CN110290498A - 一种基于5g技术的新型高铁通信系统 - Google Patents

一种基于5g技术的新型高铁通信系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于5G技术的新型高铁通信系统，其特征在于，包括沿高铁运输线设置的若干个地面基站和整个高铁列车作为一个移动基站的高铁移动基站以及高铁乘客携带的各种移动终端，基于5G技术的新型高铁通信系统采用两层架构方案，移动终端与高铁移动基站直接链接，高铁移动基站与地面基站直接无线链接。相对现有技术，本发明技术方案具有通信信号质量强、上网速度快、通话质量高等优点，并且还可实现精确定位，为高速移动场景下的高铁用户提供快速、优质的移动通信服务，提高高速移动场景下的高铁用户的QoS体验。

Description

一种基于5G技术的新型高铁通信系统
技术领域
本发明涉及高铁通信技术领域，特别涉及一种基于5G技术的新型高铁通信系统。
背景技术
高铁作为安全、舒适、便捷的交通工具，能够极大地提升出行人员的幸福指数，而且高铁列车速度提升和新型车厢的出现，给广大出行人员带来极大的便捷。与此同时，人们对高速环境下的高铁车厢内通信服务的种类和质量要求也逐渐提高，这样不仅要求能在高铁车上享受语音、短信服务，同时还可实现网页浏览、即时通讯、游戏视频等网络信息化服务，从而对高速环境下的高铁无线通信提出更为严苛要求。
由于应用场景和环境不同，高速环境下的高铁无线通信相比于普通的移动通信存在以下三个技术问题。第一，高速移动环境的多普勒频移效应明显增加，这样严重影响基站的解调性能，使用户的上网速率明显下降而严重影响用户感知；第二，高速移动环境下的移动终端穿越切换区的时间小于系统处理切换时间，容易出现脱网等网络问题而严重影响用户的正常使用；第三，高速移动环境下的无线信号穿透高铁车厢过程发生的损耗会随着车速的提升而增大，这样会导致掉话率、切换成功率和接入成功率等KPI指标发生变化，最终使网络性能严重下降。
针对高速环境的高铁无线通信所面临的上述问题，各大通信运营商以及科研机构陆续提出了高铁通信系统解决方案，主要包括基于卫星技术的解决方案、通用移动通信系统解决方案、长期演进(Long Time Evolution Advanced,LTE)通信方案等，其中LTE通信方案能够满足高速移动场景下高铁用户的基本使用需求，提高用户的移动通信服务质量体验，并能够支持3G和2G技术形成多模的网关，因此该通信方案备受青睐，但是在高速移动场景下，高铁车厢内的LTE网络依然面临着高铁列车车体损耗大、多普勒频移效应、移动终端切换时间极短等常规问题。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种通信信号质量强、上网速度快、通话质量高的基于5G技术的新型高铁通信系统，旨在为高速移动场景下的高铁用户提供快速、优质的移动通信服务，提高高速移动场景下的高铁用户的QoS体验。
为实现上述目的，本发明提出的一种基于5G技术的新型高铁通信系统，其特征在于，包括沿高铁运输线设置的若干个地面基站和整个高铁列车作为一个移动基站的高铁移动基站以及高铁乘客携带的各种移动终端，基于5G技术的新型高铁通信系统采用两层架构方案，移动终端与高铁移动基站直接链接，高铁移动基站与地面基站直接无线链接。因此本发明可避免现有技术中单一移动终端与地面基站的直接链接所存在的缺陷，并且还可对高铁列车的精准定位。
优选地，所述高铁移动基站包括接收端和发射端，接收端和发射端为完全分离结构且分别设置于高铁列车车体的两端，高铁移动基站的接收端和发射端分别与地面基站一对一进行链接。因此本发明完全区别于传统地面基站一对N的链接模式的单个地面基站同时与N个移动终端链接，从而可有效避免高速移动场景下信号高速传输时接收(Rx)和发射(Tx)间的干扰或耦合。
