CN103825637A - 一种轨道通信方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道通信方法，列车运行在基站所辖逻辑小区内时，所述基站激活所辖逻辑小区内与列车距离最近的天线单元；基站通过所述天线单元执行多入多出协作，以传送下行信号至移动终端，以及接收来自移动终端的上行信号。本发明同时还公开了一种轨道通信系统，采用本发明的技术方案，能够实现车载通信容量的大幅提升，满足宽带无线网络应用于轨道通信环境的需求。

Description

一种轨道通信方法和系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种轨道通信方法和系统。

背景技术

当今，高速铁路通信向“数字化”、“无线移动化”和“宽带综合业务”方向发展，因此，将宽带无线网络(BWN，Broadband Wireless Network)应用于高速铁路通信日益成为发展热点：一方面，高速铁路的列控信息需要通过BWN传送运行信息如监控视频，以保证运行安全；另一方面，高速铁路通信面临提供基于宽带无线网络的视频电话、在线游戏、视频会议等多媒体业务接入的市场需求。然而，中国铁路通信目前使用的无线通信铁道专用系统(GSM-R，GSMfor Railway)容量较小，仅能提供速率为9.6千比特每秒(Kbps，Kilo bit persecond)的数据通信链路，无法满足宽带无线网络的应用需求；同时，现有公众移动通信系统，无论是铁路的覆盖范围还是覆盖质量，也都无法满足宽带无线网络的应用需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种轨道通信方法和系统，满足BWN应用于轨道通信环境的需求。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明公开了一种轨道通信方法，该方法包括：

列车运行在一个逻辑小区内时，所述逻辑小区的基站激活所述逻辑小区内与列车距离最近的天线单元；

基站通过所述天线单元执行分布式多入多出(MIMO，Multiple-InputMultiple-Out-put)协作，以传送下行信号至移动终端，以及接收来自移动终端的上行信号。

上述方案中，所述逻辑小区的基站激活逻辑小区内与列车距离最近的天线单元包括：

所述逻辑小区的基站通过天线单元接收移动终端传送的列车速度信息和位置信息，根据所述速度信息和位置信息，以及所述逻辑小区内天线单元的位置信息，激活所述逻辑小区内与列车距离最近的天线单元。

上述方案中，所述逻辑小区的基站激活逻辑小区内与列车距离最近的天线单元还包括：

所述逻辑小区的基站去激活已激活的天线单元，且所述已激活天线单元为满足去激活条件的天线单元。

上述方案中，所述逻辑小区为对覆盖列车轨道的带状无线通信拓扑的划分，且数量至少为2个。

上述方案中，所述移动终端包括车载台或多天线用户终端。

上述方案中，当所述移动终端为车载台时，该方法还包括：

车载台通过车载无线接入设备汇聚来自列车用户终端的上行信号，并通过车载天线传送上行信号至基站；

车载台通过车载天线接收基站通过所述天线单元传送的下行信号，并通过车载无线接入设备中继，传送下行信号至列车用户终端。

上述方案中，所述车载天线至少为2根。

上述方案中，所述天线单元配置的天线数量N与车载天线数量M满足：2N＝M；并且，当车载天线数量小于列车车厢数量T时，所述车载天线分散布置于列车前端的T/2节车厢和后端的T/2节车厢；当车载天线数量N与列车车厢数量T相同时，所述车载天线分散布置于T节车厢。

本发明提供了一种轨道通信系统，所述轨道通信系统包括基站、天线单元和移动终端；其中，

所述基站，用于列车运行在一个逻辑小区内时，激活所述逻辑小区内与列车距离最近的天线单元；通过所述天线单元执行MIMO协作，传送下行信号至移动终端，以及接收来自移动终端的上行信号。

上述方案中，所述移动终端，用于向基站传送列车速度信息和位置信息；

所述基站，具体用于通过天线单元接收移动终端传送的列车速度信息和位置信息，根据所述速度信息和位置信息，以及所述逻辑小区内天线单元的位置信息，激活所述逻辑小区内与列车距离最近的天线单元。

上述方案中，所述基站，还用于去激活已激活的天线单元，且所述已激活天线单元为满足去激活条件的天线单元。

上述方案中，所述逻辑小区为对覆盖列车轨道的带状无线通信拓扑的划分，且数量至少为2个。

上述方案中，所述移动终端包括车载台或多天线用户终端。

上述方案中，当所述移动终端为车载台时，所述轨道通信系统还包括：车载无线接入设备和车载天线；其中，

所述车载无线接入设备，用于汇聚来自列车用户终端的上行信号至车载台；中继车载台传送至列车用户终端的下行信号；

所述车载台，具体用于通过车载无线接入设备汇聚来自列车用户终端的上行信号，并通过车载天线传送上行信号至基站；通过车载天线接收基站通过所述天线单元传送的下行信号，并通过车载无线接入设备中继，传送下行信号至列车用户终端。

