CN106341821A - 基于lte的轨道交通无线数据干扰抑制方法及系统 - Google Patents

基于lte的轨道交通无线数据干扰抑制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出基于LTE的轨道交通无线数据干扰抑制方法及系统，根据站点列车到达与停靠时间表，为站点的每个基站预先设置工作时段相应的波束图案；当基站在工作时根据预先设置的波束图案进行波束赋形，包括当某一列车到站时，该列车相应网络中两个基站根据预先设置的波束图案，分别将波束打向该列车上相应UE；当两个不同线路的列车同时到站时，两个网络中使用同一频段的基站分频段进行波束赋形，将部分频段的波束打向各自相应的UE。本发明在频段资源有限的情况下，解决列车LTE数据传输网络之间的同频干扰问题，通过时间相关波束赋形来最大限度提高目标UE方位方向中的信号功率，降低站点的同频干扰。

Description

基于LTE的轨道交通无线数据干扰抑制方法及系统
技术领域
本发明涉及轨道交通无线通信技术领域，更具体地，本发明涉及一种基于LTE的轨道交通无线数据干扰抑制方法及系统。
背景技术
城市轨道交通系统(包括地铁、轻轨等)作为解决大城市交通问题的重要手段和有效措施，具有运量大、速度快、安全、准时、舒适等优点，并能带动城市土地资源综合开发利用，对城市长远发展具有重要意义。同时，随着信息通信技术向宽带化的飞速发展，轨道交通信息化建设的需求也不断提升。轨道交通车地无线通信系统作为轨道交通信息化的关键系统主要用于在列车与地面之间建立双向、稳定、可靠、高速的无线数据传输通道，为轨道交通其他业务提供基础承载网。系统主要由车站子系统和车载子系统两部分组成。
参见图1，列车上有两个车载UE，车站也有两个无线基站，这是一种普遍使用的AB双网覆盖方案，两网工作在任意的两个频段，提供双冗余备份，不会相互干扰。UE A接入基站A，UE B接入基站B，A网信号对B网的双向传输不会造成影响，同样，B网信号也不会对A网双向传输造成影响。
目前轨道交通车地无线通信系统已经越来越多的采用了LTE作为空口传输技术，AB网采用完全独立的双LTE网络系统，工作在两个不同的频段中，同时承担车地间的数据传输，两网数据互为备份。
在列车单独在轨道行驶时，由于A网和B网使用不同的频段，因此同一车的AB两网之间没有干扰问题，但是在车站/换乘站时，可能会在站台遇到另一条线路的列车，由于两条轨道线路属于两个不同的LTE网络，因此可能会存在严重的LTE的同频率干扰，因为这两辆列车所属的网络如果使用的频段重合，那么这两辆列车之间会存在干扰，会严重的影响通信的质量。
技术上只要两车使用不同的频段就能解决此问题，但是目前能够供给地铁轨道交通使用的频段非常有限，通常只有10MHZ，A网和B网各需要5MHZ来使用，一辆列车就将使用10MHZ，没有足够的频段来供给两辆列车使用不同的频段。因此需要提出一种新的方法来解决车站内两辆列车之间的干扰问题。
波束赋形(Beamforming，BF)是自适应阵列智能天线的一种实现方式，是一种在多个阵元组成的天线阵列上实现的数字信号处理技术。它利用有用信号和干扰信号在DoA(到达角)等空间信道特性上的差异，通过对天线阵列设置适当的加权值，在空间上隔离有用信号和干扰信号，实现降低用户间干扰，提升系统容量的目的。BF技术已经在LTE无线网络中得到了广泛的应用，通过基站测量上行信道，得到上行信道信息后，基站根据上行信道信息计算天线赋形权值，利用该赋形权值对要发射的数据流进行下行赋形。
参见图2，可以看出，波束赋形降低干扰的原理是通过计算出的权值对发射机的天线进行加权，使其主瓣对准服务UE，使其享有最大信号增益，同时尽可能将功率及增益最小方向即零限方向朝向受干扰UE，使其尽可能的避免受信号干扰。实现波束赋形的难点一个是下行信道估计的准确性问题，另外一个是缺少有效的下行波束赋形算法，现有算法在产品中实现较为复杂。
相关术语：
LTE Long Term Evolution 长期演进
BF Beamforming 波束赋形
