CN103516637A

CN103516637A - 高速铁路系统中的下行链路通信方法和装置

Info

Publication number: CN103516637A
Application number: CN201210208080.0A
Authority: CN
Inventors: 王绪振; 冯绍鹏; 李元柳; 张际
Original assignee: Potevio Institute of Technology Co Ltd
Current assignee: Potevio Institute of Technology Co Ltd
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2032-06-19
Also published as: CN103516637B

Abstract

本申请公开了一种高速铁路系统中的下行链路通信方法和装置，该方法包括：a、对于小区中当前需要传输业务数据的各用户设备UE，网络侧从覆盖该UE的所有RRU中，选取当前上行接收信号强度最大的RRU作为用于进行业务数据传输的RRU；在所选取的RRU上，将当前需要传输的业务数据和所述业务数据对应的用户专用参考信号DRS，发送给该用户设备；在所述小区内的各RRU上，分别将当前需要传输的控制数据发送给所述小区内的各UE；b、所述UE分别对业务信道和控制信道上接收到的数据进行频偏估计和补偿以及相应的数据检测处理。采用本发明可以有效减少多普勒频偏对分布式高铁系统性能的影响。

Description

高速铁路系统中的下行链路通信方法和装置

技术领域

本申请涉及移动通信技术，特别涉及一种高速铁路系统中的下行链路通信方法和装置。

背景技术

现有的铁路通信方案一般采用GSM-R系统。GSM-R借鉴了公网GSM蜂窝系统的技术，保留了GSM的大体结构，二者均可以工作在900MHz频段，相邻的两个频道间隔为200kHz，每个频道采用时分多址接入方式，分为8个时隙。采用频率复用方式，避免同频道以及相邻区域频道间的干扰。在无线网络规划方面也基本相同；增加了调度通信功能和适合高速环境下使用的要素组成。典型的GSM-R网络是在沿路轨方向安装定向天线，以形成沿轨的椭圆形小区，小区覆盖半径较小，支持用户数据速率为10Kbps左右。

在高速铁路通信系统中，传统的GSM-R系统已经远远不能满足人们对于移动业务的需求。如果仍采用传统的GSM-R通信系统，将产生以下几个方面的问题：

1、系统的吞吐量远远不能满足现在用户对于数据业务的需求。

2、高速运动导致用户终端驻留小区时间过短，造成用户终端的频繁移动切换，频繁的移动切换易引起信令风暴。

3、用户终端的高速运动将产生严重多普勒频移，链路传输可靠性降低，这将进一步导致用户终端移动切换时间的延长。

4、用户终端的频繁移动切换导致掉话率的显著增加，最终导致用户体验性变差。

以下通过具体示例来分析用户终端高速运动对蜂窝通信掉话率的影响。假设传统蜂窝系统的小区直径为1.5公里，用户终端运动速度为430Km/h，可计算得知用户终端在单个小区驻留时间仅为12-13秒；进一步假设用户单次平均通话时间为2分钟，则用户在单次通话时间内，用户终端需要进行9次移动切换；假设用户终端单次移动切换的成功率为97%，则用户终端在单次通话掉话率为（1-0.97^9）=24％，即在高速运动环境下，用户终端每四次通话就有一次通话非正常终止。所以，传统蜂窝结构无法满足高速列车的移动通话的需求。

为解决高铁宽带通信以上几个方面的难题，图1给出基于分布式基带处理单元BBU+无线射频拉远单元RRU+列车基站的高速铁路宽带通信方案。该方案核心是位于列车内的列车基站，在车厢内部，用户终端通过泄漏电缆与列车基站进行通信；在车厢外部，列车基站以超级终端形式与地面TD-LTE基站进行通信。为解决高速运动环境下的列车基站与地面基站的高速可靠通信问题，地面基站通过采用分布式BBU+RRU的网络结构实现多小区合并，扩展单个小区的覆盖范围，避免列车基站的频繁移动切换；此外利用分布式BBU+RRU的网络结构，提高下行链路/上行链路的链路预算，为高速数据通信奠定基础。总之，基于分布式BBU+RRU＋列车基站的高铁通信方案具有以下优势：

