CN109698715A - 一种基于动态波束赋形的分布式天线系统及方法 - Google Patents

一种基于动态波束赋形的分布式天线系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109698715A
CN109698715A CN201910001683.5A CN201910001683A CN109698715A CN 109698715 A CN109698715 A CN 109698715A CN 201910001683 A CN201910001683 A CN 201910001683A CN 109698715 A CN109698715 A CN 109698715A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wave beam
beam forming
antenna
unit
optical fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910001683.5A
Other languages
English (en)
Inventor
曹高雄
冯穗力
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN201910001683.5A priority Critical patent/CN109698715A/zh
Publication of CN109698715A publication Critical patent/CN109698715A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/40—Transceivers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0602—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using antenna switching
    • H04B7/0608—Antenna selection according to transmission parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0802—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using antenna selection
    • H04B7/0834—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using antenna selection based on external parameters, e.g. subscriber speed or location
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/02—Services making use of location information
    • H04W4/025—Services making use of location information using location based information parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/30—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
    • H04W4/40—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for vehicles, e.g. vehicle-to-pedestrians [V2P]
    • H04W4/42—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for vehicles, e.g. vehicle-to-pedestrians [V2P] for mass transport vehicles, e.g. buses, trains or aircraft
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于波束赋形的分布式天线系统，包括发射天线模块和接收天线模块；所述发射天线模块包括远程天线单元、云端和服务器；在铁路沿线设置若干个远程天线单元，每个远程天线单元通过光纤或电缆连接到云端，云端通过光纤或电缆连接到服务器；所述接收天线模块包括光纤外置天线、中继器和检测单元；光纤外置天线接收来自远程天线单元的信号，通过中继器与移动终端进行通信；检测单元用于实时监测列车的位置和速度以及铁轨的弯曲状态。在本发明中，基站的天线系统在铁路沿线以分布式的结构布设，采用自适应天线选择和动态波束赋形技术，以减少多普勒频移；同时使得波束的主要能量汇聚点与列车相对静止，从而保证高的空口能效。

Description

一种基于动态波束赋形的分布式天线系统及方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于动态波束赋形的分布式天线系统及方法。
背景技术