上述方案中，所述车载天线至少为2根。

上述方案中，所述天线单元配置的天线数量N与车载天线数量M满足：2N＝M；并且，当车载天线数量小于列车车厢数量T时，所述车载天线分散布置于列车前端的T/2节车厢和后端的T/2节车厢；当车载天线数量N与列车车厢数量T相同时，所述车载天线分散布置于T节车厢。

本发明所提供的技术方案中，车载台采用多天线与基站通信，并且基站激活与列车距离最近的两个天线单元与移动终端通信，如此构成了MIMO系统，在铁路通信环境下能够克服阴影衰落的影响而获得两重宏分集增益，从而实现车载通信容量的大幅提升；同时，同一逻辑小区的天线单元由与该小区对应的基站集中控制，且所述逻辑小区采用多天线单元，如此一个逻辑小区的覆盖范围可以远远大于现有信号小区的覆盖范围，因此不存在因MIMO协作使用同一逻辑小区不同天线单元而导致频繁越区切换的问题，从而保证BWN接入业务的稳定性，提高用户体验。

附图说明

图1为本发明轨道通信方法的实现流程示意图；

图2为本发明一轨道通信系统的组成结构示意图；

图3为本发明又一轨道通信系统的组成结构示意图；

图4a～4b为本发明针对铁路轨道一实施例中轨道通信系统的组成结构示意图；

图5为本发明针对铁路轨道的一实施例中车载天线的分布示意图；

图6a～6b为本发明针对铁路轨道的又一实施例中轨道通信系统的组成结构示意图，。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

图1为本发明轨道通信方法的实现流程示意图，如图1所示，该方法包括：

步骤101：列车运行在一个逻辑小区内时，所述逻辑小区的基站激活所述逻辑小区内与列车距离最近的天线单元；

其中，所述逻辑小区的基站激活逻辑小区内与列车距离最近的天线单元，具体为：

所述逻辑小区的基站通过天线单元接收移动终端传送的列车速度信息和位置信息，根据所述速度信息和位置信息、以及所述逻辑小区内天线单元的位置信息，激活所述逻辑小区内与列车距离最近的天线单元。

其中，所述移动终端传送列车速度信息和位置信息，包括：

移动终端以不变频率传送列车速度信息和位置信息，或移动终端以变换频率传送列车速度信息和位置信息。

进一步的，所述逻辑小区的基站激活逻辑小区内与列车距离最近的天线单元，还包括以下流程：

所述逻辑小区的基站去激活已激活的天线单元，且所述已激活天线单元为满足去激活条件的天线单元。

具体的，根据所述去激活条件，可以为采用以下去激活已激活天线单元方案中的任意一种：

已激活天线单元与基站距离超过去激活距离第一门限时，去激活所述已激活天线单元；

已激活天线单元与基站距离超过去激活距离第一门限时，若此时逻辑小区内与移动终端距离最近的天线单元与基站距离没有超过去激活距离第一门限，则去激活所述与基站距离超过去激活距离第一门限的已激活天线单元；若此时逻辑小区内与移动终端距离最近的天线单元与基站距离超过去激活距离第一门限，则保持所述与基站距离超过去激活距离第一门限的已激活天线单元的激活状态，直至当前逻辑小区内与移动终端距离最近的天线单元与基站距离没有超过去激活距离第一门限时，去激活所述与基站距离超过去激活距离第一门限的已激活天线单元；

已激活天线单元与基站距离超过去激活距离第一门限时，若此时逻辑小区内与移动终端距离最近的天线单元与基站距离没有超过去激活距离第一门限，则去激活所述与基站距离超过去激活距离第一门限的已激活天线单元；若此时逻辑小区内与移动终端距离最近的天线单元与基站距离超过去激活距离第一门限，则保持所述与基站距离超过去激活距离第一门限的已激活天线单元的激活状态，直至所述已激活天线单元与基站距离超过去激活距离第二门限时，去激活所述已激活天线单元；

