CN112954588B - 根据gps/bd定位实现高铁微分布设备增益控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种根据GPS/BD定位实现高铁微分布设备增益控制方法及系统，本发明在高铁微分布产品的功控方案中加入GPS/BD定位功能，通过MCU把GPS/BD的精确定位信息和室外基站信号转换成的电压信息进行对应，并拟合为本趟高铁的微分布RU设备的增益曲线，对RU设备提前预设时间执行ATT调节，实现正常情况下高铁微分布设备在车厢内部输出10dBm的稳定功率，保证车厢内部的稳定覆盖。

Description

根据GPS/BD定位实现高铁微分布设备增益控制方法及系统
技术领域
本发明属于增益控制领域，具体涉及一种根据GPS/BD定位实现高铁微分布设备增益控制方法及系统。
背景技术
众所周知，我们国家有目前世界上最发达的高速铁路网络，高速铁路以其“高速、便捷、舒适”等显著优势正逐渐成为人们出行的主要交通工具，高铁每小时可达200-300公里，拉近了城市之间的时间距离，彻底改变了我们的生活。可是，有一点却始终困扰着乘客，那就是高铁上面的手机信号难题。你经常会发现，手机信号很不稳定，时好时坏，甚至有时候干脆彻底无信号。就算运营商在高铁沿线都建立了基站，但因为一个基站的覆盖范围是有限的，同时高铁车厢的玻璃窗配备的是金属涂层，这些涂层也会阻碍电磁信号的进入，这也就导致了车厢内信号变差，信号不稳定。
目前，在高铁上采用的微分布设备来解决车厢内部信号问题，但由于高铁速度快，在运行过程中和基站距离变化快会引起设备内容增益调整滞后，导致微分布设备增益跳动大，带来车厢内部信号覆盖不稳定。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种根据GPS/BD定位实现高铁微分布设备增益控制方法及系统，实现车厢内部信号覆盖稳定。
为了达到上述目的，一种根据GPS/BD定位实现高铁微分布设备增益控制方法，包括数据采集阶段和增益控制阶段；
数据采集阶段包括以下步骤：
S101，高铁微分布设备内的GPS/BD模组实时提供高铁的定位信息；
S102，通过MCU将GPS/BD模组采集的定位信息与检波器将放大后的室外基站信号转换成的电压信息进行对应，并拟合为本趟高铁的微分布RU设备的增益曲线；
增益控制阶段包括以下步骤：
S201，根据本趟高铁的微分布RU设备的增益曲线，对RU设备提前预设时间执行ATT调节。
检波器将室外基站的定位信转换为电压信号进行发送。
GPS/BD模组采集的定位信息与检波器将放大后的室外基站信号转换成的电压信息对应后进行储存。
增益控制阶段使微分布设备在车厢内部的输出功率为10dBm。
预设时间是200ms。
一种根据GPS/BD定位实现高铁微分布设备增益控制方法的系统，包括GPS/BD频段的有源高增益天线G1、RU设备以及RU设备的天线G2，RU设备连接控制单元；
控制单元用于天线G1采集的定位信息与检波器将放大后的室外基站信号转换成的电压信息进行对应，并拟合为本趟高铁的微分布RU设备的增益曲线，并控制RU设备在预设时间执行ATT调节。
RU设备的增益为70dB，额定输出功率为10dBm。
与现有技术相比，本发明在高铁微分布产品的功控方案中加入GPS/BD定位功能，把GPS/BD的精确定位信息与检波器将放大后的室外基站信号转换成的电压信息进行对应，并拟合为本趟高铁的微分布RU设备的增益曲线，对RU设备提前预设时间执行ATT调节，实现正常情况下高铁微分布设备在车厢内部输出10dBm的稳定功率，保证车厢内部的稳定覆盖。
