CN102123470B - 基于电路域的gsm-r列控数据实时传输系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电路域的GSM-R列控数据实时传输系统及方法。其中，该系统包括分布式天线阵列、网络侧BTS(基站收发信机)和列车机车终端；分布式天线阵列架设在铁路沿线，为列车机车终端提供同一固定频率的信号，使得列车机车终端电路域数据传输链路始终处于连接状态；网络侧BTS以有线方式与分布式天线相连接，基于切换准则控制天线的开关状态，实现网络侧切换的功能；列车机车终端通过无线传输链路与网络侧BTS相连接。本发明改变了现有GSM-R的越区切换策略，使列车始终运行在固定频率的小区；由一个网络侧BTS决定切换功能，消除了乒乓切换现象，列车的通信稳定性和安全可信性得到显著的加强。
Description
技术领域
本发明涉及GSM-R铁路数字专用移动通信领域，尤其涉及一种基于电路域的GSM-R列控数据实时传输系统及方法。
背景技术
GSM-R是蜂窝技术应用于铁路环境中的移动通信系统，保留了GSM的大体结构，但是由于铁路专网通信与移动公网通信侧重点不同，在GSM-R中电路型数据业务占有比重更大，且享有高优先级，如车地之间的列控数据实时传输，一般都贯穿列车整个运行全程，越区切换十分频繁。
越区切换是指移动台在呼叫进行时，从一个服务小区移动到另一个服务小区时，维持呼叫继续进行的过程。目前GSM-R中切换过程包括：触发、扫描、选择和执行4个子过程。触发过程指基站通过与门限值比较，检测到移动台需要进行越区切换；扫描过程指基站决定出6个小区为最适合切换的目标小区，并编制成适合切换的小区列表；选择过程是指基站控制器或者移动业务交换中心从切换邻小区列表中选取1个最佳的小区作为切换的目标小区；执行过程指在目标小区上分配、激活1个新信道，并将移动台切换到这个新信道上进行通话的过程。切换完成后，释放原来的旧信道。
我国高速铁路进入迅猛发展阶段，高速意味着高移动性，对通信安全性和可靠性提出更高的要求，对越区切换而言，高速列车要求切换时间更短和切换成功率更高，同时减少切换的复杂度。而目前的切换策略容易导致乒乓切换，掉话率较高，很难完全保证高速列车通信的高可靠性和高安全性。
发明内容
为了克服现有GSM-R越区切换的不足，本发明提供了一种基于电路域的GSM-R列控数据实时传输系统及方法，消除了乒乓切换现象，加强列车的通信稳定性和安全可信性。
一方面，本发明公开了一种基于电路域的GSM-R列控数据实时传输系统，包括：分布式天线阵列、网络侧BTS(基站收发信机)和列车机车终端；其中，所述分布式天线阵列架设在铁路沿线，为列车机车终端提供同一固定频率的信号，使得列车机车终端电路域数据传输链路始终处于连接状态；所述网络侧BTS以有线方式与所述分布式天线相连接，基于切换准则控制天线的开关状态，实现网络侧切换的功能；所述列车机车终端通过无线传输链路与所述网络侧BTS相连接。
上述列控数据实时传输系统，优选所述网络侧BTS的切换准则包括：基于信号强度检测和/或基于距离的切换准则；其中，所述基于信号强度检测的切换准则为，当列车接收到新小区信号强度超过当前小区，并且信号强度达到预定门限值时，网络侧BTS通过控制天线开关状态进行切换；所述基于距离的切换准则为，当列车与新小区中心的距离小于当前小区中心的距离时，网络侧BTS通过控制天线开关状态进行切换。
上述列控数据实时传输系统，优选所述分布式天线阵列沿列车运行线路呈线状分布。