当前已激活天线单元与基站距离都超过去激活距离第一门限时，若当前已激活天线单元数量超过必须保持的最小值，则去激活与基站距离最远的已激活天线单元；

已激活天线单元与基站距离没有超过去激活距离第一门限，且所述已激活天线单元数量超过必须保持的最小值，则去激活与基站距离最远的已激活天线单元。

其中，所述逻辑小区为对覆盖列车轨道的带状无线通信拓扑的划分，且数量至少为2个；优选的，所述逻辑小区内线状布置两个天线单元，且每个逻辑小区内的天线单元由该逻辑小区内的基站集中控制；所述无线通信拓扑采用的通信系统包括：长期演进(LTE，Long Term Evolution)系统和长期演进铁道专用(LTE-R，Long Term Evolution for Railway)系统；所述列车轨道包括：普通铁路、高速铁路、城市轻轨和地铁。

步骤102：基站通过所述天线单元执行MIMO协作，以传送下行信号至移动终端，以及接收来自移动终端的上行信号。

其中，所述移动终端包括车载台或多天线用户终端。

本步骤中，当所述移动终端为车载台时，还包括以下流程：

车载台通过车载无线接入设备汇聚来自列车用户终端的上行信号，并通过车载天线传送上行信号至基站；

车载台通过车载天线接收基站通过所述天线单元传送的下行信号，并通过车载无线接入设备中继，传送下行信号至列车用户终端。

其中，所述车载天线可以通过采用高速光纤的车厢总线与车载台连接。

其中，所述车载无线接入设备包括：微基站或无线相容性认证(Wi-Fi，Wireless Fidelity)网关；所述车载天线至少为2根；并且，

所述天线单元配置的天线数量N与车载天线数量M满足：2N＝M；并且，当车载天线数量小于列车车厢数量T时，所述车载天线分散分布于列车前端的T/2节车厢和后端的T/2节车厢；当车载天线数量N与列车车厢数量T相同时，所述车载天线分散分布于T节车厢。

图2为本发明一轨道通信系统的组成结构示意图，如图2所示，该轨道通信系统包括：基站201、天线单元202和车载台203；其中，

所述基站201，用于列车运行在一个逻辑小区内时，激活所述逻辑小区内与列车距离最近的天线单元202；通过所述天线单元202执行MIMO协作，以传送下行信号至车载台203，以及接收来自车载台203的上行信号。

上述方案中，所述轨道通信系统还包括：车载天线204；其中，

所述车载台203，用于通过车载天线204传送列车速度信息和位置信息至基站201；

所述基站201，具体用于通过天线单元202接收车载台203通过车载天线204传送的列车速度信息和位置信息，根据所述速度信息和位置信息，以及所述逻辑小区内天线单元202的位置信息，激活所述逻辑小区内与列车距离最近的天线单元202。

上述方案中，所述车载台203传送列车速度信息和位置信息，包括：

车载台203以不变频率传送列车速度信息和位置信息，或车载台203以变换频率传送列车速度信息和位置信息。

上述方案中，所述基站201还用于去激活已激活的天线单元202，且所述已激活天线单元202为满足去激活条件的天线单元202。

上述方案中，所述轨道通信系统还包括：

车载无线接入设备205，用于汇聚来自列车用户终端的上行信号至车载台203；中继车载台203传送至列车用户终端的下行信号；

所述车载台203，具体用于通过车载无线接入设备205汇聚来自列车用户终端的上行信号，并通过车载天线204传送上行信号至基站201；通过车载天线204接收基站201通过所述天线单元202传送的下行信号，并通过车载无线接入设备205中继，传送下行信号至列车用户终端。

上述方案中，

所述逻辑小区为对覆盖列车轨道的带状无线通信拓扑的划分，且数量至少为2个；优选的，所述逻辑小区内线状布置两个天线单元202，且每个逻辑小区内的天线单元202由该逻辑小区内的基站201集中控制。

上述方案中，

上述方案中，所述车载天线204可以通过采用高速光纤的车厢总线与车载台203连接。

上述方案中，

所述车载无线接入设备205可以采用微基站或Wi-Fi网关；所述车载天线204至少为2根；并且，

所述天线单元202配置的天线数量N与车载天线204数量M满足：2N＝M；并且，当车载天线204数量小于列车车厢数量T时，所述车载天线204分散布置于列车前端的T/2节车厢和后端的T/2节车厢；当车载天线204数量N与列车车厢数量T相同时，所述车载天线204分散布置于T节车厢。

图3为本发明又一轨道通信系统的组成结构示意图，如图3所示，该轨道通信系统包括：基站301、天线单元302和多天线用户终端303；其中，

所述基站301，用于列车运行在一个逻辑小区内时，激活所述逻辑小区内与列车距离最近的天线单元302；通过所述天线单元302执行MIMO协作，以传送下行信号至多天线用户终端303，以及接收来自多天线用户终端303的上行信号。

