的基站。

在基于电气和电子工程师协会(IEEE)标准的火车互联网的苛刻的铁路环境应用的情况下，应用开放射频(RF)通信技术的当前趋势适合移动速度超过120km/h及以上的火车。

所述通信系统优选地是集成无缝以太网IP(integrated seamlessEthernet-IP(互联网协议))网络，其包含有线(铜、光纤或任何其它有线介质)和无线(无线、红外线或任何其它电磁领域)元件。

所述通信系统由三个不同的单元组成：无线链路，路旁网络(waysidenetwork)(邻近轨道运行并在路旁应用和轨道旁无线之间提供链路)和火车相互局域网。

加拿大专利2299778中描述了这样的系统，其中提到了四个元件：固定路旁网络、移动网络、无线互连装置和开放的基于标准的协议装置。

如图1、2和3所示，当前的通信系统是有线接入点的组合，所述有线接入点在有线(大部分是光纤电缆)接入网中结合了聚集网络单元。

接入点被认为是硬件设备或计算机软件，其充当了无线设备用户的通信集线器以与网络连接来扩展无线用户可接入服务的物理范围。从这个意义上来说，节点B或一般地基站以及人造卫星也被认为是接入点。

网关是在网络中用作到另一个网络的入口的节点。

漫游是无线通信术语，其定义了移动终端用户的设备从一个固定接入点到另一个的改变。

当一个天线的信号变得太微弱而将正在进行的会话或者连接从所述天线转移到下一个天线时，移动用户在移动的火车中典型地“漫游”，并希望不中断例如呼叫的逻辑连接。

所述射频(RF)通信技术通常被称为WLAN(无线局域网的首字母缩拼词)。一种局域网使用射频无线电波而不是线缆在节点间进行通信。存在一组新的WLAN标准，例如Wi-Fi或Wi-Max。

例如，IEEE 802.11在2.4GHz波段支持直到2Mbps。其使用跳频扩谱(FHSS)和直接序列扩频(DSSS)。FHSS是一种扩展频谱无线电波，其中数据信号通过窄带载波信号被调制，所述窄带载波信号根据宽带频率上的时间以随机但可预料的顺序从一个频率“跳”到另一个频率。所述信号的能量在时域被扩展而不是将每个比特在频域分割成小段。由于来自窄带系统的信号仅仅影响与其同时以相同频率发送的扩展频谱信号，因此所述技术减少了干扰。在DSSS传输技术中，发送站的数据信号与较高的数据速率的比特序列或片码(chipping code)相结合，这根据扩展比例划分了用户数据。所述片码是每个所传输的比特的冗余位模式，其增加了所述信号的抗干扰性。

也被称为Wi-Fi的IEEE 802.11a在5GHz波段适合直到54Mbps的速率，并使用了正交频分复用(OFDM)，所述OFDM是通过无线电波传输大量数字数据的调制技术。OFDM将所述无线信号分成多重较小的子信号，然后所述子信号以不同频率同时被发送至接收机。OFDM减少了信号传输中的串扰量。

另一个Wi-Fi标准IEEE 802.11b利用具有补偿码键控(CCK，complementary Code Keying)的DSSS，在2.4GHz波段提供直到11Mbps的速率，其中在802.11b无线网络的2.4GHz波段，使用一组64个八位比特码字针对5.5和11MHz的数据速率对数据进行编码。所述码字具有唯一的数学特性，使得即使是在大量噪声和多径干扰情况下也能够被接收机一个一个正确地区分，并且所述码字代表了每个时钟周期的大量信息。

下一个是IEEE 802.11g，其在2.4GHz波段提供直到54Mbps的速率，高于20Mbps使用OFDM，低于20Mbps使用具有CCK的DSSS。

假设漫游非常有限，也就是在接入点的覆盖范围内，所有上述标准及其实现提供了足够的网络连通性。目标是沿着铁路针对快速移动的火车提供网络连通性，避免复杂和维护密集的布线。