另一方面，本发明还公开了一种基于电路域的GSM-R列控数据实时传输方法，所述方法基于如下传输系统，包括：分布式天线阵列、网络侧BTS(基站收发信机)和列车机车终端；其中，所述分布式天线阵列架设在铁路沿线，提供同一固定频率的信号，所述网络侧BTS以有线方式与所述分布式天线相连接；所述列车机车终端通过无线传输链路与所述网络侧BTS相连接；所述方法包括如下步骤：网络侧注册步骤、电路域数据传输链路建立步骤、切换步骤和网络侧注销步骤。其中，网络侧注册步骤为，列车在始发站出发前，列车机车终端进行网络注册登记，根据列车车次号确定列车行驶经过小区的切换顺序列表；电路域数据传输链路建立步骤为，由BTS开启覆盖小区1的天线，由网络分配给列车机车终端固定频率和时隙给该列车，建立电路域数据传输链路；切换步骤为，列车进入小区1与小区2重叠区域时，根据预定切换准则，网络侧BTS根据小区的切换顺序列表开启覆盖小区2的天线，列车接收小区2的信号，根据软切换策略关闭覆盖小区1的天线；列车一直向终点站进发，网络侧BTS根据预定切换准则和小区的切换顺序列表不断地进行切换；网络侧注销步骤为，当网络侧完成最后一个小区的切换后，列车将到达终点站，当停靠终点站后，进行网络侧注销过程，列车终端释放其固定无线频率资源。
上述列控数据实时传输方法，优选所述切换步骤中，所述预定切换准则包括：基于信号强度检测和/或基于距离的切换准则；其中，所述基于信号强度检测的切换准则为，当列车接收到新小区信号强度超过当前小区，并且信号强度达到预定门限值时，网络侧BTS通过控制天线开关状态进行切换；所述基于距离的切换准则为，当列车与新小区中心的距离小于当前小区中心的距离时，网络侧BTS通过控制天线开关状态进行切换。
上述列控数据实时传输方法，优选所述切换步骤中，采用软切换策略，先打开所需天线，保证列车收到此天线提供的信号后再关闭不需要的前一个天线。
上述列控数据实时传输方法，优选所述分布式天线阵列沿列车运行线路呈线状分布。
相对于现有技术，本发明基于电路域的GSM-R列控数据实时传输方法具有如下优势：
其一，本发明采用了分布式天线铺设在铁路沿线的方式，由于列车运行线路是固定的，并且始终运行在固定频率的分布式天线覆盖小区，通过完全改变现有GSM-R越区切换策略，减小了列车切换复杂度，使得列车终端不需要进行硬切换。
其二，本发明在列车运行之前，进行网络注册登记，网络侧分配固定频率和时隙给该列车机车终端，利用空间和时间的差异性，行驶在同一线路的不同列车的电路域通信链路，使用的无线资源是相同的，如同一物理信道，有效节省了频谱资源。
其三，网络侧BTS实行切换的创新思想，避免了现有网络环境中列车在不同频率信号下快速而频繁越区切换带来的通信中断和乒乓切换，明显减少列车频繁越区切换所带来的掉话现象，大大提高了列车电路域数据传输实时性和可靠性，列车的通信稳定性和安全可信性得到显著加强。
附图说明
图1为本发明基于电路域的GSM-R列控数据实时传输系统实施例结构示意图；
图2a为本发明基于电路域的GSM-R列控数据实时传输方法实施例的步骤流程图；
图2b为本发明基于电路域的GSM-R列控数据实时传输方法实施例的步骤流程图；
图3为本发明基于电路域的GSM-R列控数据实时传输方法中，列控电路数据通信网络侧切换示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
基于电路域的GSM-R列控数据实时传输系统实施例
本发明基于电路域的GSM-R列控数据实时传输系统结构示意图，该系统包括：分布式天线阵列、网络侧BTS(基站收发信机)和列车机车终端；其中，分布式天线阵列架设在铁路沿线，为列车机车终端提供同一固定频率的信号，使得列车机车终端电路域数据传输链路始终处于连接状态；网络侧BTS以有线方式与分布式天线相连接，基于切换准则控制天线的开关状态，实现网络侧切换的功能；列车机车终端通过无线传输链路与网络侧BTS相连接。
具体而言，参照图1，所有分布式天线阵列中的天线沿着列车运行的铁路沿线架设，每一个天线提供同一种固定频率的信号f1，每一天线覆盖范围称为小区，始发站A地到终点站B地之间共形成Max个小区。列车从始发站A地到终点站B地的铁路沿线将一直保持该频率状态，列车机车终端无需主动进行切换，而由网络侧BTS完成切换。网络侧BTS与BSC(基站控制器)相连接，BSC与MSC(移动交换中心)相连接。铁路通信的特殊性决定了的分布式天线是线状分布且密集分布的，由于分配给不同铁路沿线的频率不同，所以整体的频率规划一定要考虑充分，否则容易出现同频干扰和邻频干扰现象。
