CN102315878A - 一种无线信号接收系统及无线信号接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线信号接收系统及无线信号接收方法，以避开大型列车的穿透损耗和掠射角的限制。所述无线信号接收系统设置在可高速移动的交通工具上，包括：可控外置接收天线组、泄露电缆、全球定位系统(GPS)装置和控制装置；可控外置接收天线组设置在车体外侧，其中包含主天线，用于接收无线信号；泄露电缆沿车厢排列方向设置在车体内部，用于将可控外置接收天线组接收到的无线信号传输到车体内部；GPS装置用于将实时监测到的可控外置接收天线组的位置信息发送给控制装置；控制装置用于在收到GPS装置发来的位置信息后，确定可控外置接收天线组当前所在小区，然后控制主天线的主增益方向朝向调整至该确定出的小区的服务基站方向。

Description

一种无线信号接收系统及无线信号接收方法

技术领域

本方法涉及无线通信网络，尤其涉及一种无线信号接收系统及无线信号接收方法。

背景技术

随着高速铁路的广泛应用，对传统的移动通信网络提出了更高的要求。

针对目前时速可达300公里的高速铁路，现有的无线通信覆盖解决方案受到高速铁路外形设计的影响，需考虑20～30dB的车体穿透损耗、掠射角不能小于15度的限制、以及高速带来的切换范围增大等需求，在增加无线基站密度的同时，还需为用户提供高速、稳定的数据业务服务。

发明内容

本发明提供了一种无线信号接收系统及无线信号接收方法，利用列车物理尺寸较长的特性，通过增加相应的装置，提高了单站资源利用率，并为高密度用户群提供良好的通信服务质量。

为解决上述问题，本发明提供了一种无线信号接收系统，设置在可高速移动的交通工具上，包括：可控外置接收天线组、泄露电缆、全球定位系统(GPS)装置和控制装置；

所述可控外置接收天线组设置在车体外侧，其中包含主天线，用于接收无线信号；

所述泄露电缆沿车厢排列方向设置在车体内部，用于将所述可控外置接收天线组接收到的无线信号传输到车体内部；

所述GPS装置用于实时监测所述可控外置接收天线组的位置信息，并将该监测到的位置信息发送给所述控制装置；

所述控制装置用于在收到所述GPS装置发来的所述位置信息后，确定所述可控外置接收天线组当前所在小区，然后控制所述主天线的主增益方向朝向调整至该确定出的小区的服务基站方向。

进一步地，

所述控制装置中预配置有网络中各基站的位置信息及各基站所服务的小区的覆盖范围信息；

所述控制装置用于在接收到所述GPS装置发来的位置信息后，在本地的预配置信息中查找所述可控外置接收天线组当前所在小区的服务基站的位置信息，然后计算出所述可控外置接收天线组与所述服务基站之间的角度，根据该角度的值直接控制所述主天线的主增益方向调整至朝向所述服务基站的方向。

进一步地，

所述控制装置中预配置有网络中各基站的位置信息和各基站所服务的小区的覆盖范围信息，及计算出的在预定路径中沿途各位置与该位置所在小区的服务基站之间的角度；

所述控制装置用于在接收到所述GPS装置发来的位置信息时，根据所述位置信息在本地的预配置信息中查找所述可控外置接收天线组当前所在小区及该小区的服务基站的位置信息，并进一步得到当前位置与所述服务基站之间的角度，然后根据该角度的值直接控制所述主天线的主增益方向调整至朝向所述服务基站的方向。

进一步地，所述可控外置接收天线组中还包括从天线：

所述控制装置还用于根据接收到的所述GPS装置发来的位置信息判断出所述可控外置接收天线组位于两个相邻小区的共同覆盖区域时，开启所述从天线的端口，并控制所述从天线的主增益方向调整至朝向所述两个相邻小区中位于所述交通工具行驶方向上的小区的服务基站的方向。