通过用于铁路/火车的、沿着铁路包括许多接入点的蜂窝宽带无线接入网络解决了所述问题，所述接入点定义了所述无线通信网络各自的小区，其中所述接入点通过到至少一个网关的聚集网络被连接到网络网关，其中接入点被配备了无线接口装置，该无线接口装置支持邻近/接近的接入点之间的相互通信以及与其小区内的网络单元的通信，所述接入点的第一部分通过所述聚集网络直接被连接到网络网关，所述接入点的第二部分通过在至少一个其它接入点与所述接入点第一部分的接入点之间的相互通信，间接地被连接到网络网关，并且其中所述宽带无线接入网络包含控制装置，该控制装置为漫游网络单元在所述接入点和所述至少一个网关之间的通信进行路由。

并且通过用于铁路/火车的蜂窝宽带无线接入网络中使用的接入点解决了所述问题，所述无线接入网络包含许多沿铁路的、定义了所述无线通信网络各自的小区的接入点，其中所述接入点被配备了无线接口装置，该无线接口装置支持邻近/接近的接入点之间的相互通信以及与其小区内的漫游网络单元的通信，所述接入点包含交换装置、第一无线接口装置和第二无线接口装置，所述第一无线接口装置集成到所述交换装置以支持所述接入点和漫游网络单元之间的通信，所述第二无线接口装置集成到所述交换装置以提供邻近/接近的接入点之间的相互通信。优选地所述接入点还包含控制装置，该控制装置通过邻近/接近的接入点之间的相互通信为所述接入点和网关之间的通信进行路由。

并且控制蜂窝宽带无线接入网络的方法解决了所述问题，所述蜂窝宽带无线接入网络包含至少一个通过聚集网络与接入点连接的网关。所述方法包含下列步骤：为漫游网络单元确定至少一个接入点以便所述漫游网络单元位于所述至少一个接入点的小区内，并且在所述聚集网络通过所述至少一个接入点为网关和所述漫游单元之间的通信进行路由。仅所述接入点的第一部分通过所述聚集网络直接和网络网关连接，所述接入点的第二部分通过至少一个其它接入点与所述接入点的第一部分的相互通信，间接地和网络网关连接。所述方法还包含下列步骤：确定所述接入点第一部分的第二接入点，并且通过所述接入点的第二部分与所述至少一个接入点之间的相互通信，为网关和所述漫游单元之间的通信进行路由。优选地跟踪所述漫游网络单元，以实现对所述至少一个接入点或者所述第二接入点的快速或甚至预先的确定。

并且实现所述方法的计算机软件解决了所述问题。

发明内容

因此，本发明的目的和优点是避免费力地并以较高的成本安装和维护连接接入点的光纤和/或有线线路网络。

由于所述接入点通过无线链路(多跳跃(multi-hops))相互连接，并且移动的车辆能够激活跳跃(来自/被传送至所述车辆的信息在跳跃间被转换)，因此本发明的另一个优点是，所述网络与铁路规划标准地形状相同。这避免了复杂的网络规划。并且由于当修改所述铁路时，相应地沿被修改的铁路更换所述接入点来修改所述网络，因此所述接入网络是自组织的。

