CN110290501B - 考虑故障情况的真空管内车地通信系统无线覆盖补强方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种考虑故障情况的真空管内车地通信系统无线覆盖补强方法。该方法包括：采用多个连续无缝布设的漏泄波导段作为真空管内车地通信系统的无线传输媒质，在一个小区内设置一个BBU和多个RRU，各个BBU之间通过光纤连接，BBU控制沿管道线状部署的多个RRU，同小区内多个RRU的频点相同；将每个RRU通过功分器连接到相邻的两段漏泄波导，一段漏泄波导的两端与相邻的两个RRU相连，形成小区内的RRU的冗余覆盖，每个小区边界的一段漏泄波导与相邻两个小区的边界RRU相连，形成小区间的无线覆盖重叠区。本发明实施例的方法可以使得列车在真空高速环境下能够高可靠、不中断通信，并且减少越区切换的时间，提高切换的成功率。

Description

考虑故障情况的真空管内车地通信系统无线覆盖补强方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种考虑故障情况的真空管内车地通信系统无线覆盖补强方法。
背景技术
自从18世纪被提出，真空管道运输(Evacuated Tube Transportation，ETT)的概念吸引了无数研究者和工程师，虽然已提出的几项ETT的关键技术都离成熟实用尚远，关于ETT各方面的共识在逐渐形成。例如，假设真空管道系统可实现，那么地下隧道或地面金属管道在很大程度上可把极端天气及周围电磁环境隔离，这将可能带来许多优点，如高速、安全、能源效率高和环境保护，从而满足快速发展的社会对更大运输能力和更短旅行时间的日益增长的需求。车辆运行控制系统是实现安全、高效的超高速交通的核心，无线电系统作为运行控制系统的一部分，应能提供车载运行控制系统设备和地面固定设备之间的双向数据连接，使得车地之间能及时、可靠地交换操作控制数据、牵引系统的数据、诊断数据、旅客信息系统数据，以及磁浮车辆和控制中心之间的语音通信等信息。目前公布的相关文献中，对ETT系统中的通信设施虽有提及，但很少给出具体设计方案。
越区切换是指当移动台在呼叫进行过程中，从一个服务小区移动到另一个服务小区，或者由于外界干扰而造成通话质量下降时，必须改变原有的话音信道而转接到一条新的空闲话音信道上，以维持呼叫继续进行的过程。当通信终端不通信时就不需要切换。
在真空环境下，行驶环境比较稳定，列车以高速行驶，高速列车穿越两个相邻基站重叠区的时间非常短暂，这要求列车越区切换要在特别短的时间内触发并保证成功概率。相对于静止状态下或低速移动状态下的通信，高速铁路环境下的通信面临着更多的挑战，列车的速度越高，对通信的影响也就越大，如频繁的切换、严重的多普勒频移和穿透损耗等。因此,如何保证真空中高速列车的切换成功率面临着很大的挑战。
发明内容
本发明实施例提供了一种考虑无线覆盖故障情况下覆盖补强及切换方法，以克服在真空管高速环境下高速列车可靠通信和快速越区切换问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种考虑故障情况的真空管内车地通信系统无线覆盖补强方法，包括：
采用多个连续无缝布设的漏泄波导段作为真空管内车地通信系统的无线传输媒质，在一个小区内设置一个基带处理单元BBU和多个远端射频单元RRU，各个BBU之间通过光纤连接，BBU控制沿管道线状部署的多个RRU，同小区内多个RRU的频点相同；
将每个RRU通过功分器连接到相邻的两段漏泄波导，一段漏泄波导的两端与相邻的两个RRU相连，形成小区内的RRU的冗余覆盖，每个小区边界的一段漏泄波导与相邻两个小区的边界RRU相连，形成小区间的无线覆盖重叠区。
优选地，所述的方法还包括：在相邻小区采用不同载波频率。
优选地，所述的方法还包括：给每个边界RRU配备一个备用RRU，该备用RRU由本小区的BBU通过射频开关来控制。
优选地，所述的方法还包括：每个BBU通过光纤与运行方向前方两个BBU相连；沿列车行驶方向，每个BBU与后方相邻BBU控制的三个RRU通过光纤相连，每个BBU利用射频开关对与其相连的RRU进行控制。
优选地，所述真空管内车地无线通信系统的越区切换方法包括两个阶段：预切换阶段和切换阶段；
所述预切换阶段包括：每个小区内最后两个RRU之间称为预切换区间，辅助定位设备放置在预切换区间的入口处，BBU通过辅助定位设备来获取列车的位置信息，目标小区的BBU得知列车进入预切换区间后，对所述列车进行准入控制，并向服务小区BBU发送预切换请求，服务小区BBU收到预切换请求之后，向目标小区的BBU发送预切换确认应答并完成预切换；
所述切换阶段包括：当前服务小区BBU测量来自列车的接收信号强度指示RSSI值，当来自列车的RSSI值低于设定的阈值时，网络侧发起列车的到目标小区的切换。
优选地，所述真空管内车地无线通信系统的设备故障情况下越区切换方法包括：
当小区内部的RRU发生故障时，利用小区内冗余覆盖的正常RRU提供连续的无线覆盖；
