[发明专利]基于多普勒信道特性的天线辐射方向图自适应方法

说明书

本发明涉及一种基于多普勒信道特性的天线辐射方向图自适应方法，包括：步骤S1：初始设置天线的辐射方向图有两个对称的主波瓣，实时检测天线是否接收到高铁上用户发送的信号；步骤S2：基于多普勒信道特性和几何数学模型获得高铁运行速度估计值、铁轨与基站的最小距离估计值和高铁以最小距离经过基站的时间估计值；步骤S3：重构和预测高铁移动轨迹，获得任意给定时刻的高铁位置；步骤S4：自适应设置天线的辐射方向图，使得辐射方向图有一个实时跟踪覆盖高铁的主波瓣；步骤S5：当此次高铁离开，跳转步骤S1，等待下一次高铁经过。与现有技术相比，本发明使得天线辐射方向实时跟踪覆盖高铁，提高QoS，减少功率损耗，实用性强。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其是涉及一种基于多普勒信道特性的天线辐射方向图自适应方法。

背景技术

维持高铁无线通信系统良好的用户服务质量(Quality of Service，简称QoS)是非常重要的。这不仅要实现高铁上用户的需求，还要保证高水平的安全性。现如今有很多高铁无线通信应用依赖于全球定位系统(Global Position System，简称GPS)定位，而不依赖于GPS定位的方法却很少。尽管一般情况下GPS能给出高铁和基站(Base Station，简称BS)的位置信息，但是仍然需要有其他不依赖于GPS的定位方法作为备用。

近来，在通信系统中，采用方向图可调节的天线(机械或者电子的方式实现)来实现高覆盖率，达到良好的用户服务质量(Quality of Service，简称QoS)的解决方案已经被提出。通过获取用户终端的位置信息，天线主瓣实时跟踪目标，而不浪费能量在其他方向上。一般情况下，对于基站和用户终端位置的确定需要借助全球定位系统(GlobalPosition System，简称GPS)。然而在很多场景中，GPS信号无法准确接收或者解码，其典型环境就是高铁场景。由于高铁的高速移动性，沿线环境的复杂性以及受到天气状况的影响，GPS在很多情况下不能有效发挥其作用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于多普勒信道特性的天线辐射方向图自适应方法，仅仅利用了无线通信信号来探测高铁和BS的位置，其关键点是利用了由高铁用户和BS之间的视距(Line of Sight，简称LOS)传播路径估算得到的多普勒频率的轨迹，来估算高铁和BS的位置，与GPS完全不相关，可以很好的成为基于GPS的传统技术的替代方法，适用于无法精确接收或者解码GPS信号的无线通信环境。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于多普勒信道特性的天线辐射方向图自适应方法，用于控制与高铁上用户无线通信的天线，所述天线设于铁轨旁的基站上，包括：

步骤S1：基站初始设置天线的辐射方向图有两个对称的主波瓣，每个主波瓣覆盖铁轨的两侧，基站实时检测天线是否接收到高铁上用户发送的信号；

步骤S2：当天线接收到高铁上用户发送的信号时，有高铁经过，基于多普勒信道特性和几何数学模型获得高铁运行速度估计值、铁轨与基站的最小距离估计值和高铁以最小距离经过基站的时间估计值；

步骤S3：根据高铁运行速度估计值、铁轨与基站的最小距离估计值和高铁以最小距离经过基站的时间估计值重构和预测高铁移动轨迹，获得任意给定时刻的高铁位置；

步骤S4：基站根据任意给定时刻的高铁位置自适应设置天线的辐射方向图，使得辐射方向图有一个实时跟踪覆盖高铁的主波瓣；

步骤S5：当天线不再接收到高铁上用户发送的信号，此次高铁离开，跳转步骤S1，等待下一次高铁经过。

所述步骤S2具体为：

21：根据多普勒信道特性和几何数学模型，建立LOS径的多普勒频率公式，如下：