1、利用分布式BBU+RRU+列车基站的网络架构，实现多小区合并，扩展单个小区覆盖范围，解决高铁环境下列车终端的频繁移动切换问题。

2、采用分布式BBU+RRU+列车基站的网络结构，提高了下/上行链路预算，为高速宽带大容量传输奠定基础。

3、列车基站作为超级终端，方便基站载波频偏估计及补偿，降低基站接收及资源调度的复杂度。

采用上述基于分布式BBU+RRU+列车基站的高速铁路宽带通信方案后，多普勒频偏校正就成为一个关键技术，尤其是在两RRU重叠区域，不同RRU发送的信号对UE产生不同方向的多普勒频偏，这样，在UE端叠加后，UE很难进行多普勒频偏估计并校正，从而导致系统性能严重下降。目前尚未针对上述问题提出相应的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供高速铁路系统中的下行链路通信方法，能有效减少分布式BBU+RRU+列车基站的高速铁路宽带通信方案中多普勒频偏对系统性能的影响。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种高速铁路系统中的下行链路通信方法，该方法包括：

a、对于小区中当前需要传输业务数据的各用户设备UE，网络侧从覆盖该UE的所有无线射频拉远单元RRU中，选取当前上行接收信号强度最大的RRU作为用于进行业务数据传输的RRU；在所选取的RRU上，将当前需要传输的业务数据和所述业务数据对应的用户专用参考信号DRS，发送给该用户设备；在所述小区内的各RRU上，分别将当前需要传输的控制数据发送给所述小区内的各UE；

b、所述UE分别对业务信道和控制信道上接收到的数据进行频偏估计和补偿以及相应的数据检测处理。

一种高速铁路系统中的下行链路通信装置，该装置包括：

发送模块，用于对于小区中当前需要传输业务数据的各用户设备UE，网络侧从覆盖该UE的所有无线射频拉远单元RRU中，选取当前上行接收信号强度最大的RRU作为用于进行业务数据传输的RRU；在所选取的RRU上，将当前需要传输的业务数据和所述业务数据对应的用户专用参考信号DRS，发送给该用户设备；在所述小区内的各RRU上，分别将当前需要传输的控制数据发送给所述小区内的各UE；

接收模块，用于所述UE分别对业务信道和控制信道上接收到的数据进行频偏估计和补偿以及相应的数据检测处理。

综上所述，本发明提出的高速铁路系统中的下行链路通信方法，选取当前上行接收信号强度最大的RRU作为用于进行业务数据传输的RRU，并区分业务信道和控制信道分别进行接收数据的处理，能有效减少多普勒频偏对高速铁路系统性能的影响，提高系统的吞吐量。

附图说明

图1为分布式BBU+RRU+列车基站的网络架构示意图；

图2为本发明实施例一的方法流程示意图；

图3为本发明实施例一的装置结构示意图。

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，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

本发明的核心思想是：根据上行链路数据通信的特点，选择出信道条件最优的RRU进行业务信道数据发送；同时根据控制信道的低阶调制、码率低等抗干扰特性，在每个RRU上进行控制数据发送，以满足控制信息的小区级覆盖。这样，可以规避了在高阶调制方式下两RRU重叠覆盖区域频偏校正算法性能不好的问题，大大提高了系统的吞吐量。

图2为本发明实施例一的方法流程示意图。如图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤201、对于小区中当前需要传输业务数据的各用户设备UE，网络侧从覆盖该UE的所有RRU中，选取当前上行接收信号强度最大的RRU作为用于进行业务数据传输的RRU；在所选取的RRU上，将当前需要传输的业务数据和所述业务数据对应的用户专用参考信号DRS，发送给该用户设备；在所述小区内的各RRU上，分别将当前需要传输的控制数据发送给所述小区内的各UE。

本步骤中，对于业务数据的传输，网络侧的基站将选择接收信号强度最大的RRU，即接收信号功率最大的RRU，作为用于业务传输的RRU，这样，由于只使用一个RRU进行传输，因此，不会存在多个RRU发送的信号的多普勒频偏不一致所致的难以进行信号的频偏估计和校正的问题，可以大大提高系统的吞吐量。

另外，由于控制数据的发送是需要覆盖小区范围的，即不是针对某个UE发送的，因此需要多个RRU进行传输。而现有控制信道具有低阶调制、码率低等抗干扰特性，这种特性可以规避了高阶调制方式下两RRU重叠覆盖区域频偏校正算法性能不好的问题，因此，对于控制数据采用多个RRU进行发送，可以满足控制数据的传输需求，不会受多普勒频偏的影响。

具体地，所述控制数据包括：小区公共导频信号（CRS）、同步信号以及物理广播信道（PBCH）、物理下行控制信道（PDCCH）、物理HARQ指示信道（PHICH）和/或物理控制格式指示信道（PCFICH）上的数据。

