CN104703240A - 一种面向轨道交通的多天线切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向轨道交通的多天线切换方法，该方法在切换成功率较低或接收信号强度较弱时，启用多天线分集技术对信道加以改造，提高切换成功率和接收信号的强度；在切换成功率较高或信号较强时，启用基于多天线复用技术的大容量切换机制，以供更多的用户同时接入系统，该方法可在完成基于位置触发的快速切换的前提下，尽可能地提高切换成功率和系统的容量。

Description

一种面向轨道交通的多天线切换方法

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种面向轨道交通的多天线切换方法。

背景技术

目前，我国高铁时速可高达350km/h，高速列车成为人们出行的主要交通方式之一。高速铁路中实时、大数据量、高传输速率的多媒体业务数据通信需求日益明显，因此对高速铁路数据接入系统的稳定性及带宽提出了更高的要求。

针对高铁通信中遇到的车体屏蔽，用户集中及切换频繁的问题，现有技术提出了一种面向高铁的无线宽带数据接入网网络架构及基于位置的切换方法。该方法首先根据列车运动轨迹的规律性，采用学习的方式记录沿线基站信息；在列车行进过程中，车载网关通过车载天线检测每个行进位置的通信信号；从信号中读取并记录沿线基站的位置信息及信号强度信息，并判断出网关在邻居基站列表中相邻基站之间切换的位置信息，记录在预设切换位置表里，以此作为车载网关中预设的切换位置信息。基于位置的切换方案适用于车头天线(或第一副在两相邻基站之间成功完成切换的天线)与路边不同基站之间的切换。当前车头天线(天线1)正在与基站A连接通信，通过预设切换信息表可获得在A、B之间切换的位置，当列车自身位置处在预设位置匹配范围内时触发并自动完成切换。同时，列车周期性地实时更新自己的位置；在天线1与基站B发生切换之前，基站A将网关的相关信息发送给基站B，当天线1运动到切换位置时(这一位置可以用GPS获得，也可以结合当前火车的速度，将位置转换为时间)，直接与基站B建立连接，进行通信。

然而，基于位置的切换算法虽然可以快速完成切换，但由于高铁信道的时变快衰落特性，不可避免地会出现掉线或断链的可能，因此切换成功率不会太高。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向轨道交通的多天线切换方法，提高接收信号强度和切换成功率的同时，保证数据传输的质量和系统通信的容量，保障轨道列车上众多用户对数据通信的需求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种面向轨道交通的多天线切换方法，该方法包括：

获取两个相邻基站间触发基站切换位置匹配范围内的切换成功率和/或接收信号强度；

根据切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值与预设值之间的大小关系来进行切换机制的选择；

若切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值大于预设值R1，则启动多天线全复用切换机制；若切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值小于预设值R2，则启动多天线全分集切换机制；若切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值大于预设值R2小于预设值R1，则启用天线分集与复用的折中切换机制。

进一步的，所述获取两个相邻基站间触发基站切换位置匹配范围内的切换成功率和/或接收信号强度包括：

设置在列车车头处的第一天线与当前基站A通信，其通过预设切换信息表获得基站A与下一基站B之间的基站切换位置匹配范围；

当该第一天线处于该基站切换位置匹配范围内时，获取该位置匹配范围内的切换成功率和/或接收到信号的信号强度。

进一步的，所述若切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值大于预设值R1，则启动多天线全复用切换机制包括：

若切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值大于预设值R1，则表示当前位置传输特性较好，第一天线启用天线复用切换机制接入基站B，并进行数据传输；

当设置在车头后一节车厢处的第二天线到达所述基站切换位置处时，直接启动多天线全复用切换机制；依次类推，成功建立连接的天线负责传输数据，后续的天线独立完成基站的切换，从而实现了多天线全复用切换机制。

进一步的，所述若切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值小于预设值R2，则启动多天线全分集切换机制包括：

若切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值小于预设值R2，则表示当前位置传输特性较差，第一天线启用多天线全分集切换机制，并向基站B发送控制包；且后续经过基站切换位置匹配范围内的车头天线均向基站B发送控制包，直到成功接入基站B。

进一步的，若切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值大于预设值R2小于预设值R1，则启用天线分集与复用的折中切换机制包括：