随着无线服务的用户数量不断增多和对高数据速率的需求不断增长，如何更有效地利用有限的无线资源一直是研究的目标。现有技术中，在用户快速移动的过程中，会出现频繁的切换，多普勒频移严重，信号接收强度弱等情况，导致用户体验比较差。特别是对于现实当中对实时性要求较高的业务，比如打电话，玩游戏等，在上述业务中如果突然出现信号卡顿或中断，会瞬间影响用户的使用体验。因此，如何去克服这类问题，提高通信质量显得特别重要。
发明内容
本发明的第一目的在于解决多普勒频移对通信质量的影响，提高通信过程中能量利用效率。因此，提出了一种基于波束赋形的分布式天线系统。本发明用于铁路系统，通过采用分布式天线中的天线选择技术，让铁路沿线的远程天线单元与高铁保持“准静止”状态，保证波束与高铁保持相对静止，呈现“准垂直”状态，实现对高铁通信中的能量优化以及多普勒频移的减少。
本发明的第二目的在于提供一种基于波束赋形和分布式天线的通信方法。
本发明的第一目的能够通过以下技术方案实现：
一种基于波束赋形的分布式天线系统，包括发射天线模块和接收天线模块；
所述发射天线模块包括远程天线单元、云端和服务器；在铁路沿线设置若干个远程天线单元，每个远程天线单元通过光纤或电缆连接到云端，云端通过光纤或电缆连接到服务器；
所述接收天线模块包括光纤外置天线、中继器和检测单元；光纤外置天线接收来自远程天线单元的信号，通过中继器与移动终端进行通信；检测单元用于实时监测列车的位置和速度以及铁轨的弯曲状态。
进一步地，移动终端选择最近的一个远程天线单元进行波束赋形；当移动终端和远程天线单元的连线与远程天线单元和铁路的垂线的夹角，超过满足系统的多普勒频移的最大角度时，采用多根远程天线单元联合进行波束赋形。
进一步地，每个远程天线单元与光纤外置天线允许有一定范围的张角，不需要保持绝对的垂直。
进一步地，所述若干个远程天线单元按照区域进行划分，当列车进入特定区域范围内，区域内相应的远程天线单元被激活启动，其他区域内的远程天线单元处于休眠状态。
更进一步地，每个区域采用一个云端和服务器进行管理。
进一步地，所述远程天线单元可以是非均匀设置。
具体地，所述检测单元可以选择卫星定位系统或传感器。
具体地，波束赋形参数可以根据铁路结构与列车运行的较规则的特性预先进行计算，再调出使用；也可以采用信道估计方法实时获得信道参数后再确定波束赋形参数。
本发明的第二目的能够通过以下技术方案实现：
一种基于波束赋形和分布式天线的通信方法，当上下行信道为对称时，用于接收端在进行上行发射信号时与发射端在进行下行发射信号时的通信，具体步骤包括：
(1)当列车运行至某区域，启动该区域内的远程天线单元；
(2)通过检测单元获取列车的实时位置和速度信息，计算信道矩阵；
(3)根据获得的信道矩阵，计算相应的波束赋形因子；
(4)根据发射信号和波束赋形因子，计算波束赋形后的信号；
(5)重复步骤(2)-(4)，根据每个时刻的位置与速度信息，对波束赋形因子进行实时调整，直至达到动态波束赋形效果时停止。
具体地，所述步骤(3)中，波束赋形因子的计算公式为：
WZF＝(HHH)-1HH
其中，H表示信道矩阵，HH表示H的厄米特矩阵。
具体地，所述步骤(4)中，发射信号x进行波束赋形后的表达式为：
y＝PWZFx
其中，P表示每个远程天线单元的发射功率。
本发明相较于现有技术，具有以下的有益效果：
1、本发明通过沿着铁路线布设远程天线单元，使得在列车运行过程中，保持让距离接收端近的那几根远程天线单元进行波束赋形作用，使得波束一直与铁路线呈垂直状态，避免大的多普勒频移效应。
2、在本发明中，对于接收天线侧，能够每次选择多根天线进行波束赋形并分级接收，从而在保证接收端接收信号质量的情况下，提高能量利用效率。
附图说明
图1为本发明实施例中一种基于动态波束赋形的分布式天线系统的结构示意图。
图2为本发明实施例中一种基于动态波束赋形和分布式天线的通信方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示为一种基于波束赋形的分布式天线系统，包括发射天线模块和接收天线模块；
所述发射天线模块包括远程天线单元、云端和服务器；在铁路沿线设置若干个远程天线单元，每个远程天线单元通过光纤或电缆连接到云端，云端通过光纤或电缆连接到服务器；
所述接收天线模块包括光纤外置天线、中继器和检测单元；光纤外置天线接收来自远程天线单元的信号，通过中继器与移动终端进行通信；检测单元用于实时监测列车的位置和速度。
进一步地，移动终端选择最近的一个远程天线单元进行波束赋形；当移动终端和远程天线单元的连线与远程天线单元和铁路的垂线的夹角，超过满足系统的多普勒频移的最大角度时，采用多根远程天线单元联合进行波束赋形。
进一步地，每个远程天线单元与光纤外置天线允许有一定范围的张角，不需要保持绝对的垂直。
进一步地，所述若干个远程天线单元按照区域进行划分，当列车进入特定区域范围内，区域内相应的远程天线单元被激活启动，其他区域内的远程天线单元处于休眠状态。
更进一步地，每个区域采用一个云端和服务器进行管理。
进一步地，所述远程天线单元可以是非均匀设置。
具体地，所述检测单元可以选择卫星定位系统或传感器。
如图2所示为一种基于波束赋形和分布式天线的通信方法的流程图，当上下行信道为对称时，用于接收端在进行上行发射信号时与发射端在进行下行发射信号时的通信，具体步骤包括：
(1)当列车运行至某区域，启动该区域内的远程天线单元；
(2)通过检测单元获取列车的实时位置和速度信息，计算信道矩阵；
(3)根据获得的信道矩阵，计算相应的波束赋形因子；
(4)根据发射信号和波束赋形因子，计算波束赋形后的信号；
(5)重复步骤(2)-(4)，根据每个时刻的位置与速度信息，对波束赋形因子进行实时调整，直至达到动态波束赋形效果时停止。
具体地，所述步骤(3)中，波束赋形因子的计算公式为：
WZF＝(HHH)-1HH
其中，H表示信道矩阵，HH表示H的厄米特矩阵。