UE User Equipment 用户设备
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，在频段资源有限的情况下，解决列车LTE数据传输网络之间的同频干扰问题。
本发明所采用的技术方案包括一种基于LTE的轨道交通无线数据干扰抑制方法，根据站点列车到达与停靠时间表，为站点的每个基站预先设置工作时段相应的波束图案；当基站在工作时根据预先设置的波束图案进行波束赋形，实现方式如下，
当某一列车到站时，该列车相应网络中两个基站根据预先设置的波束图案，分别将波束打向该列车上相应UE，并将零陷对着该列车上另一UE；
当两个不同线路的列车同时到站时，两个网络中使用同一频段的基站根据预先设置的波束图案，分频段进行波束赋形，将部分频段的波束打向各自相应的UE，保证打向各自相应UE的频段不重合。
而且，当两个不同线路的列车同时到站时，两个网络中使用同一频段的基站，在将部分频段的波束打向各自相应的UE同时，将没有打向各自服务UE的另一部分频段也做波束赋形，将这部分频段的数据波束打向一边以避免干扰。
而且，当两个不同线路的列车同时到站时，两个网络中使用同一频段的基站分频段进行波束赋形，包括一个使用频段的上部分，一个使用频段的下部分。
而且，当列车时刻表发生变动时，重新为每个基站设置波束图案。
本发明还相应提供一种基于LTE的轨道交通无线数据干扰抑制系统，包括预设模块和控制模块；所述预设模块，用于根据站点列车到达与停靠时间表，为站点的每个基站预先设置工作时段相应的波束图案；
所述控制模块，用于当基站在工作时根据预先设置的波束图案进行波束赋形，实现方式如下，
当某一列车到站时，该列车相应网络中两个基站根据预先设置的波束图案，分别将波束打向该列车上相应UE，并将零陷对着该列车上另一UE；
当两个不同线路的列车同时到站时，两个网络中使用同一频段的基站根据预先设置的波束图案，分频段进行波束赋形，将部分频段的波束打向各自相应的UE，保证打向各自相应UE的频段不重合。
而且，当两个不同线路的列车同时到站时，两个网络中使用同一频段的基站，在将部分频段的波束打向各自相应的UE同时，将没有打向各自服务UE的另一部分频段也做波束赋形，将这部分频段的数据波束打向一边以避免干扰。
而且，当两个不同线路的列车同时到站时，两个网络中使用同一频段的基站分频段进行波束赋形，包括一个使用频段的上部分，一个使用频段的下部分。
而且，当列车时刻表发生变动时，重新为每个基站设置波束图案。
本发明的技术方案主要有以下改进：
以列车到站时刻表为依据来生成波束赋形图案并以此图案周期性的对要发射的数据流进行下行赋形，简便、准确、巧妙，成本低廉，便于调整；
以波束赋形图案来控制基站波束方向的方式来消除干扰；
以分频段赋形的方式来错开两基站的同频频段的方式来消除干扰。
综上，根据地铁列车到站时刻表来设置波束图案，使得在特定的时间点基站采用固定的波束图案，从而目标基站得以使用波束赋形来最大限度提高目标UE方位方向中的信号功率。同时干扰基站也通过使用波束赋形，将零陷方向对准不同网络的UE来最大限度地减少对的干扰，以降低站点的同频干扰.。本发明不仅适用于一辆列车的情况，也提供适用于列车交汇的相应处理方案。因此，本发明能够提供更快速、更稳定、更可靠的轨道交通无线数据通信方案，具有重要的市场价值。
附图说明
图1是现有技术的列车组网示意图。
图2是现有技术的波束赋形示意图。
图3是本发明实施例的单辆列车到站波束赋形示意图。
图4是本发明实施例的两辆列车同时到站波束赋形示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明技术方案做出详细说明。
在轨道交通场景中，由于列车车载终端的运行轨迹固定，移动和静止点都有很强的周期性规律，因此本发明结合此场景的特点，设计一种新的适用于轨道交通场景下的波束赋形来减少不同线路网络之间的同频干扰。
根据地铁列车到站时刻表来设置波束图案，使得在特定的时间点基站采用固定的波束图案，从而目标基站得以使用波束赋形来最大限度提高目标UE方位方向中的信号功率。同时干扰基站也通过使用波束赋形，将零陷方向对准不同网络的UE来最大限度地减少对的干扰，以降低站点的同频干扰。