本发明的另一个优点是，对大多数接入点而言，仅需要沿多数铁路已经可用的供电。

附图说明

参考附图和下面的描述，本发明的所述及许多其它目的和优点对于本领域的普通技术人员而言将变的显而易见，其中

图1是现有技术UMTS移动网的示图；

图2是现有技术WLAN接入网的示图；

图3是现有技术人造卫星接入网的示图；

图4是有线的现有技术接入网的示意图；

图5是根据本发明的用于铁路和火车的蜂窝宽带无线接入网的示意图；

图6是根据本发明的接入点的示意图；

图7示出了根据本发明的方法；和

图8是根据本发明的接入网络的火车设备的示意图。

为了例如提供例如火车的高速移动的车辆的高比特速率互联网连通性，一组无线网络技术是已知的。

具体实施方式

图1示出了例如UMTS接入网UTRAN包含一些通常称为基站或节点B的接入点NB。每个节点B NB具有支持天线，并通过网关GW接入网络NE、核心网。无线网络控制器RNC和所述节点B NB一样控制网络接入，特别用于漫游(移动的)火车T的宏分集(macro diversity)和切换。铁路RT上的火车T有两个天线，(图中的)每一个都与固定天线连接。用黑色闪电示出的在火车侧和铁路侧的双重连接有利于切换HO以及改进连接和服务的质量，例如通过应用分集技术，例如宏分集(通过许多通常在控制网络聚集单元中被管理的接入点)和微分集(micro diversity)(通过所述相同的接入点在多重天线上，应用差分放大、支路(fingering)以及类似的射频技术)。

图2示出了另一个Wi-Max接入网络ACNE，其包含通过网关与网络连接的桥HUB，该网络中的每个接入点AP分别地与网桥HUB有线连接。如闪电所示，所述接入点AP提供了与所述火车T的无线连接。对于快速漫游，所述网络也需要一种网络控制器来管理切换HO情景。

图3示出了可选的接入网络，其包含人造卫星SAT、基站BS和地球站ES。所述上行链路接入从所述网关GW被路由到所述地球站ES，并且通过人造卫星SAT从所述地球站被路由到所述火车T。所述下行链路通过到基站BS的GSM/GPRS连接从所述火车T被路由到所述网关。所述解决方案需要所述火车具有人造卫星接收机和GSM/GPRS发送机设备。其使用了高容量人造卫星链路的较大覆盖。

图4示出了现有技术接入网络的共同的结构特性。接入网络具有到另一个网络NE的接入网关GW。所述接入网络具有由包含聚集节点AN的分级(有线)结构所提供的聚集功能性。并且所述接入网络包括一组(有线)接入点AP1、AP2、...、AP5，每个接入点分别具有一定的覆盖CO1、CO2、...、CO5。虚线正方形所表示的跨越的区域也称为小区。安排所述区域以便公共的覆盖能够覆盖整个铁路。小区重叠被用于切换。

图5说明了本发明的思想。安排所述接入点以便邻近的接入点AP1’、...、AP5’处在其覆盖CO1’、...、CO5’内。这意味着例如最靠近所述火车T的接入点AP1’能够与该火车T以及其邻近的接入点AP2’建立无线链路。所述接入点AP2’能提前与下一个邻近的接入点AP3’建立无线链路。所述接入点AP3’具有聚集网络接口ANI，该网络接口ANI能够连接到网关GW并且最终连接到网络NE。

所述聚集网络和车辆之间的连接在现有技术状态中是光纤或者线缆(图1到5中的粗线)来馈给所述接入点。接入点配线的安装十分费力。基本思想是通过在所述接入点间形成多跳跃的无线链路互连所述接入点。沿(线性)铁路的“标准”跳跃配置中，“第一”节点的容量是所有接下来子节点容量的总和。对于铁路而言，典型地在线性铁路网络段中仅有一个车辆，并且因而没有容量累积。通常，铁路网络中只有很少的分叉和有限的业务，也就是说在一个铁路段上没有火车聚集。这能够减少所述接入网络昂贵的接入点配线，并允许最小化配备了聚集网络接口ANI的接入点的数量。

图6详细示出了两个接入点AP3’和AP2’。两个接入点AP3’和AP2’都包含火车定向天线TDA，左侧天线和右侧天线以及交换机(switch)S。所述聚集网络接入点AP3’也具有到其交换机的聚集网络接口ANI，该开关与聚集网络单元AG有线连接。

所述交换机能使所述接入点AP3’和AP2’的任一个充当向下一接入点传送信号的继电器。如果所述接入点不向下一个接入点传送信号，则其通过所述火车定向天线TDA向/从火车发射和接收信号。所述火车向指出其位置的最近的接入点传送控制信号。所述控制信号向接入控制器或者中央接入控制器指出所述火车的位置，并且所述控制器能够控制所述接入点AP3’和AP2’的交换机S的行为，所述接入点AP3’和AP2’充当继电器或者在最后阶段向/从所述火车传送信号。