将所有的天线分成若干组，每组内含有若干数量的天线；组内天线使用分集切换机制，组与组之间采用复用切换机制；具体的：对于组内的天线，在到达基站切换位置匹配范围时，同时向基站B发送同一控制包，从而实现组内分集切换机制；而组与组之间，发送的是不同的控制包，从而实现组间复用切换机制。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，在切换成功率较低或接收信号强度较弱时，启用多天线分集技术对信道加以改造，提高切换成功率和接收信号的强度；在切换成功率较高或信号强度较好时，启用基于多天线复用技术的大容量切换机制，以供更多的用户同时接入系统，该方法可在完成基于位置触发的快速切换的前提下，尽可能地提高切换成功率和系统的容量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种面向轨道交通的多天线切换方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的多天线数据接入系统框架图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供的一种面向轨道交通的多天线切换方法，如图1所示，该方法主要包括如下步骤：

步骤11、获取两个相邻基站间触发基站切换位置匹配范围内的切换成功率和/或接收信号强度。

如图2本发明实施例提供的多天线数据接入系统框架图；数字1～8分别表示设置在列车上的天线。

本步骤具体可包括：设置在列车车头处的第一天线(即图2中的天线1)与当前基站A通信，其通过预设切换信息表获得基站A与下一基站B之间的基站切换位置；当该第一天线处于该基站切换位置处时，获取该位置处的切换成功率以及其所接收到信号的信号强度。

步骤12、根据切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值与预设值之间的大小关系来进行切换机制的选择。

此处的综合权值是对切换成功率和归一化的接收信号强度的某种综合加权运算，比如，可以通过以下公式计算：综合权值＝w1*切换成功率+w2*信号强度，此处w1+w2＝1。

本发明实施例中，根据这些参数与预设值之间的大小关系，可出现步骤13～步骤15这三种情况。

步骤13、若切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值大于预设值R1，则执行步骤16。

步骤14、若切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值小于预设值R2，则执行步骤17。

步骤15、若切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值大于预设值R2小于预设值R1，则执行步骤18。

步骤16、启动多天线全复用切换机制(即多天线分别传输不同的包，完成切换的同时，提高传输效率)。

具体来说，若切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值大于预设值R1，则表示当前位置传输特性较好，第一天线启用天线复用切换机制接入基站B，并进行数据传输；

当设置在车头后一节车厢处的第二天线(即图2中的天线2)到达所述基站切换位置处时，直接启动多天线全复用切换机制；依次类推，成功建立连接的天线负责传输数据，后续的天线独立完成基站的切换，从而实现了多天线全复用切换机制。

步骤17、启动多天线全分集切换机制(即多天线同时与同一目的基站链接，传输相同的控制包，直到切换成功)。

具体来说，若该位置的切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值小于预设值R2，则表示当前位置传输特性比较差，此时，为了保证正常通信提高切换成功率，启动多天线全分集切换机制。即，所有进入切换位置匹配范围的车头天线均向基站B发送控制包，直到切换成功，多天线与基站B成功建立连接。

步骤18、启用多天线分集与复用折中切换机制。

此时，考虑多天线分集切换与复用切换之间的折中，即部分天线分集切换，部分天线复用切换，在保证切换成功率的同时，最大可能地提高系统容量。由于当前的传输特性相对全分集的情况较好，所以可以考虑采用分组的形式，将所有的天线分成若干组，每组内含有若干数量的天线。对于组内的天线，在到达切换位置匹配范围时，同时向基站B发送同一控制包，保证切换成功，即分集切换。而组与组之间，由于发送的是不同的控制包，所以是复用的概念，即复用切换。具体的分组情况，需视实际传输条件而定。

本发明实施例中，天线进入切换位置匹配范围，触发切换，并获取切换成功率和当前接收信号强度等条件，触发多天线分集或者复用或者多天线分集与复用折中切换机制。本发明实施例中主要采用如下三种指标：1)当前位置的切换成功率；2)当前天线的接收信号强度；3)当前位置的切换成功率和接收信号强度的综合权值。为了便于理解本发明，下面结合具体实施例一来做进一步的说明。

实施例一

本实施例以上述的第三个触发条件为例进行说明。设r表示计算到的当前切换位置的切换成功率和信号强度的综合权值，设R1表示启用多天线全复用切换的(切换成功率和信号强度的)综合权值下界值，R2表示启用多天线全分集切换的(切换成功率和信号强度的)综合权值上界值，通过比较综合权值r与R1，R2之间的大小，触发不同的切换机制。具体描述如下：