优选地，所述接收端和所述发射端以及所述地面基站均采用大规模天线MassiveMIMO技术。
优选地，所述移动终端与所述高铁移动基站之间以广义的WiFi或有线通信进行链接。由于高铁乘客大部分时间都坐在座位上，因此可直接使用有线通信方式进行连接。
优选地，若干个所述地面基站为等间距或非等间距设置。
优选地，所述高铁列车至少包括有8N节车厢，N为正整数，8节车厢为所述高铁移动基站最少安装单位。
本发明技术方案相对现有技术具有以下优点：
本发明技术方案所提出的新型高铁通信系统采用两层架构方案，即高铁列车整体作为一个移动基站与地面基站链接，高铁车厢内部采用广义的WiFi或有线(由于高铁乘客大部分时间都坐在座位上)进行覆盖，保障高铁列车移动基站与乘客的各类移动终端链接，避免单一移动终端与地面基站的直接链接。本发明技术方的新型高铁通信系统可有效改善由于高铁列车车体损耗大、移动终端切换时间极短而导致的高铁车厢内部通信信号质量差、上网速度慢、通话质量差的问题。
本发明技术方案高铁列车移动基站的接收端(Rx)和发射端(Tx)部分完全分离，可有效避免高速移动场景下信号高速传输时接收端(Rx)和发射端(Tx)间的干扰或耦合。
本发明技术方案的整个高铁列车整体作为一个移动基站，移动基站的接收(Rx)和发射(Tx)部分完全分离，并分别与地面基站进行链接，将传统地面基站一对N的链接模式变为一对一(地面基站与Rx或Tx链接)的链接模式。
本发明技术方案所提出的新型高铁通信系统中，地面基站和高铁移动基站的接收(Rx)/发射(Tx)部分均采用了大规模天线Massive MIMO技术，具有以下优点。第一，可以有效降低发射功率，从而降低发射机系统的功耗，提高功率效率；第二，天线的波束非常窄，可极大地降低自由空间中各种杂散信号的干扰；第三，可以充分利用空间这一维度的资源，在同一时间和频谱资源内为网络中不同的高铁列车移动基站提供与地面基站的链接；第四，降低了对周边基站的干扰；第五，多普勒频移效应是固定的，不会随着车速的提升明显增加，可有效改善由于高速移动场景下多普勒频移效应明显增加而导致的基站解调性能差、用户上网速度慢的问题。
本发明技术方案所提出的新型高铁通信系统，可实现高速移动场景下高铁列车的实时、精确定位。在高速移动场景下，由于高铁列车的运行速度非常快，这将极大地增加GPS定位信息更新的难度，特别是高铁列车在穿过城市高架桥底、山区密林、山地峡谷、隧道等场景的时候，GPS信号弱甚至没有信号，高铁列车将无法通过GPS实现定位。在本发明所提出的新型通信系统中，高铁列车整体作为移动基站与地面基站进行实时的车地通信，由于地面基站位置严格已知、高铁运行轨道走向严格已知、高铁运行车速严格已知，根据多普勒雷达原理，可以严格计算出高铁列车的实时位置，然后由高铁列车移动基站实时上传至地面基站并下传至高铁列车。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明基于5G技术的新型高铁通信系统的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种基于5G技术的新型高铁通信系统。
请参见图1，本发明实施例的基于5G技术的新型高铁通信系统包括若干个沿线设置的地面基站和整个高铁列车作为一个移动基站的高铁移动基站以及高铁乘客携带的各种移动终端，其中沿线设置的地面基站等间距或非等间距设置且采用大规模天线MassiveMIMO技术，高铁移动基站包括功能相互分离的接收端Rx以及发射端Tx，并且本实施例的接收端Rx以及发射端Tx都采用大规模天线Massive MIMO技术。
具体地，本实施例的新型高铁通信系统采用将16节车厢的高铁列车整体作为一个移动基站，接收端Rx和发射端Tx采用完全分离结构，并且接收端Rx和发射端Tx分别设置于高铁列车的两个端头。