原则上，所述信号从接入点到接入点和所述移动的车辆同步地“移动”。

可以本地或者全局地管理所述开关S的控制，也就是说根据所述网络的拓扑，使用分布式控制器或者中央控制器。所述控制器甚至可以处理分集接入和切换，例如基于列车时刻表或者预定方式的可用的火车位置测量。这可以例如由火车跟踪系统来支持。注意，图中示出的多重天线仅用于说明的目的。

聚集网络单元构造了整个接入网络，例如以太网集线器/交换机聚集了具有聚集网络接口的无线接入点AP3’和形成高速骨干的路旁控制单元之间的相互连接。没有聚集网络接口的许多接入点AP2’通过具有聚集网络接口的接入点AP3’将其连接到所述聚集网络，被间接地相互连接以建立完全的无线连通性。

所述接入点典型地被置于固定的位置，并且用作所述无线覆盖区域和所述聚集网络之间的接入接口。所述接入点能够经受隧道中潮湿和/或多尘的条件以及苛刻的天气条件。所述无线装置(radio)通常被放置在外壳内，这满足所制定的抵抗热量和振动的铁路标准。

作为所述火车的整体部分来安装所述无线解决方案的移动元件。优选地被放置在火车两端的每个无线装置与两个天线相连接来保证分集。利用天线分集能够接收和比较两个独立的无线信号，例如使用所述两个信号中较好的那个。这在存在噪声、障碍物、坏天气和多径反射的苛刻的环境以及切换的情况中尤其地重要。

IEEE 802.11支持三个物理层：FHSS、DSSS和红外线。所有都包括共同的媒体访问控制层。优选地，由于FHSS是几乎不受噪声、反射、无线站或者其它环境因素影响的健壮(robust)的技术，因此优先于DSSS使用FHSS。另外，相同地理区域(配置系统)中同时激活的系统数量明显高于DSSS系统中的。

DSSS无线装置每信道使用22MHz带宽来操作；如果所述接收机接收了22MHz操作带宽中任何窄带干扰信号，将影响所述全部带宽。因此仅能够配置三个离散的信道或者直到七个的重叠信道。相反，FHSS无线装置仅使用了1MHz信道，因此出现在特定频率上的窄带干扰信号仅影响一个跳跃。如果所述FHSS接收机不能在特定的跳跃操作，则所述无线装置将只在下一跳发射并且所述接收机将在该跳接收。

由于FHSS对信号延迟不是太敏感，其对噪声和多径反射的容忍度比DSSS无线装置更高。FHSS使用了时间和频率分集，以使任何重新传输使用不同的跳跃频率来保证成功完成。另外，因为FHSS可以使用直到79个可用频率信道和唯一的跳频序列(hopping sequence)，并能接受和应用客户定制的驻留时间，因此FHSS系统比DSSS系统更安全。

设计统一的无线覆盖是提供连续无线通信的基础。维持相容的无线性能的基本原理是基于下列内容的平衡组合的策略：干扰、天线选择、相对于覆盖的天线分集、接入点位置以及信号强度。

所述内容的任何非平衡组合将在所述无线覆盖区域内产生不稳定的行为，该行为包含无规律的错误关联、过多的重新传输、不可接受的丢包数量以及其它不可预测的行为。

当IEEE 802.11的操作基于足够的信噪比时，所述干扰/噪声最低值是无线信号强度需求的基础。对于关联的最小可操作信号强度门限应当高于所识别的干扰/噪声最低值而在12dBm(参考1毫瓦的分贝)到18dBm之间。当干扰电平在频谱上不一致时，定义所述干扰/噪声最低值允许一些附加的考虑。在2.4GHz频谱内的单个22MHz WiFi信道将阻塞大约30％的频谱，因此导致了重新传输和潜在的丢包。所述针对WiFi干扰的潜能可以扩大为相同覆盖区域内的三个离散WiFi信道。其很可能及时增加到由14个WiFi信道组成的配置覆盖区域的完全重叠。

