[发明专利]用于高铁的基于分布式波束成形毫米波覆盖方法

说明书

本发明属于毫米波无线通信技术领域，涉及用于高铁的基于分布式波束成形毫米波覆盖方法。本发明的技术方案，提出了一种适用于高铁毫米波波束覆盖方案，通过引入分布波束成形技术，合理降低了车地之间通信的切换频率，同时波束冗余覆盖，解决了无缝切换问题，同时在车内使用分布式天线布局，实现了车内信号的覆盖问题，达到了高铁通信特殊场景下通信的目的。

技术领域

本发明属于毫米波无线通信技术领域，涉及用于高铁的基于分布式波束成形毫米波覆盖方法。

背景技术

高速铁路安全可靠有效的运营，离不开移动通信技术的支持，现有的移动通信技术在高速移动场景下面临很大的挑战，随着列车速度的不断提高，列车的快速切换，天线的快速对准，以及与此同时，日益多样化的移动互联网应用也催生车上旅客宽带无线接入的需求。然而，现有的用于列控的窄带GSM-R系统已经无法满足这些需求。

发明内容

本发明所要解决的，就是针对上述问题，借鉴公用无线移动通信的5G蓬勃发展，其拥有的更加宽泛的毫米波频段被认为是高铁通信的下一个演进方向。针对高铁特定的高切换，高速移动，高速定向传输，以及在车厢内毫米波的有效覆盖问题，可以通过将分布式波束成形技术引入高铁毫米波通信中有效解决这个问题。

本发明就是提供一种基于分布式波束成形的高铁毫米波通信覆盖方案。本发明考虑在高铁场景下，毫米波通信中遇到的频繁切换、波束对准，以及车内无缝覆盖的问题。本发明的核心思想是利用分布式天线系统。在列车外部，列车沿路两侧放置若干分布式天线，一个中心处理器连接多个分布式天线，以列车为中心划分临时小区以减少切换，同时通过多个波束对准一个列车，进行无缝切换；车内通过分布式的天线分布，按照用户分布进行波束成形，以达到无缝覆盖。

为了方便理解，首先介绍本方案使用的场景：

本方案用于解决高铁移动场景下毫米波通信覆盖问题，基本场景为高速铁路运行阶段(v≥350Km/s)，列车(TAU)和地面通信基站(RAU)，列车车内无线热点(AP)和用户(UE)之间通信。

本发明的技术方案是：用于高铁的基于分布式波束成形毫米波覆盖方法，包括以下步骤：

S1、在列车铁路沿线布设分布式毫米波相控阵天线，其中假设列车长度为T，那么每隔一段距离放置一个天线(如T/4的距离)，列车上均匀分布两个相控阵天线，同时通过一个拉远的地面基带处理中心(GCS)连接多个分布式天线；

S2、在车体内部，使用多个分布式分布的天线均匀分布在车体内部，同时共同连接到中心处理单元(TCS)：

S3、在车地通信过程中，如图1所示，首先根据车体运行状态大致估计来波方向，然后使用一定的波束训练方法获得车体和天线夹角，使用多个波束(如三个波速)同时覆盖车体上的天线，车体天线按照检测到不同信噪比进行天线选择，达到切换的顺畅。同时，由于地面基带处理中心(GCS)连接多个天线，所以越区切换频率不那么高，都是在GCS内进行的天线选择。

S4、在车体内进行通信的时候，如图2所示，通过中心处理单元(TCS)合理分配每个用户最优天线，以用户为中心规划小区，设定每个用户使用天线的数目(如天线数目为4)，达到无缝覆盖和联合优化。

本发明的技术方案，提出了一种适用于高铁毫米波波束覆盖方案，通过引入分布波束成形技术，合理降低了车地之间通信的切换频率，同时波束冗余覆盖，解决了无缝切换问题，同时在车内使用分布式天线布局，实现了车内信号的覆盖问题，达到了高铁通信特殊场景下通信的目的。

本发明的有益效果为，本发明在车地通信中使用了冗余设计，保证了切换的无缝进行，同时使用分布式天线结构减低了切换频率和系统复杂度，在车体内部通信中使用分布式天线解决了毫米波通信衰减大和覆盖问题。

附图说明

图1为车地毫米波通信中，分布式波束覆盖示意图；