进一步地，

所述控制装置还用于在判断出所述可控外置天线离开所述两个相邻小区的共同覆盖区域，进入单个小区的覆盖区域后，关闭所述从天线的端口。

进一步地，所述系统还包括：

前反向放大器，连接在所述泄漏电缆和所述可控外置接收天线组之间。

相应地，本发明还提供了一种无线信号接收方法，应用于配置有上述无线信号接收系统的可高速移动的交通工具上，包括：

可控外置接收天线组中的主天线将接收到的无线信号通过沿车厢排列方向设置在车体内部的泄露电缆传输到车体内部；

GPS装置实时监测所述可控外置接收天线组的位置信息，并将该监测到的位置信息发送给控制装置；

所述控制装置在收到所述GPS装置发来的所述位置信息后，确定所述可控外置接收天线组当前所在小区，然后控制所述主天线的主增益方向朝向调整至该确定出的小区的服务基站方向。

进一步地，

所述控制装置中预配置有网络中各基站的位置信息及各基站所服务的小区的覆盖范围信息；

所述控制装置确定所述可控外置接收天线组当前所在小区，具体包括：

所述控制装置在本地的预配置信息中查找所述可控外置接收天线组当前所在小区的服务基站的位置信息，然后计算出所述可控外置接收天线组与所述服务基站之间的角度。

进一步地，

所述控制装置中预配置有网络中各基站的位置信息和各基站所服务的小区的覆盖范围信息，及计算出的在预定路径中沿途各位置与该位置所在小区的服务基站之间的角度；

所述控制装置确定所述可控外置接收天线组当前所在小区，具体包括：

所述控制装置根据所述GPS装置发来的位置信息在本地的预配置信息中查找所述可控外置接收天线组当前所在小区及该小区的服务基站的位置信息，并进一步得到当前位置与所述服务基站之间的角度。

进一步地，所述可控外置接收天线组中还包括从天线：

所述控制装置还根据接收到的所述GPS装置发来的位置信息判断出所述可控外置接收天线组位于两个相邻小区的共同覆盖区域时，开启所述从天线的端口，并控制所述从天线的主增益方向调整至朝向所述两个相邻小区中位于所述交通工具行驶方向上的小区的服务基站的方向。

进一步地，上述方法还包括：

所述控制装置在判断出所述可控外置天线离开所述两个相邻小区的共同覆盖区域，进入单个小区的覆盖区域后，关闭所述从天线的端口。

与现有的网络发射端到接收端所采用的方法相比，本发明有如下优势：

避开了大型列车的穿透损耗和掠射角的限制，扩大了单站的覆盖面积和覆盖远度，节省网络的建设成本；

主、从天线在相邻小区的共同覆盖区域与单小区覆盖区域的配合使用，提高了软切换的成功率；可适用于对稳定性要求较高的集群、调度等业务；

外置天线转发的信号和直接穿透车体进入列车的信号经历了不相关的通信信道，通过CDMA(Code Division Multiple Access，码分多址)或WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址)终端分集接收机，获得最优的抗多径衰落接收性能，提高接收信号信噪比，保证终端用户的高速数据业务应用体验；

车头和车尾两套天线系统位于不同最佳小区时，可以使车头和车尾的用户被服务于两个小区，提高了小区资源利用率，也同时为用户提供了更高的业务速率；

接收天线作为宽带接收系统，此方法可以应用于多种无线通信制式存在的情况；

若使用已有站点建设铁路专网，在覆盖有裕量的情况下，可以降低基站发射功率，减少能耗；或者换用小型化基站设备，减少网络建设投资。

附图说明

图1为本发明实施例中无线信号接收系统结构图；

图2为本发明应用示例中网络拓扑结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

一种无线信号接收系统，设置在可高速移动的交通工具上，如图1所示，包括：可控外置接收天线组、泄露电缆、GPS装置和控制装置。其中：可控外置接收天线组设置在车体外侧，该可控外置接收天线组中包含主天线和从天线，各天线具有良好的方向性增益；泄露电缆沿车厢排列方向设置在车体内部，其用于将可控外置接收天线组接收到的信号传输到车体内部。在泄漏电缆和可控外置接收天线组之间还可增设前反向放大器，以抵消泄漏电缆的耦合损耗；控制装置可控制上述可控外置接收天线组中各天线的朝向，还可控制主、从天线端口的开启与关闭。