上述方案中，所述基站301，具体用于通过天线单元302接收多天线用户终端303传送的列车速度信息和位置信息，根据所述速度信息和位置信息，以及所述逻辑小区内天线单元302的位置信息，激活所述逻辑小区内与列车距离最近的天线单元302。

上述方案中，所述多天线用户终端303传送列车速度信息和位置信息，包括：

多天线用户终端303以不变频率传送列车速度信息和位置信息，或多天线用户终端303以变换频率传送列车速度信息和位置信息。

上述方案中，所述基站301还用于去激活已激活的天线单元302，且所述已激活天线单元302为满足去激活条件的天线单元302。

上述方案中，

所述逻辑小区为对覆盖列车轨道的带状无线通信拓扑的划分，且数量至少为2个；优选的，所述逻辑小区内线状布置两个天线单元302，且每个逻辑小区内的天线单元302由该逻辑小区内的基站301集中控制。

实施例一

图4a为本发明针对铁路轨道的实施例中轨道通信系统的组成结构示意图，所述轨道通信系统覆盖至少2个逻辑小区，所述逻辑小区为对覆盖铁路轨道的带状无线通信拓扑的划分，如图4a所示，在一个所述逻辑小区内，所述轨道通信系统包括5个天线单元401～405、基站406和运行在所述逻辑小区内列车的车载台407；且所述天线单元401～405由其所在逻辑小区的基站406集中控制；

所述轨道通信系统还包括：车载天线408和车载无线接入设备409。

其中，所述车载无线接入设备409可以采用微基站或Wi-Fi网关。

其中，所述车载天线408通过采用高速光纤的车厢总线与车载台407连接，并且，考虑到天线单元401～405内布置天线的数目上限、通信容量提升的幅度、硬件成本、信号处理复杂度以及车载天线408安装点数目的限制，车载天线408的数量以及安装位置的选取遵循如下配置，具体如图5所示：

(a)天线单元401～405均配置1根天线时，车载台407安装2根天线，所述2根天线分散布置于列车前端和后端的1节车厢，如图5所示，所述2根天线分别位于1号、16号天线安装点；

(b)天线单元401～405均配置2根天线时，车载台407安装4根天线，所述4根天线分散布置于列车前端和后端的2节车厢，如图5所示，所述4根天线分别位于1号、2号、15号和16号天线安装点；

(c)天线单元401～405均配置4根天线时，车载台407安装8根天线，所述8根天线分散布置于列车的8节车厢，如图5所示，所述8根天线分别位于1号、3号、5号、7号、9号、11号、13号和15号天线安装点，也可以分别位于2号、4号、6号、8号、10号、12号、14号和16号天线安装点。

列车运行在图4a所示位置时，基站406激活轨道旁离列车最近的两个天线单元401和402，以执行MIMO协作，具体步骤如下：

(a)基站406预先存储所辖逻辑小区天线单元401～405的位置信息；

(b)通过车载列控设备获取列车当前的速度信息和位置信息，车载台407通过车载天线408向基站406以不变频率传送所述速度信息和位置信息；

(c)基站406根据已存储的天线单元401～405的位置信息、以及通过天线单元401～405中任一个接收的列车位置信息和速度信息，在所辖逻辑小区内激活与列车相距最近的两个天线单元401和402；

(d)基站406通过天线单元401和402执行MIMO协作，以传送下行信号给车载台407，以及接收来自车载台407的上行信号。

其中，车载台407通过车载无线接入设备409汇聚来自列车用户终端的上行信号，并通过车载天线408传送上行信号至基站406；通过车载天线408接收基站406通过天线单元401和402传送的下行信号，通过车载无线接入设备409中继，传送下行信号至列车用户终端。

相应的，当列车运行至图4b所示位置时，基站406激活轨道旁离列车最近的两个天线单元402和403，以执行MIMO协作；若天线单元401与基站406距离超过去激活距离第一门限，则基站406去激活天线单元401。

实施例二

图6a为本发明针对铁路轨道的实施例中轨道通信系统的组成结构示意图，所述轨道通信系统覆盖至少2个逻辑小区，所述逻辑小区为对覆盖铁路轨道的带状无线通信拓扑的划分，如图6a所示，在一个所述逻辑小区内，所述轨道通信系统包括5个天线单元601～605、基站606和运行在所述逻辑小区内列车的多天线用户终端607；且所述天线单元601～605由其所在逻辑小区的基站606集中控制；

列车运行在图6a所示位置时，基站606激活轨道旁离列车最近的两个天线单元601和602，以执行MIMO协作，具体步骤如下：

(a)基站606预先存储所辖逻辑小区天线单元601～605的位置信息；

(b)通过车载列控设备获取列车当前的速度信息和位置信息，多天线用户终端607向基站606以变换频率传送所述速度信息和位置信息；

(c)基站606根据已存储的天线单元601～605的位置信息、以及通过天线单元601～605中任一个接收的列车位置信息和速度信息，在所辖逻辑小区内激活与列车相距最近的两个天线单元601和602；

