[发明专利]一种高速列车无线频谱接入方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域的无线频谱接入技术，具体涉及一种高速列车无线频谱接入方法。

背景技术

高速列车，例如：飞机和高速火车，将在人们的生活中扮演越来越重要的角色。高速列车上的乘客将需要更多的宽带无线多媒体服务，因此，宽带无线通信技术将是高速列车的必备技术之一。然而，基于高速列车的宽带无线通信面临着一个严峻的挑战便是频谱资源匮乏问题。近些年来，人们发现电视信道的频谱利用率很低，并考虑在不影响电视用户的情况下，利用空闲的电视信道进行接入通信。为了不对电视用户产生干扰，高速列车只能接入当前电视用户没有使用的信道。并且，不同的高速列车之间也不能产生干扰。如果多个高速列车随机的接入电视信道，不但不能保证不影响电视用户，还会严重影响空闲信道的利用率。所以，如何调度多个高速列车接入合适的空闲信道，从而提高空闲信道利用率，是一个很重要的问题。目前，还没有调度高速列车接入合适空闲频谱的方法。

发明内容

本发明提供一种利用空闲电视信道的高速列车无线频谱接入方法，在不影响电视用户的情况下，实现了高速列车的无线网络通信，并能显著提高空闲电视频谱利用率。

一种高速列车无线频谱接入方法，将通信时间进行时隙划分，将目标频带进行信道划分，包括下述步骤：

(1)初始化步骤：各高速列车将当前时隙自身的地理位置坐标和频谱需求发送给高速列车基站，各电视塔将自身的地理位置坐标和占用信道发送给高速列车基站；

(2)计算可用信道列表步骤：高速列车基站根据各高速列车的地理位置坐标以及各电视塔的地理位置坐标和占用信道，在保证电视塔不被干扰条件下确定每个高速列车可使用的电视塔的占用信道；

(3)判定高速列车干扰步骤：高速列车基站根据各高速列车的地理位置坐标，判定间距小于安全通信距离的任意两个高速列车之间存在潜在干扰；

(4)信道分配步骤：高速列车基站依据各高速列车的可用频谱列表对各高速列车进行可用信道分配，得到多个高速列车信道分配组合，将其中存在两个高速列车被分配同一频段且两者之间有潜在干扰的高速列车信道分配组合剔除，在剔除后的高速列车信道分配组合中选出所有高速列车被分配的信道数总和最大的组合为最佳信道分配结果；

(5)通信步骤：高速列车基站将最佳信道分配结果发送给各高速列车，各高速列车在当前时隙内利用最佳信道分配结果指定的信道进行通信。

本发明根据高速列车的地理位置、频谱需求，以及电视塔的地理位置和所使用的信道，在每个时隙以最优调度矩阵调度高速列车接入空闲电视信道。与高速列车随机接入空闲电视信道的方法相比，本发明能提高空闲电视频谱利用率。在具体给定的参数条件下，随机方法的频谱利用率达到51.667％，利用本发明求解的最优调度向量，频谱利用率达到93.333％，频谱利用率提高了约42％；有效提高空闲电视频谱利用率。

附图说明

图1是本发明系统框图；

图2是本发明的求解过程的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明：

如图1所示，本发明包括初始化步骤、计算可用信道列表步骤、计算高速列车相互干扰步骤和计算最优调度矩阵步骤。

本发明将通信时间划分为时隙，将目标频带平均划分为N个信道，一般N为1～1000000，包括下述步骤：

一.初始化步骤：各高速列车将当前时隙自身的地理位置坐标、频谱需求发送给高速列车基站。各电视塔将自身地理位置坐标、自身占用信道发送给高速列车基站。

二.计算可用信道列表步骤：高速列车基站根据各高速列车将当前时隙自身的地理位置坐标、运动速度和方向，以及各电视塔将自身地理位置坐标、自身占用信道，分别计算出可以被各高速列车使用的信道列表，计算方法如下：令m表示其中任意一个高速列车，n表示其中任意一个信道，则

其中，表示高速列车m可以使用信道n，表示高速列车m不可以使用信道n，表示电视塔P_l的通信半径，表示电视塔P_l的被感知半径，表示高速列车的干扰半径，表示电视塔P_l和高速列车m在当前时隙内的最短距离，表示使用信道n的电视塔集合。

三.计算高速列车相互干扰步骤：高速列车基站根据各高速列车将当前时隙自身的地理位置坐标、运动速度和方向，计算出任意两个高速列车之间是否存在干扰，计算方法如下：