实施例提供的方法按照以下方式进行：
一，根据站点列车到达与停靠时间表，为每个基站预先设置工作时段相应的波束图案。
按常规方案，LTE基站需要对UE的上行信道进行测量，在得到上行信道信息后，基站根据上行信道信息计算天线赋形权值，再利用该赋形权值对要发射的数据流进行下行赋形，此过程较为复杂且目前还缺乏较为有效的方案。根据轨道交通场景的特殊特性，本发明提出可以简化权值的生成方式，因为在地铁场景，列车到站的时间点和停靠位置都是固定的，所以对下行数据的赋形可以采用固定模式，因为同频干扰产生的地点主要是站点，所以只需要为所有布置在地铁站点的基站来设置波束赋形图案。这个图案以时间和频段为维度，在固定的时间段上固定的频段都要按照设置的赋形图案来对下行数据进行赋形。
图案设计的原则是：在某一列车到站时段，此时该列车车载UE的目标基站的主瓣要对准此车载UE，使其享有最大信号增益；同一时段，该站点不同网络的基站，要尽可能将功率及增益最小方向朝向到站列车车载UE，使其尽可能的避免受干扰。具体设置方式见下一步骤二的工作过程。
二，基站根据预先设置的图案来进行波束赋形：
其中包括以下两种情况：
(1)当某一列车到站时，此时该列车上任一车载UE的目标基站根据赋形图案将波束打向该相应UE，而其他基站将零陷对着该UE。即该列车相应网络中两个基站根据赋形图案分别将波束打向该列车上相应UE，并将零陷对着该列车上另一UE。
具体来说，当某一列车到站时，该列车相应网络中第一基站，根据预先设置的波束图案将波束打向该列车上相应的第一UE，并将零陷对着该列车上第二UE；该列车相应网络中第二基站，根据预先设置的波束图案将波束打向该列车上相应的第二UE，并将零陷对着该列车上第一UE。
在一条列车线路中，属于该线路的列车上都有两个UE，工作在不同的频段的网络，需要有2个基站。在车站可能会有两条不同的列车线路，所以需设置4个基站。参见图3，基站1A和基站1B构成了该列车线路的无线网络1，基站2A和2B属于另一条线路的无线网络2。基站1A和2A同频，都使用频段A；基站1B和基站2B同频，都使用频段B。UE1A和UE1B的目标基站分别是基站1A和基站1B，当网络1的列车到站时，基站1A和基站1B根据已经设置好的波束图案，将主瓣分别对准该列车的车载UE：UE1A和UE1B。同时，基站2A和2B分别将主瓣移开，将波束中功率的最低点对向UE1A和UE1B。
(2)当两个不同线路的列车同时到站时，此时两个网络中的基站根据赋形图案将分频段将部分频段的波束打向各自相应的UE，保证打向各自UE的频段不重合：
因为当两个不同线路的列车同时到站时，此时两个网络中的基站根据赋形图案将波束分别打向各自UE，这种情况下，为了避免干扰，根据设置的波束赋形图案，此时各基站的波束赋形图案在频段上不再是统一的，而是要分频段来对数据进行波束赋形，不同频段的数据波束赋形图案可以不同。当两个不同线路的列车同时到站时，两个网络中使用同一频段的基站分频段进行波束赋形，包括一个基站使用频段的上部分，一个基站使用频段的下部分。
参见图4，基站1A和基站2A都使用频段A，基站1B和基站2B都使用频段B，在两辆列车同时进站时，各基站根据设置的波束赋形图案对下行发送数据进行赋形。基站1A和基站2A同频，如果都全频段打向目标UE则可能会存在严重的干扰，因此为了减少干扰，特将A频段分为上下两部分，基站1A和2A分别对这两部分频段上的数据进行波束赋形，将主瓣分别对准UE1A和UE2A，由于这两段频段不重合，因此不会造成干扰。如图4，一辆列车的车载UE：UE1A和UE1B，另一辆列车的车载UE：UE2A和UE2B。基站1A使用频段A的上部分来将数据打向UE1A，基站2A使用频段A的下部分来将数据打向UE2A。与此同时，基站1A和基站2A还将没有打向各自服务UE的另一部分频段即对方使用的频段也做波束赋形，将这部分频段的数据波束打向旁边来避免干扰。基站1B和基站2B也是按照同样的原理来进行赋形。基站1B使用频段B的上部分来将数据打向UE1B，基站2B使用频段B的下部分来将数据打向UE2B。与此同时，基站1B和基站2B还将没有打向各自服务UE的另一部分频段即对方使用的频段也做波束赋形，将这部分频段的数据波束打向一边来避免干扰。