由于高铁列车整车作为移动基站，高铁车厢内部通信采用广义WiFi的无线通信链接方式或有线链接方式，其中有线链接方式则可应用于大部分坐于座位的高铁乘客使用电子设备，通过上述技术方案能够保障高铁列车移动基站与地面基站之间可靠链接，以及高铁乘客所携带的各类移动终端的链接需求，最终满足高铁乘客所携带的各类移动终端的宽带业务需求。
本实施例提出的新型高铁通信系统通过采用两层架构方案，也就是将高铁列车整体作为一个移动基站与地面基站进行链接，而高铁车厢内部采用广义WiFi或者有线链接，保障高铁列车移动基站与乘客的各类移动终端链接，避免单一移动终端与地面基站的直接链接，因此本实施例的通信系统可有效改善由于高铁列车车体而造成通信损耗大、移动终端切换时间极短而导致高铁车厢内部通信信号质量差、上网速度慢、通话质量差的问题。
本实施例采用将整个高铁列车整体作为一个移动基站，接收端Rx和发射端Tx为完全分离结构，并分别与地面基站一对一进行链接(如图1所示，Tx与地面基站1链接，Rx与地面基站2链接)，因此将传统地面基站的一对N的连接模式变为一对一的连接模式，并且相互分离的接收端和发射端可有效避免高速移动场景下进行高速传输时，接收端Rx和发射端Tx发生干扰或者耦合现象。
另外本实施例技术方案提出的接收端Rx、发射端Tx以及地面基站均采用大规模天线Massive MIMO技术，具有以下优点，第一，可有效降低发射功率、降低发射机系统的功耗以及提高功率效率；第二，天线的波束非常窄，可极大地降低自由空间中各种杂散信号干扰；第三，可充分利用空间这一维度的资源，在同一时间和频谱资源内为网络中不同的高铁列车移动基站提供与地面基站的链接；第四，降低了对周边基站的干扰；第五，由于多普勒频移效应是固定，不会随着车速的提升明显增加，因此本实施可有效改善由于高速移动场景下多普勒频移效应明显增加而导致的基站解调性能差、用户上网速度慢的问题。
另外本实施例技术方案还可实现高速移动场景下，高铁列车实时和精确定位，在高速移动场景下，由于高铁列车的运行速度非常快，这将极大地增加GPS定位信息更新难度，特别对于高铁列车在穿过城市高架桥底、山区密林、山地峡谷、隧道等场景的时候，由于GPS信号弱或者没有信号，高铁列车将无法通过GPS实现定位。在本实施例技术方案中，高铁列车整体作为移动基站与地面基站进行实时的车地通信，由于地面基站位置严格已知、高铁运行轨道走向严格已知、高铁运行车速严格已知，根据多普勒雷达原理，可以严格计算出高铁列车的实时位置，然后由高铁列车移动基站实时上传至地面基站并下传至高铁列车。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于5G技术的新型高铁通信系统，其特征在于，包括沿高铁运输线设置的若干个地面基站和整个高铁列车作为一个移动基站的高铁移动基站以及高铁乘客携带的各种移动终端，基于5G技术的新型高铁通信系统采用两层架构方案，移动终端与高铁移动基站直接链接，高铁移动基站与地面基站直接无线链接。
2.如权利要求1所述的基于5G技术的新型高铁通信系统，其特征在于，所述高铁移动基站包括接收端和发射端，接收端和发射端为完全分离结构且分别设置于高铁列车车体的两端，高铁移动基站的接收端和发射端分别与地面基站一对一进行链接。
3.如权利要求2所述的基于5G技术的新型高铁通信系统，其特征在于，所述接收端和所述发射端以及所述地面基站均采用大规模天线Massive MIMO技术。
4.如权利要求3所述的基于5G技术的新型高铁通信系统，其特征在于，所述移动终端与所述高铁移动基站之间以广义的WiFi或有线通信进行链接。
5.如权利要求4所述的基于5G技术的新型高铁通信系统，其特征在于，若干个所述地面基站为等间距或非等间距设置。
6.如权利要求5所述的基于5G技术的新型高铁通信系统，其特征在于，所述高铁列车至少包括有8N节车厢，N为正整数，8节车厢为所述高铁移动基站最少安装单位。
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