如图2，天线1进入切换位置匹配范围后，在基站A、B之间的切换。在天线1进行该切换位置之前，天线1与基站A连接通信，通过预设切换信息表获得在A、B之间切换的位置，列车周期性地更新自己的位置，当自身位置在预设位置匹配范围内，则触发切换。获取当前切换成功率并检测天线1接收信号强度，计算切换成功率和信号强度的综合权重值r。

1)基于位置触发的多天线全复用切换。

若当前位置的切换成功率和信号强度的综合权值r大于门限值R1，表明当前信道传输特性良好，则启用多天线全复用切换机制。天线1切换成功后开始传输数据，当天线2进入预设A、B切换位置匹配范围时，直接触发基于位置的切换。依次类推，成功建立连接的天线负责传输数据，后续的天线独立完成切换。这样就实现了基于多天线全复用的切换机制。

2)基于位置触发的多天线全分集可靠切换。

若权重值r小于门限值R2，则表明当前信道传输特性不佳，启用多天线全分集切换机制。对于所有进入预设A，B切换位置匹配范围的天线，均同时向基站B发送相同控制包，即全天线分集切换，最大可能地提高切换成功率。

3)基于位置触发的多天线分集复用折中切换。

若权重值R2<r<R1，则考虑多天线分集切换与复用切换之间的折中。部分天线分集传输，部分天线复用传输，在保证切换成功率的同时，最大可能地提高系统容量。例如，当天线1进入预设A，B位置匹配范围时，向基站B发送控制包，因为信道条件并不理想，很可能切换失败，则当天线2进入预设A，B位置匹配范围时，与天线1分集切换，即同时向基站B发送控制包，若切换成功，则天线1，2作为第一组。当天线3进入切换位置匹配范围时，判断切换是否成功，若不成功，则当天线4进入切换位置匹配范围时，与天线3同时向基站B发送控制包，若切换成功，则天线3，4作为第二组，若切换不成功，则当天线5进入切换位置匹配范围时，天线3、4、5同时向基站B发送控制包，若切换成功，则天线3、4、5作为第二组。由于第一组与第二组分别发送不同的包，所以组间是复用切换。以此类推。这种切换机制，相对前两种多天线全分集和多天线全复用而言，是多天线分集复用的折中。

由此可见，本发明实施例根据基站切换位置处的信道传输特性来选择不同的切换机制，在提高接收信号的强度和切换成功率的同时，保证数据传输的质量和系统通信的容量，保障轨道列车上众多用户对数据通信的需求。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种面向轨道交通的多天线切换方法，其特征在于，该方法包括：

获取两个相邻基站间触发基站切换位置匹配范围内的切换成功率和/或接收信号强度；

根据切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值与预设值之间的大小关系来进行切换机制的选择；

若切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值大于预设值R1，则启动多天线全复用切换机制；若切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值小于预设值R2，则启动多天线全分集切换机制；若切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值大于预设值R2小于预设值R1，则启用天线分集与复用的折中切换机制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取两个相邻基站间触发基站切换位置匹配范围内的切换成功率和/或接收信号强度包括：

设置在列车车头处的第一天线与当前基站A通信，其通过预设切换信息表获得基站A与下一基站B之间的基站切换位置匹配范围；

当该第一天线处于该基站切换位置匹配范围内时，获取该位置匹配范围内的切换成功率和/或接收到信号的信号强度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述若切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值大于预设值R1，则启动多天线全复用切换机制包括：

若切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值大于预设值R1，则表示当前位置传输特性较好，第一天线启用天线复用切换机制接入基站B，并进行数据传输；

当设置在车头后一节车厢处的第二天线到达所述基站切换位置处时，直接启动多天线全复用切换机制；依次类推，成功建立连接的天线负责传输数据，后续的天线独立完成基站的切换，从而实现了多天线全复用切换机制。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述若切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值小于预设值R2，则启动多天线全分集切换机制包括：

若切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值小于预设值R2，则表示当前位置传输特性较差，第一天线启用多天线全分集切换机制，并向基站B发送控制包；且后续经过基站切换位置匹配范围内的车头天线均向基站B发送控制包，直到成功接入基站B。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，若切换成功率或者接收信号强度或者切换成功率与接收信号强度的综合权值大于预设值R2小于预设值R1，则启用天线分集与复用的折中切换机制包括：

将所有的天线分成若干组，每组内含有若干数量的天线；组内天线使用分集切换机制，组与组之间采用复用切换机制；具体的：对于组内的天线，在到达基站切换位置匹配范围时，同时向基站B发送同一控制包，从而实现组内分集切换机制；而组与组之间，发送的是不同的控制包，从而实现组间复用切换机制。