这里需要说明的是，与现有系统所不同的是，这里在进行业务数据的传输时，在传输当前需要传输的业务数据的同时，还要传输所述业务数据对应的用户专用参考信号，以便UE可以更好地基于此进行业务信道估计、噪声方差估计。

步骤202、所述UE分别对业务信道和控制信道上接收到的数据进行频偏估计和补偿以及相应的数据检测处理。

本步骤中，UE将分别对接收到的业务数据和控制数据进行相应的处理，在进行频偏估计和补偿时，将采用与业务信道具有相同频偏的用户专用参考信号或业务数据，对所述业务信道上接收到的数据进行所述频偏估计和补偿，采用与控制信道具有相同频偏的CRS或控制信道数据，对所述控制信道上接收到的数据进行所述频偏估计和补偿。具体地，上述频偏估计和补偿的具体方法为本领域技术人员所掌握，在此不再赘述。

本步骤中，对业务信道上接收到的数据进行所述数据检测处理具体可以包括以下几个步骤：解OFDM符号调制、DRS信道估计、DRS噪声方差估计和业务信道数据检测。其中具体步骤的实现方法同现有系统，在此不在赘述。

本步骤中，对数据信道上接收到的数据进行所述数据检测处理具体可以包括以下几个步骤：解OFDM符号调制、CRS信道估计、CRS噪声方差估计和控制信道数据检测。其中具体步骤的实现方法同现有系统，在此不在赘述。

图3为与上述方法相对应的下行链路通信装置的结构示意图，如图3所示，该装置包括：

发送模块，用于对于小区中当前需要传输业务数据的各用户设备UE，网络侧从覆盖该UE的所有RRU中，选取当前上行接收信号强度最大的RRU作为用于进行业务数据传输的RRU；在所选取的RRU上，将当前需要传输的业务数据和所述业务数据对应的用户专用参考信号DRS，发送给该用户设备；在所述小区内的各RRU上，分别将当前需要传输的控制数据发送给所述小区内的各UE。

接收模块，用于所述用户设备分别对业务信道和控制信道上接收到的数据进行频偏估计和补偿以及相应的数据检测处理。

较佳地，所述发送模块进一步用于在所述小区内的各RRU上，分别将当前需要传输的小区公共导频信号CRS、同步信号以及物理广播信道PBCH、物理下行控制信道PDCCH、物理HARQ指示信道PHICH和/或物理控制格式指示信道PCFICH上的数据发送给所述小区内的各UE。

较佳地，所述接收模块进一步用于通过解OFDM符号调制、DRS信道估计、DRS噪声方差估计和业务信道数据检测，对业务信道上接收到的数据进行所述数据检测处理。

较佳地，所述接收模块进一步用于通过解OFDM符号调制、CRS信道估计、CRS噪声方差估计和控制信道数据检测，对数据信道上接收到的数据进行所述数据检测处理。

综上所述，以上仅为本发明的较佳并非用于限定本发明的保护范围。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

1.一种高速铁路系统中的下行链路通信方法，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制数据包括：小区公共导频信号CRS、同步信号以及物理广播信道PBCH、物理下行控制信道PDCCH、物理HARQ指示信道PHICH和/或物理控制格式指示信道PCFICH上的数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b中对业务信道上接收到的数据进行所述数据检测处理包括：解OFDM符号调制、DRS信道估计、DRS噪声方差估计和业务信道数据检测。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b中对数据信道上接收到的数据进行所述数据检测处理包括：解OFDM符号调制、CRS信道估计、CRS噪声方差估计和控制信道数据检测。

5.一种高速铁路系统中的下行链路通信装置，其特征在于，该装置包括：

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，发送模块，进一步用于在所述小区内的各RRU上，分别将当前需要传输的小区公共导频信号CRS、同步信号以及物理广播信道PBCH、物理下行控制信道PDCCH、物理HARQ指示信道PHICH和/或物理控制格式指示信道PCFICH上的数据发送给所述小区内的各UE。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述接收模块进一步用于通过解OFDM符号调制、DRS信道估计、DRS噪声方差估计和业务信道数据检测，对业务信道上接收到的数据进行所述数据检测处理。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述接收模块进一步用于通过解OFDM符号调制、CRS信道估计、CRS噪声方差估计和控制信道数据检测，对数据信道上接收到的数据进行所述数据检测处理。