当列车时刻表发生变动时，可重新为每个基站设置波束赋形图案。
具体实施时，本发明所提供方法可基于软件技术实现自动运行流程，也可采用模块化方式实现相应系统。本发明实施例还相应提供一种基于LTE的轨道交通无线数据干扰抑制系统，包括预设模块和控制模块；所述预设模块，用于根据站点列车到达与停靠时间表，为站点的每个基站预先设置工作时段相应的波束图案；
所述控制模块，用于当基站在工作时根据预先设置的波束图案进行波束赋形，实现方式如下，
当某一列车到站时，该列车相应网络中两个基站根据预先设置的波束图案，分别将波束打向该列车上相应UE，并将零陷对着该列车上另一UE；
当两个不同线路的列车同时到站时，两个网络中使用同一频段的基站根据预先设置的波束图案，分频段进行波束赋形，将部分频段的波束打向各自相应的UE，保证打向各自相应UE的频段不重合。
各模块具体实现可参见相应步骤，本发明不予赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于LTE的轨道交通无线数据干扰抑制方法，其特征在于：根据站点列车到达与停靠时间表，为站点的每个基站预先设置工作时段相应的波束图案；当基站在工作时根据预先设置的波束图案进行波束赋形，实现方式如下，
当某一列车到站时，该列车相应网络中两个基站根据预先设置的波束图案，分别将波束打向该列车上相应UE，并将零陷对着该列车上另一UE；
当两个不同线路的列车同时到站时，两个网络中使用同一频段的基站根据预先设置的波束图案，分频段进行波束赋形，将部分频段的波束打向各自相应的UE，保证打向各自相应UE的频段不重合。
2.根据权利要求1所述基于LTE的轨道交通无线数据干扰抑制方法，其特征在于：当两个不同线路的列车同时到站时，两个网络中使用同一频段的基站，在将部分频段的波束打向各自相应的UE同时，将没有打向各自服务UE的另一部分频段也做波束赋形，将这部分频段的数据波束打向一边以避免干扰。
3.根据权利要求1所述基于LTE的轨道交通无线数据干扰抑制方法，其特征在于：当两个不同线路的列车同时到站时，两个网络中使用同一频段的基站分频段进行波束赋形，包括一个使用频段的上部分，一个使用频段的下部分。
4.根据权利要求1或2或3所述基于LTE的轨道交通无线数据干扰抑制方法，其特征在于：当列车时刻表发生变动时，重新为每个基站设置波束图案。
5.一种基于LTE的轨道交通无线数据干扰抑制系统，其特征在于：包括预设模块和控制模块；所述预设模块，用于根据站点列车到达与停靠时间表，为站点的每个基站预先设置工作时段相应的波束图案；
所述控制模块，用于当基站在工作时根据预先设置的波束图案进行波束赋形，实现方式如下，
当某一列车到站时，该列车相应网络中两个基站根据预先设置的波束图案，分别将波束打向该列车上相应UE，并将零陷对着该列车上另一UE；
当两个不同线路的列车同时到站时，两个网络中使用同一频段的基站根据预先设置的波束图案，分频段进行波束赋形，将部分频段的波束打向各自相应的UE，保证打向各自相应UE的频段不重合。
6.根据权利要求5所述基于LTE的轨道交通无线数据干扰抑制系统，其特征在于：当两个不同线路的列车同时到站时，两个网络中使用同一频段的基站，在将部分频段的波束打向各自相应的UE同时，将没有打向各自服务UE的另一部分频段也做波束赋形，将这部分频段的数据波束打向一边以避免干扰。
7.根据权利要求5所述基于LTE的轨道交通无线数据干扰抑制系统，其特征在于：当两个不同线路的列车同时到站时，两个网络中使用同一频段的基站分频段进行波束赋形，包括一个使用频段的上部分，一个使用频段的下部分。
8.根据权利要求5或6或7所述基于LTE的轨道交通无线数据干扰抑制系统，其特征在于：当列车时刻表发生变动时，重新为每个基站设置波束图案。
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