当边界RRU发生故障时，在小区内启动备用RRU来代替故障RRU，保障重叠区内的正常越区切换；
当BBU发生故障时，故障BBU前后方的相邻BBU通过光纤监测到故障的发生，沿列车运行方向，故障BBU的前方BBU开启射频开关来接管与其相连的故障BBU控制的RRU，进行覆盖补强，并与后方服务BBU相连完成切换功能，故障BBU控制下的RRU采用新接管BBU的频段。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例的方法可以使得列车在真空高速环境下能够高可靠、不中断通信，并且减少越区切换的时间，提高切换的成功率。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
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的附图。
图1为本发明实施例提供的一种考虑故障情况的真空管内车地通信系统无线覆盖补强方法的应用场景示意图；
图2为本发明实施例提供的一种正常情况下真空管内部系统无线覆盖图；
图3为本发明实施例提供的一种内部RRU故障情况下真空管内部信号覆盖情况图；
图4为本发明实施例提供的一种边缘RRU故障情况下真空管内部信号覆盖情况图；
图5为本发明实施例提供的一种BBU故障情况下真空管内部信号覆盖情况图；
图6为本发明实施例提供的一种切换信令流程图；
图7为本发明实施例提供的一种切换过程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本发明实施例提出了一种考虑故障情况的真空管内车地通信系统无线覆盖补强方法，该方法的应用场景示意图如图1所示，采用连续无缝布设的漏泄波导段作为无线传输媒质，每个小区设有一个BBU(Base band Unite，基带处理单元)，各个BBU通过光纤连接并控制沿管道线状部署的多个RRU(Remote Radio Unit，远端射频单元)，同一小区的RRU使用相同频点。每个RRU通过功分器与相邻的两段漏泄波导相连，每一段漏泄波导又与相邻的两个RRU相连，从而实现了小区内相邻RRU冗余覆盖。
每个BBU通过光纤与运行方向前方两个BBU相连，每个小区边界处的一段漏泄波导与相邻BBU控制下的两个小区边界RRU相连，形成小区间的无线覆盖重叠区，越区切换应在这一段小区间的无线覆盖重叠区内完成。
每个边界RRU配备一个备用RRU，由本小区BBU通过射频开关开控制。沿列车行驶方向，每个BBU与后方相邻BBU控制的三个RRU通过光纤相连并由射频开关来控制。若一BBU发生故障，前方相邻BBU会接管故障BBU负责的所有RRU，进行无线覆盖补强。
每个BBU控制三个RRU且采用三频制的系统无线覆盖示意图如图2所示。设备正常工作情况下，每三个相邻小区分别采用频率资源f1、f2或f3。
考虑的故障分两类：RRU故障和BBU故障。本实施例考虑的故障情况为相邻的三个小区中当且仅当只有一个BBU或RRU发生故障。RRU故障又分为小区内部RRU故障和小区边界RRU故障。小区内部的RRU发生故障的情况如图3所示。由于两个相邻RRU连接到同一段漏泄波导上，即使其中一个RRU发生故障，另一端的RRU也会提供信号，达到覆盖要求。边界RRU故障的情况如图4所示。这时会影响重叠区的无线覆盖，因此需要启动相应的备用RRU代替故障RRU，实现正常切换。BBU故障的情况如图5所示。当BBU2发生故障时，BBU3接管BBU2的功能，开启射频开关开始控制BBU2的三个RRU，进行覆盖补强，并与BBU1相连完成切换等功能。这时BBU3控制6个RRU，同时使用其频段f3，小区内部无需切换。
本发明实施例提出的切换方法的信令流程如图6所示，包括两个阶段：预切换和切换。
预切换阶段。在如图7的切换过程中，一个BBU1控制三个RRU，三个RRU线性分布于真空管内部，依次为RRU1.1、RRU1.2、RRU1.3。所有的RRU处于同时工作的状态，同小区的两个RRU之间不需要切换。RRU1.2与RRU1.3之间称为预切换区间，辅助定位设备放置在预切换区间的入口处。BBU可通过辅助定位设备来定位列车，判断列车是否进入预切换区间。辅助定位设备可采用查询地面应答器，地面查询器位于预切换区间的入口处，通过光纤与相邻BBU1、BBU2与BBU3相连，与BBU3相连的光纤只有在BBU2故障情况下正常工作，列车底部装有车载应答器，车载应答器储存特定的列车信息，平时处于休眠状态，当列车经过地面查询器时，车载应答器会被激活并发射预置数据，从而使相邻BBU都可以获得列车的位置信息。当列车进入预切换区间时，地面查询器会发送信号给BBU1与BBU2，通知BBU1与BBU2列车已进入预切换区间。服务小区BBU1和目标小区BBU2得知列车已进入预切换区间后，BBU2对列车进行准入控制，由于真空管内列车行驶速度较快，出于安全考虑，相邻三个小区内只会行驶一辆列车，因此目标BBU进行简化的准入控制。完成准入控制后BBU2向BBU1发送请求来告知已根据准入控制算法判定本次列车可以进行预切换，BBU1收到请求之后发送预切换确认应答并完成预切换。
