[发明专利]高速移动环境下基于协作多点传输的车地通信小区切换方法

说明书

技术领域

本发明属于高速移动环境下列车与地面基站之间的车地通信技术领域。

背景技术

随着高速列车控制高可靠数据业务传输以及旅客在乘车过程中高速率通信业务需求的持续增长，如何在高速铁路的高移动环境下提供高速率、高可靠性的通信服务具有非常重要的意义。

列车的高速运行给车地无线通信系统带来一系列技术问题：频繁的越区切换、多普勒频率偏移和信道的快速变化等，这些问题均会导致通信质量和通信体验的严重下降。其中，高速列车的越区切换问题是影响通信质量最重要的因素之一。由于LTE(Long Term Evolution、长期演进)及其演进技术将成为下一代移动通信系统标准的主流趋势，国际铁路联盟已经将LTE确定为目前铁路移动通信网络的演进技术，LTE将成为列车运行控制和旅客宽带接入的重要支撑技术。对高速列车车载终端的越区切换而言，要求其在更短的时间内更好地完成切换，需要更高的切换成功率来保障车地通信系统无线链路的可靠性和有效性。目前，LTE及其演进技术仅支持硬切换，移动台在任意时刻只能与一个基站保持通信，其切换时间偏长，仅适用于地面公网覆盖和中低速移动接入，难以满足高速列车的高速率与高可靠切换需求，会导致通信中断率高、切换时延长和通信可靠性低等问题。

一般来说，无线通信网络的越区切换过程可以分为网络发现、切换判决、链路重新建立和高层应用链接重新建立等四个过程。通常高速列车车速较快，在网络小区重叠区逗留的时间非常短，无法保证现有切换机制的触发和执行所需要的时间。

通过对现有专利及相关技术的检索发现，现有的高速移动环境下车地通信的主要切换优化方法有：

(1)一种基于OFDM(正交频分复用)的移动通信系统及切换信道分配方法(CN 101022643A)中提出了软时隙切换、简单宏分集切换和增强型宏分集切换三种切换信道分配方法。该专利主要针对基站侧进行了改进，在所提出的移动通信系统中需要基站控制设备(BSC)对基站(BTS)进行集中控制，不适用于采用扁平化网络架构的LTE及其演进系统；且基站控制设备(BSC)的存在，信令传输的环节多，其切换时延仍较长，只能适用于中低速移动环境。

(2)高速移动环境下无线视频或大数据流无缝切换实现方法(CN1801777A)通过在可用的一个、两个或多个频点向数据接收端发送编码数据，数据接收端接收到数据后，对数据进行散列缓存处理，剔除多路同时发送时的重复数据，保证数据在经过缓存处理后，透明地从数据编码端传送到数据解码端。该专利只可用地面数据接收单元对位于列车上的数据发送单元的被动单向接收，车载数据发送单元和地面基站之间不能实现交互通信，只适合高速列车、地铁等视频监控专网，与旅客通信网络有明显差异，没有针对高速多车载台接入方法提出完整的技术方案。

(3)高速环境下的用户换小区接入方法及系统(CN101466132)提出通过获取本小区和邻小区公共控制物理信道(PCCPCH)接收的信号码功率(RSCP)、本小区上行信道到达天线角的角度(AOA)以及用户设备(UE)的运动方向来判定小区接入。该专利针对高速场景的特点，可以有效地简化邻区配置，但是其对越区切换的整体性能提升有限，且不适用于LTE及其演进系统。

现有的高速移动车地无线通信研究中，为了提升列车越区切换的成功率，大多通过扩大高速移动环境沿线的小区覆盖范围，增大重叠区，使得列车在重叠区逗留的时间增长，从而有足够的时间来完成切换过程。增加小区覆盖范围的通常手段有增加直放站、中继、拉远式天线单元等物理设备，以及增加天线发射功率、调整天线方向等方法。但是，由于受到天线发射功率大小限制、辐射角度导致的天线发射功率的接收限制、距离产生时差导致的同步限制等等，不可能大范围地扩大小区的覆盖范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速移动环境下基于协作多点传输的车地通信小区切换方法，该方法适用于LTE及其演进系统，其切换成功率高，中断概率低、频谱利用率高，并且不需对基站和车载台进行硬件改动，容易实现。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是，一种高速移动环境下基于协作多点传输的车地通信小区切换方法，它适用于LTE及其演进系统，其步骤如下：

a、上行列车的车载台使用上行频率与基站进行通信，下行列车的车载台使用下行频率与基站进行通信；车载台将其测量出的车载台与当前基站的无线链路的信号质量信息和车载台与相邻基站的导频信号质量信息组成的测量信息，上报给当前基站，同时车载台将通过列车控制系统或传感系统获得的列车运行速度信息和位置信息也上报给基站；