(d)基站606通过天线单元601和602执行MIMO协作，以传送下行信号给多天线用户终端607，以及接收来自多天线用户终端607的上行信号。

相应的，当列车运行在图6b所示位置时，基站606激活轨道旁离列车最近的两个天线单元602和603，以执行MIMO协作；若天线单元601与基站606距离超过去激活距离第一门限，则基站606去激活天线单元601。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种轨道通信方法，其特征在于，该方法包括：

列车运行在一个逻辑小区内时，所述逻辑小区的基站激活所述逻辑小区内与列车距离最近的天线单元；

基站通过所述天线单元执行MIMO协作，以传送下行信号至移动终端，以及接收来自移动终端的上行信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述逻辑小区的基站激活逻辑小区内与列车距离最近的天线单元包括：

所述逻辑小区的基站通过天线单元接收移动终端传送的列车速度信息和位置信息，根据所述速度信息和位置信息，以及所述逻辑小区内天线单元的位置信息，激活所述逻辑小区内与列车距离最近的天线单元。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述逻辑小区的基站激活逻辑小区内与列车距离最近的天线单元还包括：

所述逻辑小区的基站去激活已激活的天线单元，且所述已激活天线单元为满足去激活条件的天线单元。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述逻辑小区为对覆盖列车轨道的带状无线通信拓扑的划分，且数量至少为2个。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，

所述移动终端包括车载台或多天线用户终端。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述移动终端为车载台时，该方法还包括：

车载台通过车载无线接入设备汇聚来自列车用户终端的上行信号，并通过车载天线传送上行信号至基站；

车载台通过车载天线接收基站通过所述天线单元传送的下行信号，并通过车载无线接入设备中继，传送下行信号至列车用户终端。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述车载天线至少为2根。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述天线单元配置的天线数量N与车载天线数量M满足：2N＝M；并且，当车载天线数量小于列车车厢数量T时，所述车载天线分散布置于列车前端的T/2节车厢和后端的T/2节车厢；当车载天线数量N与列车车厢数量T相同时，所述车载天线分散布置于T节车厢。

9.一种轨道通信系统，其特征在于，所述轨道通信系统包括基站、天线单元和移动终端；其中，

所述基站，用于列车运行在一个逻辑小区内时，激活所述逻辑小区内与列车距离最近的天线单元；通过所述天线单元执行MIMO协作，传送下行信号至移动终端，以及接收来自移动终端的上行信号。

10.根据权利要求9所述的轨道通信系统，其特征在于，

所述移动终端，用于向基站传送列车速度信息和位置信息；

所述基站，具体用于通过天线单元接收移动终端传送的列车速度信息和位置信息，根据所述速度信息和位置信息，以及所述逻辑小区内天线单元的位置信息，激活所述逻辑小区内与列车距离最近的天线单元。

11.根据权利要求9所述的轨道通信系统，其特征在于，

所述基站，还用于去激活已激活的天线单元，且所述已激活天线单元为满足去激活条件的天线单元。

12.根据权利要求9所述的轨道通信系统，其特征在于，

所述逻辑小区为对覆盖列车轨道的带状无线通信拓扑的划分，且数量至少为2个。

13.根据权利要求9、10、11或12所述的轨道通信系统，其特征在于，所述移动终端包括车载台或多天线用户终端。

14.根据权利要求13所述的轨道通信系统，其特征在于，当所述移动终端为车载台时，所述轨道通信系统还包括：车载无线接入设备和车载天线；其中，

所述车载无线接入设备，用于汇聚来自列车用户终端的上行信号至车载台；中继车载台传送至列车用户终端的下行信号；

所述车载台，具体用于通过车载无线接入设备汇聚来自列车用户终端的上行信号，并通过车载天线传送上行信号至基站；通过车载天线接收基站通过所述天线单元传送的下行信号，并通过车载无线接入设备中继，传送下行信号至列车用户终端。

15.根据权利要求14所述的轨道通信系统，其特征在于，

所述车载天线至少为2根。

16.根据权利要求14所述的轨道通信系统，其特征在于，

所述天线单元配置的天线数量N与车载天线数量M满足：2N＝M；并且，当车载天线数量小于列车车厢数量T时，所述车载天线分散布置于列车前端的T/2节车厢和后端的T/2节车厢；当车载天线数量N与列车车厢数量T相同时，所述车载天线分散布置于T节车厢。

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