CN114285442A - 一种基于列车位置触发的波束跟踪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于列车位置触发的波束跟踪方法，包括基于车载终端的位置定位模块获取实时位置；车载终端将位置信息和终端波束端口ID发给地面基站；地面基站将车载终端发来的位置信息、终端波束端口ID以及建立链路的基站波束端口ID汇总到基站控制单元；基站控制单元根据建链成功的基站波束端口ID，控制从该波束端口发送基站位置信息和基站波束端口ID给车载终端；车载终端将地面基站发来的位置信息、基站波束端口ID以及建链成功的终端波束端口ID汇总到终端控制单元；终端控制单元、基站控制单元根据终端和基站的位置进行解算，实时调整终端和基站对应波束端口的波束指向。本发明基于列车位置实时调整车载终端和终端基站波束指向，实现波束跟踪。
Description
技术领域
本发明是一种基于列车位置触发的波束跟踪方法，属于通信技术领域。
背景技术
近年来，以地铁、高速铁路、磁悬浮列车为代表的轨道交通快速发展，提升了社会经济发展水平。在轨道交通系统中，通过在列车和地面建立无线通信链路，实现车辆牵引、运行控制等业务数据的交互，列车指挥控制系统根据传输的业务数据对列车进行控制，为列车的安全行驶提供重要保障。车地无线通信系统在轨道沿线架设基站，在列车架设终端。列车在行驶过程中为保证车载终端和地面基站的通信链路稳定，需要确保地面基站对车载终端的全线路覆盖。
然而，随着轨道交通新基建的需求，未来可预期的范围将从地貌平坦的中原地区延伸到地形环境更复杂的偏远地区。轨道的建设为适应复杂地形环境，轨道在特定区域不可避免呈现弯道和上下坡的形态。当列车在轨道上行驶到地形复杂的区域时，列车指挥控制系统对列车的实时精准控制非常关键，车载终端和地面基站的持续稳定建链也提出了更加严苛的要求。
车载终端和地面基站的通信建链与车载终端和地面基站对应波束的波束指向关系密切相关。传统的固定波束天线因其波束方向不可调节，当列车进入复杂地形区域，尤其是轨道出现弯道和上下坡时，车载终端和地面基站的波束方向存在偏差，导致车载终端和地面基站的通信建链困难，从而不能持续稳定地为列车的安全行驶提供无线链路保障。因此，需要一种能够实时调整车载终端与地面基站波束指向的波束跟踪方法，从而能够有效避免因轨道环境复杂性造成通信建链困难的问题，因此在复杂地形环境下能够满足车地无线通信系统更高的可靠性和安全性要求。
发明内容
本发明提出的是一种基于列车位置触发的波束跟踪方法，采用列车位置作为依据，可通过灵活的波束切换，实时调整车载终端和地面基站的波束指向，实现车载终端和地面基站的波束跟踪，以解决因轨道环境复杂性引起的车载终端和地面基站波束偏差而造成通信建链困难的问题。
本发明的技术解决方案：一种基于列车位置触发的波束跟踪方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步，基于车载终端的位置定位模块获取实时位置；
位置定位模块主要是完成车在行驶过程中动态位置信息的获取，具体实现方式采用多种模式并存的方式。如GPS、北斗、列车定位系统等，多种模式并存的优势是可以综合发挥各模式的优势，扩大应用场景的范围。如在隧道场景下没有卫星导航信号，可采用列车定位系统提供车载终端的实时位置。
第二步，车载终端将位置信息和终端波束端口ID发给地面基站；
车载终端通过无线链路将位置信息和终端波束端口ID发给在通信范围内的地面基站，与车载终端建立链路的地面基站获取终端的实时位置。
第三步，地面基站将车载终端发来的位置信息、终端波束端口ID以及建立链路的基站波束端口ID汇总到基站控制单元；
第四步，基站控制单元根据建链成功的基站波束端口ID，控制从该波束端口发送基站位置信息和基站波束端口ID给车载终端；