网络侧BTS的切换准则包括：基于信号强度检测和/或基于距离的切换准则；其中，基于信号强度检测的切换准则为，当列车接收到新小区信号强度超过当前小区，并且信号强度达到预定门限值时，网络侧BTS通过控制天线开关状态进行切换；基于距离的切换准则为，当列车与新小区中心的距离小于当前小区中心的距离时，网络侧BTS通过控制天线开关状态进行切换。
本实施例完全改变现有GSM-R越区切换策略，使列车始终运行在固定频率的小区，由一个特殊的网络侧BTS决定切换功能，消除了乒乓切换现象，列车的通信稳定性和安全可信性得到显著加强。
基于电路域的GSM-R列控数据实时传输方法实施例
另一方面，本发明还提供了基于电路域的GSM-R列控数据实时传输方法实施例，该方法基于上述传输系统，该系统包括：分布式天线阵列、网络侧BTS(基站收发信机)和列车机车终端；其中，分布式天线阵列架设在铁路沿线，为列车机车终端提供同一固定频率的信号，使得列车机车终端电路域数据传输链路始终处于连接状态；网络侧BTS以有线方式与分布式天线相连接。另外，网络侧BTS与BSC(基站控制器)相连接，BSC与MSC(移动交换中心)相连接。基于切换准则控制天线的开关状态，实现网络侧切换的功能；列车机车终端通过无线传输链路与网络侧BTS相连接。
参照图2a和图2b，该方法包括如下步骤：网络侧注册步骤S210，列车在始发站出发前，列车机车终端进行网络注册登记，根据列车车次号确定列车行驶经过小区的切换顺序列表；电路域数据传输链路建立步骤S220，由BTS开启覆盖小区1的天线，由网络分配给列车机车终端固定频率f1和时隙T1给该列车，建立电路域数据传输链路；切换步骤S230，列车进入小区1与小区2重叠区域时，根据预定切换准则，网络侧BTS根据小区的切换顺序列表开启覆盖小区2的天线，列车接收小区2的信号，同时关闭覆盖小区1的天线；列车一直向终点站进发，网络侧BTS根据预定切换准则和小区的切换顺序列表不断地进行切换；具体切换示意图可以参照图3所示。网络侧注销步骤S240，当网络侧完成最后一个小区的切换后，列车将到达终点站，当停靠终点站后，进行网络侧注销过程，列车终端释放其固定无线频率资源。
在一个实施例中，切换步骤S230中，预定切换准则为基于信号强度检测的切换准则，具体为，当列车接收到新小区信号强度超过当前小区，并且信号强度达到预定门限值(如-85dBm)时，网络侧BTS通过控制天线开关状态进行切换。
在一个实施例中，切换步骤S230中，预定切换准则为基于距离的切换准则，具体为，当列车与新小区中心的距离小于当前小区中心的距离时，网络侧BTS通过控制天线开关状态进行切换。
并且，切换准则还可以是基于信号强度检测和距离的多元化切换准则，要确保在两个小区的重叠区触发网络侧切换，使得车地之间始终保持电路域数据传输的连接状态，保证切换的及时和可靠。
在一个实施例中，切换步骤S230中的网络侧切换，采用软切换策略，先打开所需天线，保证列车收到此天线提供的信号后再关闭不需要的前一个天线，这样就能大大降低掉话现象的概率。
本发明中，列车的运行线路的固定的，铁路沿线的分布式天线是线状密集分布的，并且提供同一频率的信号，保证列车始终以固定频率信号进行通信且切换过程简单。同时，由于本发明采用基于信号强度检测、距离等多元化切换准则及其组合，利用这些切换准则保证网络侧BTS始终能开启需要的新天线，关闭不需要的天线，使得列车电路域数据传输一直保持在连接状态，车地之间的通信一直保持在稳定可靠的状态。