当无线信号在接收机和发射机之间穿过不止一条路径时就发生了多径干扰。所述多重信号在接收天线和接收机中合并并且使所述信号失真。在时域和频域分析信号穿过几个路径所导致的接收多重信号的影响。所传送的信号所经过的路径长度不同，因此每条路径的信号的传播时间不同，这导致了多重信号在略微不同的时间到达所述接收机。FHSS无线装置产生较低的速率，330ns宽传输信号，其对延迟的敏感度低于DSSS中使用的窄90ns的脉冲。因此，FHSS系统对多径影响而言更健壮。FHSS系统使用时间分集来重新发射所丢失的包，直到接收部分确认已正确接收所述包。所述FHSS系统也使用频率分集由此在不同的频率(跳)重新传送包。

由于火车持续地移动，另一类分集值得考虑。当朝着或离开来自关联接入点的信号时，所述无线RF信号质量从一个时刻到另一个时刻是不同的，因此发生位置分集。

天线赋予所述无线系统三个基本特性：增益、方向和极化。增益是功率增加的量度，方向是传输模式的形状，并且极化涉及所述天线的方向。每一类天线具有不同的覆盖能力。由于天线增益的增加，对其覆盖区域有一些折衷。通常高增益天线能够覆盖更远的距离，但仅仅在特定的方向上。

所设计的全向天线提供了360度的辐射方向(需要全方向覆盖时使用这类天线)，定向天线不为信号增加任何功率，其将从发射机接收到的能量简单地改变方向。通过改变所述能量的方向，所述定向天线有效地在一个方向上提供了更多的能量，并且在所有其它方向提供了较少的能量。使用分集天线系统来克服被称为多径失真或多径衰落的现象。在相隔较短的距离放置两个相同的天线来覆盖相同的物理区域。

分集天线系统可与交换机相比较，该交换机选择一个或另一个天线，但从不同时选择两个。所述接收无线装置不断在所述两个天线间转换来监听有效的无线包。当所述无线装置接收到有效包的开始同步时，其评估所述天线上的包的同步信号，然后转换到另一个天线并评估该信号。所述无线装置因而选择最好的信号并且只使用该天线接收所述包的剩余部分。当发射时，所述无线装置选择和上次用来与特定无线装置通信的相同的天线。如果包传输失败，则所述无线装置转换到另一个天线并重新发射该包。

根据整个频谱上的干扰/噪声最低值，必须设置漫游/交接(joining)门限来维持适当的信号对噪声差分(signal-to-noise differential)。将漫游门限设置为低于适当的信噪比可导致延长的接入点关联，以致所述火车在通过所述接入点时完全丢失所述信号，因此产生了间歇性信标丢失断开、重新扫描和重新关联，导致了过多的重新传输和/或丢包。

接入点位置和关联的无线覆盖必须确保统一的端到端信号强度，以保证无缝漫游切换。接入点沿铁路即沿火车路线的分布取决于所述火车的漫游和交接门限，其还基于所述干扰/噪声最低值。

图7中的情景示出了三个接入点，第一接入点AP1’、第二接入点AP2’、第三接入点AP3’，以及铁路上火车的五个位置P1、...、P5，其中所述火车具有两个天线，或更确切地具有两个客户端设备CPEa和CPEb。在所述火车的位置P1、...、P5和所述接入点AP1’、AP2’和AP3’之间的闪电说明了关联。

接入点必须以所测量的噪声最低值之上的相容的最小信号电平来提供完全的跟踪覆盖。现场测量可以在给定环境内确定噪声最低值，并且包含来自其它使用相同频带的运营商的干扰测量。一旦确定所述噪声最低值，就可以确定整个系统所需要的最小信号覆盖；这还有助于接入点定位、接入点选择和接入点配置。