GPS装置实时监测可控外置接收天线组的位置信息，并将该监测到的位置信息发送给控制装置；

控制装置接收到上述位置信息后，确定可控外置接收天线组当前所在小区，然后控制主天线的主增益方向朝向该确定出的小区的服务基站方向。

具体地，控制装置中可预配置网络中各基站的位置信息(如可采用经纬度信息来表示)及各基站所服务的小区的覆盖范围信息。其中，各基站所服务的小区的覆盖范围信息可根据各基站的位置信息，利用已有的无线网络仿真技术仿真得到。在此种实现方式下，控制装置即可在接收到上述位置信息后，在本地的预配置信息中查找可控外置接收天线组当前所在小区，并进一步得到该小区的服务基站的位置信息，利用已有算法计算出该可控外置接收天线组与该服务基站之间的角度，然后根据该角度值直接控制主天线的主增益方向调整至指向该基站的方向。

在另一实施例中，控制装置中除可预配置网络中各基站的位置信息及各基站所服务的小区的覆盖范围信息外，还可以预配置计算出的在预定路径中沿途各位置与该位置所在小区的服务基站之间的角度信息。这样，当控制装置在接收到上述位置信息时，可根据该位置信息在本地的预配置信息中查找可控外置接收天线组当前所在小区及相应基站的位置信息，并进一步得到当前位置与该相应基站之间的角度，然后根据该角度值直接控制主天线的主增益方向调整至朝向该基站的方向。

此外，控制装置如进一步根据接收到的位置信息判断出上述可控外置接收天线组位于两个小区的共同覆盖区域，则开启从天线端口，并控制从天线的主增益方向调整至朝向这两个小区中位于该交通工具行驶方向上的小区的服务基站。当判断出上述可控外置天线离开共同覆盖区域，进入单小区覆盖区域后，关闭该从天线的端口。

对于整体长度较大的交通工具，如动车等，可分别在车头和车尾各设置一套上述无线信号接收系统，各系统独立工作，每套系统将本系统内可控外置接收天线组接收到的信号通过本系统中的泄露电缆传送到车体内部。在此种情况下，其中一套系统中的泄露电缆布放在N/2(取整)的车厢中，另一套系统中的泄露电缆布放在其他车厢中。

因为某些交通工具具有一定的长度，因而必定在一部分时间内，车尾和车头的可控外置接收天线组位于不同小区的覆盖范围内，因而车体内部的终端用户可将同时获得两个小区的资源，提高了列车沿线基站的资源利用率，同时也为终端用户提供了更高的数据吞吐量和服务质量。

通过泄露电缆传送到车体内的信号与直接穿透车体的信号经历了不相关的衰落路径到达终端接收器。现有的CDMA、WCDMA终端均可对各不相关的信道中的信号进行解调后，通过最大比合并的分集接收机获得最优的抗多径衰落接收性能，从而提高接收信号信噪比，保证了终端用户的高速数据业务应用体验。

下面以高铁覆盖规划为例，介绍一个具体实施方法。

在无线网络拓扑结构设计阶段，可以不考虑26dB的车体穿透损耗和掠射角必须大于10度的限制。考虑到天线的安全因素，可采用小尺寸的天线；考虑到天线增益为2dBi，泄漏电缆百米损耗为3dB，200米则为6dB损耗，则需在泄漏电缆和外置接收天线组之间增加前反向放大器，以抵消泄漏电缆的耦合损耗，如经过实测泄漏电缆的耦合损耗为40～50dB，则相应的调整前反向放大器的放大增益，以抵消此耦合损耗。

通过以上计算，无线链路中可以减少26+2-6＝22dB的损耗，从而使得新规划站点的站距或现有站点中可利用的原始站点的范围扩大，节省了基站的设备成本和建设成本。

无线网络拓扑结构及服务小区、共同覆盖区域的信息如图2所示。其中，Si、Si+1、Si+2分别为三个基站所在位置，其中，沿Si、Si+1至Si+2方向代表列车行进方向。

基站Si、Si+1、Si+2所服务的三个小区的覆盖范围一致，均为800米；每相邻两小区的重叠区(即共同覆盖区域)为200米(考虑切换时长和列车时速，200米的重叠区可保障成功切换)；即，图2中，重叠区A-B、C-D之间的距离分别为200米；A-D为800米；B-C为400米。