具体地，所述步骤(4)中，发射信号x进行波束赋形后的表达式为：
y＝PWZFx
其中，P表示每个远程天线单元的发射功率。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于波束赋形的分布式天线系统，其特征在于，包括发射天线模块和接收天线模块；
所述发射天线模块包括远程天线单元、云端和服务器；在铁路沿线设置若干个远程天线单元，每个远程天线单元通过光纤或电缆连接到云端，云端通过光纤或电缆连接到服务器；
所述接收天线模块包括光纤外置天线、中继器和检测单元；光纤外置天线接收来自远程天线单元的信号，通过中继器与移动终端进行通信；检测单元用于实时监测列车的位置和速度以及铁轨的弯曲状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于波束赋形的分布式天线系统，其特征在于，移动终端选择最近的一个远程天线单元进行波束赋形；当移动终端和远程天线单元的连线与远程天线单元和铁路的垂线的夹角，超过满足系统的多普勒频移的最大角度时，采用多根远程天线单元联合进行波束赋形。
3.根据权利要求1所述的一种基于波束赋形的分布式天线系统，其特征在于，每个远程天线单元与光纤外置天线允许有一定范围的张角，不需要保持绝对的垂直。
4.根据权利要求1所述的一种基于波束赋形的分布式天线系统，其特征在于，所述远程天线单元按照区域进行划分，当列车进入特定区域范围内，区域内相应的远程天线单元被激活启动，其他区域内的远程天线单元处于休眠状态；每个区域采用一个云端和服务器进行管理。
5.根据权利要求1所述的一种基于波束赋形的分布式天线系统，其特征在于，所述远程天线单元可以是非均匀设置。
6.根据权利要求1所述的一种基于波束赋形的分布式天线系统，其特征在于，所述检测单元可以选择卫星定位系统或传感器。
7.根据权利要求1所述的一种基于波束赋形的分布式天线系统，其特征在于，波束赋形参数可以根据铁路结构与列车运行的较规则的特性预先进行计算，再调出使用；也可以采用信道估计方法实时获得信道参数后再确定波束赋形参数。
8.一种用于实现基于波束赋形的分布式天线系统的通信方法，其特征在于，当上下行信道为对称时，所述通信方法用于接收端在进行上行发射信号时与发射端在进行下行发射信号时的通信，具体步骤包括：
(1)当列车运行至某区域，启动该区域内的远程天线单元；
(2)通过检测单元获取列车的实时位置和速度信息，计算信道矩阵；
(3)根据获得的信道矩阵，计算相应的波束赋形因子；
(4)根据发射信号和波束赋形因子，计算波束赋形后的信号；
(5)重复步骤(2)-(4)，根据每个时刻的位置与速度信息，对波束赋形因子进行实时调整，直至达到动态波束赋形效果时停止。
9.根据权利要求8所述的一种基于波束赋形和分布式天线的通信方法，其特征在于，所述步骤(3)中，波束赋形因子的计算公式为：
WZF＝(HHH)-1HH
其中，H表示信道矩阵，HH表示H的厄米特矩阵。
10.根据权利要求9所述的一种基于波束赋形和分布式天线的通信方法，其特征在于，所述步骤(4)中，发射信号x进行波束赋形后的表达式为：
y＝PWZFx
其中，P表示每个远程天线单元的发射功率。
CN201910001683.5A 2019-01-02 2019-01-02 一种基于动态波束赋形的分布式天线系统及方法 Pending CN109698715A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910001683.5A CN109698715A (zh) 2019-01-02 2019-01-02 一种基于动态波束赋形的分布式天线系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910001683.5A CN109698715A (zh) 2019-01-02 2019-01-02 一种基于动态波束赋形的分布式天线系统及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109698715A true CN109698715A (zh) 2019-04-30

Family

ID=66232478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910001683.5A Pending CN109698715A (zh) 2019-01-02 2019-01-02 一种基于动态波束赋形的分布式天线系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109698715A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110535517A (zh) * 2019-07-11 2019-12-03 北京邮电大学 一种车车通信的波束成形计算方法及系统
CN113329415A (zh) * 2021-04-19 2021-08-31 中铁二院工程集团有限责任公司 一种管隧道内列车分布式天线系统的天线选择方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1941663A (zh) * 2005-09-30 2007-04-04 上海原动力通信科技有限公司 多天线信道复用的方法及波束赋形的方法
US20110319106A1 (en) * 2010-06-25 2011-12-29 Jong Bu Lim Method for grouping access points in high speed mobile environment and communication system using the method