无线漫游的概念包括一系列的关联、断开和重新关联。当现有的关联以漫游分离或信标(信号)丢失断开两种方法之一终止时，火车和接入点之间发生断开。

所述火车侧和/或所述接入点可以发起断开。当所述火车侧和新的或者先前所关联的接入点重新关联时，发生重新关联。

当图中火车从第一位置向第二位置P2移动时，维持所述第一接入点和所述第二接入点与所述第一客户端设备CPEa之间的关联。进入所述第二接入点AP2’的覆盖并且也建立与所述第二客户端设备的关联，例如为了分集和切换。由于例子中所述第三接入点AP3’仅具有聚集网络接口，所述第二接入点像增减多路复用器那样，必须通过接入节点间的链路在所述第一接入点AP1’和所述第二接入点AP2’之间转发，或者必须支持到所述第二客户端设备CPEb的链路，或者两者都支持。在所述第三位置，所述第二接入点AP2’服务于客户端设备CPEa和CPEb。所述第四位置P4是如所述第二位置那样的切换情景。

每个(空中的)切换需要由接入点间的互相连接来适当地支持，所述接入点在具有聚集网络接口的接入点终止。

为了简单，当所述火车上具有如图8所示的局域网时，火车侧一次仅需要关联一个接入点以确保其仅维持和网络的一个连接。相反，许多火车能同时关联于相同的接入点。

图8示出了补充的火车侧。有两个与到火车侧局域网TLAN的接入网关相连接的客户端设备CPEa和CPEb。所述火车侧局域网TLAN包含例如涉及火车WLAN的PC接入点。接入控制器AC是重要的元件，其确定/选择优选的关联、(至少部分地)控制切换，和/或控制分集过程。

IEEE 802.11规范规定了从一个接入点覆盖区域到另一个接入点覆盖区域的漫游。传统的漫游逻辑是基于选举过程，其中与下一个最佳接入点关联的前提是基于当现有的信号强度减小时朝更强的信号移动。然而在所述漫游模式中，所述火车侧从一列相邻接入点中选择下一个最佳接入点，所述一列相邻接入点中至少一个的信号电平高于交接门限。所述漫游逻辑确保了基于全向的、基于小区的拓扑中健壮的和无缝的切换。

利用全向天线的移动无线环境基于例如公路或铁路的预定路径提供了接入点覆盖，基于方向和速度创造了更可预料的漫游模式。所述类型的线性漫游缓和了对多目的地、基于选举的接入点选择过程的需求，其中优选地仅一个接入点应能作为要向其漫游的下一个最佳接入点。全向无线RF覆盖分布图(profile)说明了信号强度的逐渐增大。

全向漫游切换操作的传统理论是“Roam LOW”和“Join HIGH”。这基于这样的思想：当火车离开其当前关联的接入点，所述信号电平逐渐下降到所述漫游门限之下。

类似的滞后现象是操作的可选理论，其具有相等的漫游和交接门限。当火车离开其当前关联的接入点时，所述信号电平下降到所述漫游门限之下并进入所述漫游模式。在所述模式中，所述火车从一列所存储的相邻接入点中选择下一个最佳接入点，每个所存储的相邻接入点的信号电平都高于所述交接门限并且等于现有接入点的信号电平。这样，所述新接入点的信号电平等于或强于所述旧接入点的信号电平，并且所述火车方以特定的方向继续进行直到所述漫游过程再次被触发。

所述类型的操作依赖于所述接入点覆盖区域之间共同的漫游/交接信号电平的交集，并因此对非平衡无线覆盖设计具有较少的容忍度。因此，必须进行测量来确保每个所述接入点之间的统一的接入点信号电平以支持连续的无缝切换。

需要每个接入点使用多重单向天线(朝相反的方向)来降低提供特定距离的无线服务所需要的接入点的数量。所述天线是覆盖长段直轨迹的窄波束、高增益天线，或者是最适于曲线轨迹区域的扇区天线(sectoredantenna)。每个接入点的两个天线的联合为称为覆盖区域的特定区域提供了无线服务。所述配置还支持接入点间的链路。