以常用的CRH车型为例，单个车厢的长度在25米左右，一般一辆列车有16节以上的车厢，因而在本示例中以列车长度以400米为例。

在列车的头部和尾部各安装一套包含可控外置天线组、控制装置、GPS装置及泄露电缆的无线信号接收系统。

列车运行时，列车头部和尾部的两套系统工作方式一致，下面仅介绍单个系统中控制装置和外置可控天线组间的协同工作方式，如下：

开启GPS装置，实时向控制装置输出本系统中可控外置天线组所在经纬度位置信息(X，Y)。

控制装置读取列车所在位置及基站分布经纬度信息，找出距离最近的基站Si(即当前所在小区的服务基站)，并将主天线指向Si，开启主天线端口，开始接收无线信号；

控制装置读取列车位置信息，根据已有的各小区覆盖范围信息，判断可控外置接收天线组是否进入两相邻小区的共同覆盖区域；如果不是，则关闭从天线端口；如果已进入两相邻小区的共同覆盖区域，将从天线指向Si+1，开启从天线端口；当判断出外置可控天线组已从共同覆盖区域进入Si+1所提供服务的小区之后，控制主天线指向Si+1，关闭从天线端口。如此，在非共同覆盖区域，接收端最大程度接收主服务小区的信息；在共同覆盖区域，接收端接收两个基站的信号，可最大程度实现软切换增益，有效提高了信噪比；同时在DO(Data Only，数据)业务中，根据虚拟软切换策略，用户终端可选择最强服务小区提供服务，从而提高用户的服务速率。

下面参照图2说明列车行进过程中，车头和车尾两套系统的指向及终端用户获得服务的状况。

列车到达A点之前，车头和车尾均位于Si覆盖范围内，此时，列车头、尾主天线端口开启，并同时指向基站Si，头、尾从天线端口关闭；列车内所有终端用户由Si所在小区提供服务；

当列车进入A-B段时，列车头部控制装置输出控制信号，控制头部主天线指向Si，从天线指向Si+1，主从天线端口均打开，此时根据DO业务虚拟软切换的策略(DO的前向业务信道只在最好的小区链路上进行发射，其他基站不会发射。当前向最强信噪比的基站发生变化时，前向链路的服务基站也会发生切换，称为“虚拟软切换”)，列车前段的终端用户可选择使用Si或Si+1中信噪比较强的一个小区；列车尾部继续位于Si的主服务区内，因而尾部主天线继续指向Si，从天线端口关闭；

当列车进入B-C段0-200米范围内时，列车头部控制装置输出控制信号，控制头部主天线指向Si+1，从天线端口关闭，列车尾部继续在A点之前；列车尾部控制器控制尾部主天线继续指向Si+1，从天线端口关闭；

当列车进入B-C段200-400米之内范围内时，列车头部控制装置输出控制信号，控制头部主天线指向Si+1，从天线端口关闭，列车尾部进入A-B段；列车尾部控制器控制尾部主天线继续指向Si，从天线指向Si+1，从天线端口开启；列车尾段的终端用户可选择使用Si或者Si+1中信噪比较强的一个小区；

当列车进入C-D段时，列车头、尾两套装置将重复A点之后的工作方式；如此循环下去。

从以上分析可看出，在列车行进过程中，将有部分时间(与列车长度和基站拓扑结构相关，如在本例中，为1/2以上的时间)被两个小区服务；因而提高了列车沿线的基站资源利用率，同时为列车内的用户提供更高速率的数据业务和更稳定的语音业务。

另外，各外置可控接收天线组中各天线接收到的信号通过泄漏电缆转发到列车内部，与直接穿透列车到达车厢内的无线信号形成多径，服务终端用户。

在隧道、涵洞等较封闭环境中，多采用泄漏电缆提供无线通信服务，因而可将外置天线平行于列车外体，关闭端口，减少安全隐患。

此方法可以扩展至普通列车的无线覆盖规划中。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。根据本发明的发明内容，还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种无线信号接收系统，设置在可高速移动的交通工具上，包括：可控外置接收天线组、泄露电缆、全球定位系统(GPS)装置和控制装置；