CN106533525A (zh) * 2016-11-30 2017-03-22 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 一种轨道交通宽带移动通信系统及方法
CN106899984A (zh) * 2017-03-30 2017-06-27 武汉虹信通信技术有限责任公司 一种用于高速铁路的车载基站移动通信系统
CN107172630A (zh) * 2017-06-29 2017-09-15 电子科技大学 用于高铁的基于分布式波束成形毫米波覆盖方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1941663A (zh) * 2005-09-30 2007-04-04 上海原动力通信科技有限公司 多天线信道复用的方法及波束赋形的方法
US20110319106A1 (en) * 2010-06-25 2011-12-29 Jong Bu Lim Method for grouping access points in high speed mobile environment and communication system using the method
CN106533525A (zh) * 2016-11-30 2017-03-22 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 一种轨道交通宽带移动通信系统及方法
CN106899984A (zh) * 2017-03-30 2017-06-27 武汉虹信通信技术有限责任公司 一种用于高速铁路的车载基站移动通信系统
CN107172630A (zh) * 2017-06-29 2017-09-15 电子科技大学 用于高铁的基于分布式波束成形毫米波覆盖方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110535517A (zh) * 2019-07-11 2019-12-03 北京邮电大学 一种车车通信的波束成形计算方法及系统
CN113329415A (zh) * 2021-04-19 2021-08-31 中铁二院工程集团有限责任公司 一种管隧道内列车分布式天线系统的天线选择方法
CN113329415B (zh) * 2021-04-19 2023-01-31 中铁二院工程集团有限责任公司 一种管隧道内列车分布式天线系统的天线选择方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105813184B (zh) 增强网络信号的系统及其增强网络信号的方法
RU2020109571A (ru) Уменьшение помех от устройств, работающих на необычной высоте
CN102013905A (zh) 协同调度的方法及设备
KR101971392B1 (ko) 에너지 하베스팅 인지 라디오 네트워크에서의 주변 후방산란 통신 시스템 및 그것을 이용한 주변 후방산란 통신 방법
EP1246372A3 (en) Enhancement of transmit power control in CDMA based mobile communications systems
CN109698715A (zh) 一种基于动态波束赋形的分布式天线系统及方法
CN101755474A (zh) 无线通信系统及位置信息提供装置
CN102868029A (zh) 一种用于动中通散射的天线对准方法
CN104918328A (zh) 一种资源分配方法及基站控制器
Cacciapuoti et al. Software-defined network controlled switching between millimeter wave and terahertz small cells
CN102111196A (zh) 数据发送方法、装置及远程射频单元
CN105517158A (zh) 无线资源分配处理方法及装置
CN106211351B (zh) 一种雷达协同节点随遇接入方法
CN103002540A (zh) 基于ZigBee的车载物联网系统和路由接入方法
CN107708131A (zh) 一种lte通信进行海域网络覆盖的方法
CN107426707B (zh) 基于gis的船舶自适应带外无线组网方法
CN106797072A (zh) 接入节点、调度系统、基站及数据回传方法
CN113453189B (zh) 地铁天线系统、天线控制方法、网络侧设备及终端
KR20070121685A (ko) 통신 시스템과 통신 시스템을 동작하는 장치 및 방법
CN110351819B (zh) 一种无线电传输功率控制方法及装置
CN107819502A (zh) 一种波束训练的方法及装置
CN106772364A (zh) 一种坑道人员定位方法及装置
CN103580734B (zh) 天线控制方法与系统
CN107396314B (zh) 基于gis的船岸自适应带外无线组网方法
CN106672021B (zh) 一种轨道交通自动化系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190430

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication