[发明专利]面向高速铁路的LTE通信系统中的切换方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于列车无线通信技术领域，尤其涉及一种用于高速铁路的LTE通信系统中完成车内移动设备的切换的方法。

背景技术

随着高速铁路系统近年来在我国及其他亚洲国家的迅速发展，以及多媒体通信业务的增长，高速铁路中实时、大数据量、高传输速率的多媒体业务通信需求日益明显。因此对铁路无线通信系统的带宽、峰值速率等都提出更高要求。而传统的铁路专用全球无线通信系统GSM-R(Global System for Mobile Communications-Railway)仅可以提供简单文本、语音通信、列车控制信息通信，无法满足未来铁路通信的需求；而面向未来通信系统的LTE(Long Term Evolution)系统具有高达100Mbps的下行数据速率，支持语音和多媒体等多种业务，将成为未来铁路通信系统的基础，但现有的LTE系统在对高速铁路中的切换的支持等方面面临挑战。

LTE系统要求在120-350km/h下能够保持蜂窝网络的移动性。但由于铁路通信系统中的移动性(即切换过程)具有如下特性，现有LTE系统并不能对高速铁路系统中的切换过程提供良好支持：首先列车中大量处于连接状态的用户需要在几乎同时完成切换，而LTE同时仅支持200个处于激活状态的用户，列车中大量用户同时发生切换容易引起系统阻塞；其次，LTE系统在切换过程中，用户数据由源基站转发到目标基站，虽然可以保证数据无损，但产生了转发时延，而在列车通信系统中，列车控制信息和各种多媒体业务对服务质量(QoS)尤其是时延都有较高要求；此外列车的快速移动导致列车穿越小区时间缩短，切换频率提高，所允许的切换执行时间缩短。因此，研究LTE系统面向高速铁路的切换机制具有重要意义。

目前铁路通信系统主要采用GSM-R系统，为了解决高铁通信系统中的大量用户同时切换的问题，通常采用基于双层架构、双天线模型的切换机制，但并没有针对LTE系统的解决方案；专利申请(201010187154.8)设计了基于多车载台的切换方法，但无法直接用于LTE系统，需针对通信系统架构和特性进行方案、流程、信令等的设计。而且由于GSM-R系统仅支持语音和文本业务，基于GSM-R系统的铁路通信方案并没有考虑对多媒体业务的QoS保证。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供面向高速铁路的LTE系统中的切换方法，克服大量用户同时发生切换的问题、减少切换延迟，并保证切换时的服务质量。

一方面，本发明提供了一种面向高速铁路的LTE通信系统中的切换系统，所述系统包括车载中继站、源基站、目标基站、车头天线和车尾天线；其中，车头天线和车尾天线用于在车载中继站和基站之间建立连接以进行数据传输；车载中继站用于控制和管理列车内的用户设备的通信、控制车头天线和车尾天线，以及代替车厢内用户作为整体执行切换过程；源基站用于对车载中继站进行切换判决以及发起切换过程；目标基站用于对车载中继站进行接入控制。

上述切换系统中，还包括移动性管理实体和服务网关，用于共同负责在切换过程中以双播形式通过基站向车载中继站发送数据，所述双播是指将数据同时发送给源基站和目标基站。

另一方面，本发明提供了一种用于上述切换系统的切换方法，所述切换方法包括：

步骤1)源基站根据车载中继站发送的车头天线测量报告判断是否需要切换；

步骤2)若需切换，由车载中继站控制车头天线接入目标基站，同时车尾天线与源基站保持连接；

步骤3)车载中继站根据车尾天线测量报告判断车尾天线是否需要切换；

步骤4)若需切换，由车载中继站根据车头天线在目标基站中申请的资源，控制车尾天线接入目标基站。

上述切换方法中，所述步骤2)包括以下步骤：

21)若车头天线需要切换，由源基站选择目标基站并向其发送切换请求，所述切换请求中包含车载中继站所管理的列车内所有用户设备的信息；

22)目标基站收到切换请求后，进行接入控制；

23)如果允许接入，则生成切换命令并经由源基站将其转发给车载中继站；

24)车载中继站根据目标基站的切换命令设置车头天线的工作状态，断开车头天线与源基站的连接，建立车头天线与目标基站的连接。

上述切换方法中，所述步骤4)包括以下步骤：

41)车载中继站同时监测车头天线和车尾天线的通信质量，当车尾天线满足切换条件时，根据车头天线为车尾天线申请的资源配置车尾天线的工作状态，使车尾天线直接接入目标基站；