第五步，车载终端将地面基站发来的位置信息、基站波束端口ID以及建链成功的终端波束端口ID汇总到终端控制单元；
第六步，终端控制单元、基站控制单元根据终端和基站的位置进行解算，实时调整终端和基站对应波束端口的波束指向。
本发明的有益效果：
本发明的基于列车位置触发的波束跟踪方法，通过位置和建立链路的波束端口实现车载终端和地面基站信息的共享，从而将车载终端和地面基站对应的波束进行锁定，并根据列车的实时位置将车载终端和地面基站进行波束指向的调节以实现波束对准，达到波束跟踪的目的。能够有效解决列车进入复杂地形区域车载终端和地面基站的波束偏差造成通信建链困难的问题，提高了车地无线通信系统的可靠性和安全性。
附图说明
图1所示为本发明实施例中的车地无线通信系统架构示意图；
图2所示为本发明实施例中的波束跟踪方法的流程图；
图3所示为本发明实时例中的波束跟踪应用场景图1；
图4所示为本发明实时例中的波束跟踪应用场景图2。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案进一步说明
如图1所示，给出了本发明实施例中的车地无线通信系统架构示意图。车地无线通信系统包括车载终端、地面基站天线以及终端、基站控制单元。车载终端和地面基站天线采用双向波束的相控阵天线，终端、基站控制单元主要完成相控阵天线控制和波束指向配置的功能。
如图2所示，给出了本发明实施例中的基站切换方法的流程图，具体步骤如下：
21、基于车载终端的位置定位模块获取实时位置；
位置定位模块主要是完成车在行驶过程中动态位置信息的获取，具体实现方式采用多种模式并存的方式。如GPS、北斗、列车定位系统等，多种模式并存的优势是可以综合发挥各模式的优势，扩大应用场景的范围。如在隧道场景下没有卫星导航信号，可采用列车定位系统提供车载终端的实时位置。
具体来说，列车上仅有一个车载终端，通过位置定位模块获取车载终端的实时位置。
22、车载终端将位置信息和终端波束端口ID发给地面基站；车载终端通过无线链路将位置信息和终端波束端口ID发给在通信范围内的地面基站，与车载终端建立链路的地面基站获取终端的实时位置。
具体来说，车载终端通过双向波束天线与在通信范围内的地面基站建立通信链路，建链成功的地面基站获取车载终端的实时位置和发送该位置信息的终端波束端口ID。
23、地面基站将车载终端发来的位置信息、终端波束端口ID以及建立链路的基站波束端口ID汇总到基站控制单元；
具体来说，与车载终端建链成功的地面基站，将车载终端发来的位置信息、终端波束端口ID以及建立链路的基站波束端口ID汇总到基站控制单元。基站控制单元获取车载终端的实时位置，并根据发送位置信息的终端波束端口ID以及与之建立链路的基站波束端口ID锁定执行后续波束跟踪操作的车载终端和地面基站的波束端口对应关系。
24、基站控制单元根据建链成功的基站波束端口ID，控制从该波束端口发送基站位置信息和基站波束端口ID给车载终端；
具体来说，基站控制单元在对应地面基站与车载终端建链成功的基础上，根据建链成功的基站波束端口ID，从该波束端口发送基站位置信息和基站波束端口ID给对应建链的车载终端；
25、车载终端将地面基站发来的位置信息、基站波束端口ID以及建链成功的终端波束端口ID汇总到终端控制单元；
具体来说，在22已与车载终端建链成功的地面基站，根据通信链路的互易性，将与车载终端再次建链成功。地面基站将车载终端发来的位置信息、基站波束端口ID以及建立链路的终端波束端口ID汇总到终端控制单元。终端控制单元获取建链成功的地面基站的位置信息，并根据发送位置信息的基站波束端口ID以及与之建立链路的终端波束端口ID锁定执行后续波束跟踪操作的车载终端和地面基站的波束端口对应关系。
26、终端控制单元、基站控制单元根据终端和基站的位置进行解算，实时调整终端和基站对应波束端口的波束指向；