由于所述火车仅关联于处于其天线场内的接入点，必须完全地覆盖所述接入点的覆盖区域以达到沿预定路径放置的接入点之间的无缝漫游切换环境。

单向无线环境中传统的或者类似的滞后现象的应用导致极可能产生不稳定和不可靠的无线行为。根据所述单向天线的方向性，前方的漫游可能产生不可靠的漫游切换条件；所述火车侧可以很久地保持其与现有接入点的关联，然后因所述火车通过了所述接入点而突然断开。所述突然断开可以导致重传和丢包的高可能性。

所述火车侧被配置为Roam LOW和Join HIGH、或者EQUAL门限的Roam/Join，所述火车侧将满意于所述现有接入点的连接并维持与该接入点的关联，直到该火车通过并且随后丢失该接入点的信号。

根据所述单向天线的方向性，反向的漫游针对正常和类似的滞后现象而言呈现了功能上稳定的漫游切换条件。朝后向的移动允许所述火车侧观察到无线信号强度的逐渐降低，并且当满足适当的门限条件时漫游到下一个接入点。

为了克服双向(two-way)漫游操作的挑战，建议通过将所述火车配置为Roam HIGH和JoinLOW反转所述传统的滞后现象漫游逻辑。当所述火车在接入点覆盖区域之间移动时，该火车因而将处于主动漫游的固定状态来确保无缝漫游切换。

在火车的环境中，就通过所述无线网络的连续数据通信是连续操作的要点而言，移动性是确定的。无论向前还是向后行进，主动漫游确保了在丢失现有接入点的信号之前，所述单向火车漫游到下一个接入点。由于所述火车的连续移动，先前接入点的信号强度将突然消失或者逐渐降低到所述交接门限以下，其将可能不适于重新关联。将所述漫游门限参数设置为高数值将确保所述火车对当前信号电平从不满意。

因此所述火车将始终处于漫游状态，在该状态中其将检查相邻接入点表并尝试选择最适合的接入点。已知下一个接入点的信号将连续地增强，将所述交接门限参数设置为低数值将允许所述火车侧与信号电平较低的下一个接入点关联。随着接近所述下一个接入点的覆盖区域，该接入点的信号强度将增大到高于所述漫游门限，并且所述火车侧将其自身与所述下一个接入点关联。

这证明了沿预先确定路径的无缝方式的主动扫描和漫游。当朝前向移动时，在所述火车经过现有接入点而突然丢失该接入点信号之前，即使下一个下游接入点具有较弱的信号，所述火车也将与其关联。

尽管于此示出并描述了本发明说明性的、目前优选的实施例和应用，在本发明的概念、范围和精神之内的许多变化和修改是可能的，并且所述变化对细读了本申请的本领域技术人员而言将变得显而易见。

例如，为到达聚集网络的所述接入点之间的相互通信的部署可能被分散地组织，例如每个接入点知道其环境，或者被中央地组织，例如通过具有火车时刻表信息的中央网络控制器。

例如形成覆盖来装备所述设备，以及可以在安装时并且以有效的或者维护模式(即以动态方式)，来进行如同频率调度或通常的信道调度的资源安排。

接入网络控制器还可以指示火车侧使用一组确定的接入点。由于所述接入点相当于增减多路复用器，因此其可以利用路由器、交换机或者真正地利用增减多路复用器来实现。

Claims (9)

1.用于铁路/火车(RT/T)的蜂窝宽带无线接入网，其包含沿铁路(RT)的、定义了无线通信网络的各个小区的多个接入点(AP1’，...，AP5’)，其中所述接入点(AP1’，...，AP5’)通过聚集网络与至少一个网关连接，其中，所述接入点(AP1’，...，AP5’)的任何一个都配备了支持与其小区内的漫游网络单元的通信的无线接口装置(LSA，RSA，TDA)，其特征在于，所述接入点(AP1’，...，AP5’)的任何一个都配备了支持邻近/接近的接入点之间的相互通信的无线接口装置(LSA，RSA，TDA)，所述接入点的第一部分(AP3’)通过所述聚集网络直接与所述至少一个网关(GW)连接，所述接入点的第二部分(AP1’，AP2’，AP4’，AP5’)通过该接入点第二部分(AP1’，AP2’，AP4’，AP5’)的至少一个接入点与所述接入点第一部分(AP3’)的接入点的相互通信，间接地与所述网关(GW)连接，其特征还在于，所述宽带无线接入网络包含控制装置，该控制装置为漫游网络单元(T)对所述接入点和所述至少一个网关(GW)之间的通信进行路由，其中，通过配置所述火车为能够实现快速切换(HO)的高漫游和低交接，来反转传统的漫游逻辑。