所述可控外置接收天线组设置在车体外侧，其中包含主天线，用于接收无线信号；

所述泄露电缆沿车厢排列方向设置在车体内部，用于将所述可控外置接收天线组接收到的无线信号传输到车体内部；

所述GPS装置用于实时监测所述可控外置接收天线组的位置信息，并将该监测到的位置信息发送给所述控制装置；

所述控制装置用于在收到所述GPS装置发来的所述位置信息后，确定所述可控外置接收天线组当前所在小区，然后控制所述主天线的主增益方向朝向调整至该确定出的小区的服务基站方向。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述控制装置中预配置有网络中各基站的位置信息及各基站所服务的小区的覆盖范围信息；

所述控制装置用于在接收到所述GPS装置发来的位置信息后，在本地的预配置信息中查找所述可控外置接收天线组当前所在小区的服务基站的位置信息，然后计算出所述可控外置接收天线组与所述服务基站之间的角度，根据该角度的值直接控制所述主天线的主增益方向调整至朝向所述服务基站的方向。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述控制装置中预配置有网络中各基站的位置信息和各基站所服务的小区的覆盖范围信息，及计算出的在预定路径中沿途各位置与该位置所在小区的服务基站之间的角度；

所述控制装置用于在接收到所述GPS装置发来的位置信息时，根据所述位置信息在本地的预配置信息中查找所述可控外置接收天线组当前所在小区及该小区的服务基站的位置信息，并进一步得到当前位置与所述服务基站之间的角度，然后根据该角度的值直接控制所述主天线的主增益方向调整至朝向所述服务基站的方向。

4.如权利要求1～3中任意一项所述的系统，其特征在于，所述可控外置接收天线组中还包括从天线：

所述控制装置还用于根据接收到的所述GPS装置发来的位置信息判断出所述可控外置接收天线组位于两个相邻小区的共同覆盖区域时，开启所述从天线的端口，并控制所述从天线的主增益方向调整至朝向所述两个相邻小区中位于所述交通工具行驶方向上的小区的服务基站的方向。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于：

所述控制装置还用于在判断出所述可控外置天线离开所述两个相邻小区的共同覆盖区域，进入单个小区的覆盖区域后，关闭所述从天线的端口。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

前反向放大器，连接在所述泄漏电缆和所述可控外置接收天线组之间。

7.一种无线信号接收方法，应用于配置有如权利要求1～6中任意一项所述无线信号接收系统的可高速移动的交通工具上，包括：

可控外置接收天线组中的主天线将接收到的无线信号通过沿车厢排列方向设置在车体内部的泄露电缆传输到车体内部；

GPS装置实时监测所述可控外置接收天线组的位置信息，并将该监测到的位置信息发送给控制装置；

所述控制装置在收到所述GPS装置发来的所述位置信息后，确定所述可控外置接收天线组当前所在小区，然后控制所述主天线的主增益方向朝向调整至该确定出的小区的服务基站方向。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述控制装置中预配置有网络中各基站的位置信息及各基站所服务的小区的覆盖范围信息；

所述控制装置确定所述可控外置接收天线组当前所在小区，具体包括：

所述控制装置在本地的预配置信息中查找所述可控外置接收天线组当前所在小区的服务基站的位置信息，然后计算出所述可控外置接收天线组与所述服务基站之间的角度。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述控制装置中预配置有网络中各基站的位置信息和各基站所服务的小区的覆盖范围信息，及计算出的在预定路径中沿途各位置与该位置所在小区的服务基站之间的角度；

所述控制装置确定所述可控外置接收天线组当前所在小区，具体包括：

所述控制装置根据所述GPS装置发来的位置信息在本地的预配置信息中查找所述可控外置接收天线组当前所在小区及该小区的服务基站的位置信息，并进一步得到当前位置与所述服务基站之间的角度。

10.如权利要求7～9中任意一项所述的方法，其特征在于，所述可控外置接收天线组中还包括从天线：

所述控制装置还根据接收到的所述GPS装置发来的位置信息判断出所述可控外置接收天线组位于两个相邻小区的共同覆盖区域时，开启所述从天线的端口，并控制所述从天线的主增益方向调整至朝向所述两个相邻小区中位于所述交通工具行驶方向上的小区的服务基站的方向。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

所述控制装置在判断出所述可控外置天线离开所述两个相邻小区的共同覆盖区域，进入单个小区的覆盖区域后，关闭所述从天线的端口。

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