本发明的系统用于无线接入方式引入基站及GPS/BD信号，实现位置信息和基站信号转换成的电压信息的对应，经过多次收集对应后，将数据拟合成本趟高铁的微分布RU设备的增益曲线，并控制RU设备在预设时间执行ATT调节实现输出功率稳定在10dBm的曲线，这样车厢内部的应用终端接收到的天线G2的信号也是稳定的，达到车厢内部稳定覆盖。
附图说明
图1为本发明的应用示意图；
图2为本发明中高铁沿线基站之字分布示意图；
图3为未加入GPS/BD定位功能时天线G1接收到基站信号强度曲线图；
图4为高铁行驶过程中和基站信号空间损耗的示意图；
图5为未加入GPS/BD定位功能时天线G2输出功率强度曲线图；
图6为RU设备加入GPS/BD模组的功能框图；
图7为加入GPS/BD定位功能后，MCU根据Flash存储数据形成的RU设备增益曲线图；
图8为加入GPS/BD定位功能后，天线G2输出功率曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，一种根据GPS/BD定位实现高铁微分布设备增益控制方法，包括数据采集阶段和增益控制阶段；
数据采集阶段包括以下步骤：
S101，高铁微分布设备内的GPS/BD模组实时提供高铁的定位信息；
S102，通过MCU将GPS/BD模组采集的定位信息与检波器将放大后的室外基站信号转换成的电压信息进行对应后进行储存，并拟合为本趟高铁的微分布RU设备的增益曲线；
增益控制阶段包括以下步骤：
S201，根据本趟高铁的微分布RU设备的增益曲线，对RU设备提前预设时间执行ATT调节，使微分布设备在车厢内部的输出功率为10dBm。
一种根据GPS/BD定位实现高铁微分布设备增益控制方法的系统，包括GPS/BD频段的有源高增益天线G1、RU设备以及RU设备的天线G2，RU设备连接控制单元；
控制单元用于天线G1采集的定位信息与检波器将放大后的室外基站信号转换成的电压信息进行对应，并拟合为本趟高铁的微分布RU设备的增益曲线，并控制RU设备在预设时间执行ATT调节。
实施例：
参见图6，高铁微分布的RU设备中采用GPS/BD模组，通过耦合器1接收室外的GPS/BD信号。天线G1为有GPS/BD频段的有源高增益天线，外挂于高铁车厢信号最佳点，用于无线接入方式引入基站及GPS/BD信号。所述的耦合器1、LNA、SAW、ATT、PA、耦合器2采用手机平台通信模组，实现模拟信号的耦合及放大，专利所述的GPS/BD模组、MCU、Flash、检波器、运算放大器实现设备的功控。
高铁在高速行驶时，GPS/BD模组负责提供的精确定位信息，检波器负责把接收到室外的基站信号转为MCU可识别的电压信号、MCU负责把GPS/BD模组提供的定位信息及同时刻检波器转化的电压信号组成队列存入Flash，实现位置信息和基站信号对应的自学习，经过多次自学习后，图7是MCU把Flash内部存储的数据形成一条此趟高铁微分布RU设备的增益曲线。
有了MCU形成的此列高铁在经过沿线时RU设备的增益曲线，根据GPS/BD提供的精确定位信息，MCU会提前200ms执行ATT调减，RU设备增益和车厢外的基站信号同步放大或减小。图8是RU设备在加入GPS/BD定位功能后，实现输出功率稳定在10dBm的曲线，这样车厢内部的应用终端接收到的天线G2的信号也是稳定的，达到车厢内部稳定覆盖。
参见图2，对于直线轨道，相邻站点交错分布于铁路两侧，形成“之”字布局。设备RU的增益70dB，额定输出功率10dBm，高铁沿线基站发射功率为40dBm，天线挂高15m,当天线G1接收到的从基站来的信号强度达到-60dBm时，设备输出会达到额定功率10dBm，输入再增强时设备根据内部的功控功能生效，设备增益会压缩，从而保证设备输出功率额定为10dBm,但从设备内部功控是从检波器、MUC、运算放大器、ATT来处理的，处理过程需要200ms的时间，高铁以每小时350公里行驶时，200ms经过的距离约为19.4m。