以上对本发明所提供的基于电路域的GSM-R列控数据实时传输系统及方法进行详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种基于电路域的GSM-R列控数据实时传输系统，其特征在于，包括：
分布式天线阵列、网络侧BTS（基站收发信机）和列车机车终端；
其中，所述分布式天线阵列架设在铁路沿线，为列车机车终端提供同一固定频率的信号，使得列车机车终端电路域数据传输链路始终处于连接状态；所述网络侧BTS以有线方式与所述分布式天线相连接，基于切换准则控制天线的开关状态，实现网络侧切换的功能，具体为：
列车进入当前小区和下一小区重叠区域时，根据网络侧BTS的预定切换准则，网络侧BTS根据小区的切换顺序列表开启下一覆盖小区的天线，列车接收下一小区的信号，根据软切换策略关闭当前小区的天线；列车一直向终点站进发，网络侧BTS根据预定切换准则和小区的切换顺序列表不断进行切换，所述列车机车终端通过无线传输链路与所述网络侧BTS相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于电路域的GSM-R列控数据实时传输系统，其特征在于，
所述网络侧BTS的切换准则包括：基于信号强度检测和/或基于距离的切换准则；其中
所述基于信号强度检测的切换准则为，当列车接收到新小区信号强度超过当前小区，并且信号强度达到预定门限值时，网络侧BTS通过控制天线开关状态进行切换；
所述基于距离的切换准则为，当列车与新小区中心的距离小于当前小区中心的距离时，网络侧BTS通过控制天线开关状态进行切换。
3.根据权利要求2所述的一种基于电路域的GSM-R列控数据实时传输系统，其特征在于，所述分布式天线阵列沿列车运行线路呈线状分布。
4.一种基于电路域的GSM-R列控数据实时传输方法，其特征在于，
所述方法基于如下传输系统，包括：分布式天线阵列、网络侧BTS（基站收发信机）和列车机车终端；其中，所述分布式天线阵列架设在铁路沿线，提供同一固定频率的信号，所述网络侧BTS以有线方式与所述分布式天线相连接；所述列车机车终端通过无线传输链路与所述网络侧BTS相连接；
所述方法包括如下步骤：
网络侧注册步骤，列车在始发站出发前，列车机车终端进行网络注册登记，根据列车车次号确定列车行驶经过小区的切换顺序列表；
电路域数据传输链路建立步骤，由BTS开启覆盖小区1的天线，由网络分配给列车机车终端固定频率和时隙，建立电路域数据传输链路；
切换步骤，列车进入小区1与小区2重叠区域时，根据预定切换准则，网络侧BTS根据小区的切换顺序列表开启覆盖小区2的天线，列车接收小区2的信号，根据软切换策略关闭覆盖小区1的天线；列车一直向终点站进发，网络侧BTS根据预定切换准则和小区的切换顺序列表不断地进行切换；
网络侧注销步骤，当网络侧完成最后一个小区的切换后，列车将到达终点站，当停靠终点站后，进行网络侧注销过程，列车终端释放其固定无线频率资源。
5.根据权利要求4所述的一种基于电路域的GSM-R列控数据实时传输方法，其特征在于，
所述切换步骤中，所述预定切换准则包括：基于信号强度检测和/或基于距离的切换准则；其中，
所述基于信号强度检测的切换准则为，当列车接收到新小区信号强度超过当前小区，并且信号强度达到预定门限值时，网络侧BTS通过控制天线开关状态进行切换；
所述基于距离的切换准则为，当列车与新小区中心的距离小于当前小区中心的距离时，网络侧BTS通过控制天线开关状态进行切换。
6.根据权利要求5所述的一种基于电路域的GSM-R列控数据实时传输方法，其特征在于，
所述切换步骤中，采用软切换策略，先打开所需天线，保证列车收到此天线提供的信号后再关闭不需要的前一个天线。
7.根据权利要求6所述的一种基于电路域的GSM-R列控数据实时传输方法，其特征在于，所述分布式天线阵列沿列车运行线路呈线状分布。
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