2.根据权利要求1的蜂窝宽带无线接入网，其特征在于，所述漫游网络单元(T)是火车(T)上的接入点(CPEa，CPEb)，该接入点是漫游无线局域网络(TLAN)的一部分，并且包含无线接口装置和控制装置(AC)以识别沿所述铁路的至少一个接入点从而对所述漫游网络单元(T)和所述至少一个网关(GW)之间的通信进行路由。

3.根据权利要求1的蜂窝宽带无线接入网，其中，所述控制装置适于通过宏分集(DI)来实现平滑切换(HO)。

4.根据权利要求1的蜂窝宽带无线接入网，其中，所述控制装置适于为所述无线接口装置调度无线资源，从而为邻近/接近的接入点之间的相互通信以及与漫游网络单元的通信避免干扰。

5.根据权利要求4的蜂窝宽带无线接入网，其中，所述无线资源是时间间隔、能量和频率。

6.用于铁路/火车的蜂窝宽带无线接入网中使用的接入点(AP1’，...，AP5’)，所述无线接入网络包含沿铁路的、定义了所述无线通信网络的各个小区的多个接入点(AP1’，...，AP5’)，其中，所述接入点(AP1’，...，AP5’)中的任一个配备了支持与其小区内的漫游网络单元的通信的无线接口装置(LSA，RSA，TDA)，其特征在于，所述接入点(AP1’，...，AP5’)配备了支持邻近/接近的接入点之间的相互通信的无线接口装置(LSA，RSA，TDA)，所述接入点(AP1’，...，AP5’)包含交换装置(S)、第一无线接口装置(TDA)和第二无线接口装置(LSA，RSA)，所述第一无线接口装置集成到所述交换装置以支持所述接入点和漫游网络单元之间的通信，所述第二无线接口装置集成到所述交换装置(S)以提供邻近/接近的接入点之间的相互通信，其中，所述接入点适于利用反转的传统漫游逻辑来跟踪所述漫游网络单元(T)，所述反转的传统漫游逻辑是实现快速切换(HO)的高漫游和低交接。

7.根据权利要求6的接入点(AP1’，...，AP5’)，其特征在于，所述接入点还包含控制装置，该控制装置用于通过邻近/接近的接入点之间的相互通信来对所述接入点和网关之间的通信进行路由。

8.根据权利要求7的接入点(AP1’，...，AP5’)，其中，路由通信的所述控制装置适于跟踪所述漫游网络单元，以执行快速或预先的切换。

9.一种控制蜂窝宽带无线接入网的方法，该蜂窝宽带无线接入网包含至少一个通过聚集网络与接入点(AP1’，...，AP5’)相连接的网关，所述方法包含下列步骤：

-为漫游网络单元(T)确定至少一个接入点(AP1’，...，AP5’)，以便所述漫游网络单元位于所述至少一个接入点的小区内，并且

-在所述聚集网络上、通过至少一个接入点对网关(GW)和所述漫游网络单元(T)之间的通信进行路由，

其特征在于，仅所述接入点的第一部分(AP3’)通过所述聚集网络直接和网关相连接，所述接入点的第二部分(AP1’，AP2’，AP4’，AP5’)通过至少一个其它接入点与所述接入点第一部分的接入点的相互通信，间接地与网关(GW)相连接，所述方法还包含下列步骤：

-确定所述接入点第一部分的接入点，

-通过所述接入点上的相互通信，对网关和所述漫游单元之间的通信进行路由，以及

-通过将传统的漫游逻辑反转为高漫游和低交接，来跟踪所述漫游网络单元，以执行对所述至少一个接入点或第二接入点的快速确定。

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