高铁沿线大概1.5公里一个5G基站，由空间路径损耗计算运行过程中车厢在不同位置时天线G1接收信号强度差异：
[Lpach](dB)＝32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz)
式中Lpach为传输损耗，d为传输距离(GL1/GL2)，频率的单位MHz本文以3500MHz为例计算。
LGL1:空间距离为GL1时的传输损耗；
LGL2:空间距离为GL2时的传输损耗；
由图4可以看出天线G1接收到的从基站来的信号因不同入射角信号在空间损耗会不同，当基站信号垂直入射天线G1时，此时入射角为角度b，G1接收到的基站来的信号最强，当入射角为角度a时，G1接收到基站来的信号强度变弱。角度a时空间传输损耗LGL1约为100dB，角度b时空间传输损耗LGL2约为77dB，差值最大时候达到23dB。图3是高铁经过基站时天线G1接收到基站信号强度曲线。
传统的功控反馈环由检波器、MUC、运算放大器、ATT来处理的，衰减一次的处理过程需要200ms的时间，高铁以每小时350公里行驶时，200ms行驶的距离约为19.4m。图6是设备用传统功控方案，高铁经过基站时从驶入覆盖圈到驶出覆盖圈一个过程时，天线G2输出功率曲线，可以看出设备输出功率不稳定，最高输出功率和最低输出功率会相差5.5dB，无法实现车厢内部的稳定覆盖。
在RU设备内部通过耦合器1把GPS/BD信号传给GPS/BD模组，GPS/BD模组通过串口把精确的定位信息传给MCU存储到Flash，通过多次自学习算法，在行驶到不同路段时会调出里面存的设置设备增益信息，保证了设备能输出额定10dBm的功率，达到车厢内部稳定覆盖。图6是加入GPS/BD定位后高铁在行驶过程中天线G2输出功率曲线。

Claims (7)

1.一种根据GPS/BD定位实现高铁微分布设备增益控制方法，其特征在于，包括数据采集阶段和增益控制阶段；
数据采集阶段包括以下步骤：
S101，高铁内的GPS/BD模组实时提供高铁的定位信息；
S102将GPS/BD模组采集的定位信息与检波器将放大后的室外基站信号转换成的电压信息进行对应，并拟合为本趟高铁的微分布RU设备的增益曲线；
增益控制阶段包括以下步骤：
S201，根据本趟高铁的微分布RU设备的增益曲线，对RU设备提前预设时间执行ATT调节。
2.根据权利要求1所述的一种根据GPS/BD定位实现高铁微分布设备增益控制方法，其特征在于，检波器将放大后的室外基站信号转换为电压信号。
3.根据权利要求1所述的一种根据GPS/BD定位实现高铁微分布设备增益控制方法，其特征在于，GPS/BD模组采集的定位信息与检波器将放大后的室外基站信号转换成的电压信息对应后进行储存。
4.根据权利要求1所述的一种根据GPS/BD定位实现高铁微分布设备增益控制方法，其特征在于，增益控制阶段使微分布设备在车厢内部的输出功率为10dBm。
5.根据权利要求1所述的一种根据GPS/BD定位实现高铁微分布设备增益控制方法，其特征在于，预设时间是200ms。
6.权利要求1所述的一种根据GPS/BD定位实现高铁微分布设备增益控制方法的系统，其特征在于，包括GPS/BD频段的有源高增益天线G1、RU设备以及RU设备的天线G2，RU设备连接控制单元；
控制单元用于天线G1采集的定位信息与室外基站信号转换成的电压信息进行对应，并拟合为本趟高铁的微分布RU设备的增益曲线，并控制RU设备在预设时间执行ATT调节。
7.根据权利要求6所述的一种根据GPS/BD定位实现高铁微分布设备增益控制方法的系统，其特征在于，RU设备的增益为70dB，额定输出功率为10dBm。
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