具体来说，终端控制单元、基站控制单元已获取车载终端和地面基站的位置信息，并已锁定执行波束跟踪操作的车载终端和地面基站的波束端口对应关系。通过对车载终端和地面基站的位置信息进行解算，终端控制单元、基站控制单元分别获得使二者波束对准的目标波束指向，并对终端和基站对应波束端口进行波束指向的配置，完成车载终端和地面基站的波束跟踪。
下面将结合附图3-附图4，对本发明的具体实施例进行详细描述。
如图3所示，列车在弯道或上下坡形态的轨道上行驶，车载终端在地面基站n和地面基站n+1之间。车载终端向地面基站发送实时位置信息，终端波束端口1#与基站n波束端口2#建立链路，终端波束端口2#与基站n+1波束端口1#建立链路。基站n波束端口2#和基站n+1波束端口1#也分别向车载终端发送位置信息。终端、基站控制单元锁定终端波束端口1#与基站n波束端口2#、终端波束端口2#与基站n+1波束端口1#为波束对应关系，且终端控制单元获得地面基站n和地面基站n+1的位置信息，基站控制单元获得车载终端的位置信息。
如图4所示，车载终端的终端控制单元根据终端波束端口1#与基站n波束端口2#的波束对应关系，并结合车载终端和地面基站n的位置解算出当波束对准时终端波束端口1#的波束指向；同理，根据终端波束端口2#与基站n+1波束端口1#的波束对应关系，并结合车载终端和地面基站n+1的位置解算出当波束对准时终端波束端口2#的波束指向。
地面基站n的基站控制单元根据基站n波束端口2#与终端波束端口1#的波束对应关系，并结合地面基站n和车载终端的位置解算出当波束对准时基站n波束端口2#的波束指向。
地面基站n+1的基站控制单元根据基站n+1波束端口1#与终端波束端口2#的波束对应关系，并结合地面基站n+1和车载终端的位置解算出当波束对准时基站n+1波束端口1#的波束指向。
车载终端和建立链路的地面基站根据波束对应关系，基于列车位置实时调整各自的波束指向，完成位置触发的波束跟踪。
以上所述仅为本发明的示例性实施例，并非因此限制本发明专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于列车位置触发的波束跟踪方法，其特征是包括如下步骤：
（1）基于车载终端的位置定位模块获取实时位置；
（2）车载终端将位置信息和终端波束端口ID发给地面基站；
（3）地面基站将车载终端发来的位置信息、终端波束端口ID以及建立链路的基站波束端口ID汇总到基站控制单元；
（4）基站控制单元根据建链成功的基站波束端口ID，控制从该波束端口发送基站位置信息和基站波束端口ID给车载终端；
（5）车载终端将地面基站发来的位置信息、基站波束端口ID以及建链成功的终端波束端口ID汇总到终端控制单元；
（6）终端控制单元、基站控制单元根据终端和基站的位置进行解算，实时调整终端和基站相应波束端口的波束指向。
2.根据权利要求1所述的一种基于列车位置触发的波束跟踪方法，其特征是所述步骤（1）基于车载终端的位置定位模块获取实时位置中，位置定位模块获取车在行驶过程中的动态位置信息，采用GPS、北斗、列车定位系统多种模式并存的方式。
3.根据权利要求1所述的一种基于列车位置触发的波束跟踪方法，其特征是所述步骤（2）车载终端将位置信息和终端波束端口ID发给地面基站中，车载终端通过无线链路将位置信息和终端波束端口ID发给在通信范围内的地面基站，与车载终端建立链路的地面基站获取终端的实时位置。
4.根据权利要求1所述的一种基于列车位置触发的波束跟踪方法，其特征是所述车载终端、地面基站天线以及终端、基站控制单元构成车地无线通信系统；车载终端和地面基站天线采用双向波束的相控阵天线，终端、基站控制单元完成相控阵天线控制和波束指向配置的功能。
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