切换阶段。真空管内信号分布相对稳定，信号波动较小，因此可以采用网络控制切换的方法。完成预切换后，BBU1通过测量RSSI(Received Signal Strength Indication，接收信号强度指示)来监测来自列车的信号强度。随着预切换的完成，目标小区已定，网络侧不需要连续不断的监视周边小区报告的信号强度来选择最优目标小区，只需要监测目标小区的参数，因此比传统的切换方案快得多。当BBU1测量的参数低于切换阈值时，网络侧发起到BBU2的切换。切换全由网络侧发起，由网络侧完成。由于目标小区始终处于空闲模式，目标小区的无线资源可以全部为列车所利用，不存在拥塞的情况，可以提高切换成功率。
考虑RRU故障情况。当内部RRU发生故障时，由于相同小区内RRU的冗余覆盖，即使其中一个RRU发生故障，另一端的RRU也会提供信号，达到覆盖要求；边界RRU发生故障时，由于备用RRU的存在也会达到连续覆盖的要求，因此不管内部RRU故障或者边缘RRU故障都能做到连续覆盖，都不会影响预切换与切换阶段，切换方案与正常情况相同。
考虑BBU故障情况。当目标小区BBU2发生故障时，BBU1与BBU3通过对相连光纤监测得知BBU2故障后，BBU3进行覆盖补强，并激活与定位设备相连的光纤获取列车的位置信息，完全接管BBU2的工作，BBU1也与BBU3进行切换交接，后续切换过程与正常情况相同。
综上所述，本发明实施例的考虑无线覆盖故障情况下覆盖补强及切换方法具有如下优势：
当某一个BBUn故障时，相邻BBUn+1获知BBUn发生故障后，开启射频开关与故障BBUn的RRU相连，进行覆盖补强，防止通信中断。这时相邻BBUn+1的覆盖范围就会变大。
当其中某一个内部RRU故障时，漏泄波导仅失去一端的输入信号，另一端的信号仍可以满足正常覆盖，从而实现了冗余覆盖，即使在故障情况下也能做到通信的不中断；当其中一个边缘RRU故障时，采用备用RRU，保障信号的连续覆盖。真空环境下，一旦设备发生故障就很难进行及时的维修，因此这种覆盖补强方法尤为重要。
真空管道内列车的行驶速度极快，采用预切换和网络侧控制的切换的方式，减少越区切换的时间，提高切换的成功率。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
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揭露的技术范围内，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的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种考虑故障情况的真空管内车地通信系统无线覆盖补强方法，其特征在于，包括：
采用多个连续无缝布设的漏泄波导段作为真空管内车地通信系统的无线传输媒质，在一个小区内设置一个基带处理单元BBU和多个远端射频单元RRU，各个BBU之间通过光纤连接，BBU控制沿管道线状部署的多个RRU，同小区内多个RRU的频点相同；
将每个RRU通过功分器连接到相邻的两段漏泄波导，一段漏泄波导的两端与相邻的两个RRU相连，形成小区内的RRU的冗余覆盖，每个小区边界的一段漏泄波导与相邻两个小区的边界RRU相连，形成小区间的无线覆盖重叠区；
给每个边界RRU配备一个备用RRU，该备用RRU由本小区的BBU通过射频开关来控制；
每个BBU通过光纤与运行方向前方两个BBU相连；沿列车行驶方向，每个BBU与后方相邻BBU控制的三个RRU通过光纤相连，每个BBU利用射频开关对与其相连的RRU进行控制；
所述真空管内车地无线通信系统的越区切换方法包括两个阶段：预切换阶段和切换阶段；
所述预切换阶段包括：每个小区内最后两个RRU之间称为预切换区间，辅助定位设备放置在预切换区间的入口处，BBU通过辅助定位设备来获取列车的位置信息，目标小区的BBU得知列车进入预切换区间后，对所述列车进行准入控制，并向服务小区BBU发送预切换请求，服务小区BBU收到预切换请求之后，向目标小区的BBU发送预切换确认应答并完成预切换；
所述切换阶段包括：当前服务小区BBU测量来自列车的接收信号强度指示RSSI值，当来自列车的RSSI值低于设定的阈值时，网络侧发起列车的到目标小区的切换；
当小区内部的RRU发生故障时，利用小区内冗余覆盖的正常RRU提供连续的无线覆盖；
当边界RRU发生故障时，在小区内启动备用RRU来代替故障RRU，保障重叠区内的正常越区切换；
当BBU发生故障时，故障BBU前后方的相邻BBU通过光纤监测到故障的发生，沿列车运行方向，故障BBU的前方BBU开启射频开关来接管与其相连的故障BBU控制的RRU，进行覆盖补强，并与后方服务BBU相连完成切换功能，故障BBU控制下的RRU采用新接管BBU的频段。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：在相邻小区采用不同载波频率。
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