[发明专利]高速铁路系统中的下行链路通信方法和装置

说明书

技术领域

本申请涉及移动通信技术，特别涉及一种高速铁路系统中的下行链路通信方法和装置。

背景技术

现有的铁路通信方案一般采用GSM-R系统。GSM-R借鉴了公网GSM蜂窝系统的技术，保留了GSM的大体结构，二者均可以工作在900MHz频段，相邻的两个频道间隔为200kHz，每个频道采用时分多址接入方式，分为8个时隙。采用频率复用方式，避免同频道以及相邻区域频道间的干扰。在无线网络规划方面也基本相同；增加了调度通信功能和适合高速环境下使用的要素组成。典型的GSM-R网络是在沿路轨方向安装定向天线，以形成沿轨的椭圆形小区，小区覆盖半径较小，支持用户数据速率为10Kbps左右。

在高速铁路通信系统中，传统的GSM-R系统已经远远不能满足人们对于移动业务的需求。如果仍采用传统的GSM-R通信系统，将产生以下几个方面的问题：

1、系统的吞吐量远远不能满足现在用户对于数据业务的需求。

2、高速运动导致用户终端驻留小区时间过短，造成用户终端的频繁移动切换，频繁的移动切换易引起信令风暴。

3、用户终端的高速运动将产生严重多普勒频移，链路传输可靠性降低，这将进一步导致用户终端移动切换时间的延长。

4、用户终端的频繁移动切换导致掉话率的显著增加，最终导致用户体验性变差。

以下通过具体示例来分析用户终端高速运动对蜂窝通信掉话率的影响。假设传统蜂窝系统的小区直径为1.5公里，用户终端运动速度为430Km/h，可计算得知用户终端在单个小区驻留时间仅为12-13秒；进一步假设用户单次平均通话时间为2分钟，则用户在单次通话时间内，用户终端需要进行9次移动切换；假设用户终端单次移动切换的成功率为97%，则用户终端在单次通话掉话率为（1-0.97^9）=24％，即在高速运动环境下，用户终端每四次通话就有一次通话非正常终止。所以，传统蜂窝结构无法满足高速列车的移动通话的需求。

为解决高铁宽带通信以上几个方面的难题，图1给出基于分布式基带处理单元BBU+无线射频拉远单元RRU+列车基站的高速铁路宽带通信方案。该方案核心是位于列车内的列车基站，在车厢内部，用户终端通过泄漏电缆与列车基站进行通信；在车厢外部，列车基站以超级终端形式与地面TD-LTE基站进行通信。为解决高速运动环境下的列车基站与地面基站的高速可靠通信问题，地面基站通过采用分布式BBU+RRU的网络结构实现多小区合并，扩展单个小区的覆盖范围，避免列车基站的频繁移动切换；此外利用分布式BBU+RRU的网络结构，提高下行链路/上行链路的链路预算，为高速数据通信奠定基础。总之，基于分布式BBU+RRU＋列车基站的高铁通信方案具有以下优势：

1、利用分布式BBU+RRU+列车基站的网络架构，实现多小区合并，扩展单个小区覆盖范围，解决高铁环境下列车终端的频繁移动切换问题。

2、采用分布式BBU+RRU+列车基站的网络结构，提高了下/上行链路预算，为高速宽带大容量传输奠定基础。

3、列车基站作为超级终端，方便基站载波频偏估计及补偿，降低基站接收及资源调度的复杂度。

采用上述基于分布式BBU+RRU+列车基站的高速铁路宽带通信方案后，多普勒频偏校正就成为一个关键技术，尤其是在两RRU重叠区域，不同RRU发送的信号对UE产生不同方向的多普勒频偏，这样，在UE端叠加后，UE很难进行多普勒频偏估计并校正，从而导致系统性能严重下降。目前尚未针对上述问题提出相应的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供高速铁路系统中的下行链路通信方法，能有效减少分布式BBU+RRU+列车基站的高速铁路宽带通信方案中多普勒频偏对系统性能的影响。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种高速铁路系统中的下行链路通信方法，该方法包括：

a、对于小区中当前需要传输业务数据的各用户设备UE，网络侧从覆盖该UE的所有无线射频拉远单元RRU中，选取当前上行接收信号强度最大的RRU作为用于进行业务数据传输的RRU；在所选取的RRU上，将当前需要传输的业务数据和所述业务数据对应的用户专用参考信号DRS，发送给该用户设备；在所述小区内的各RRU上，分别将当前需要传输的控制数据发送给所述小区内的各UE；

b、所述UE分别对业务信道和控制信道上接收到的数据进行频偏估计和补偿以及相应的数据检测处理。

一种高速铁路系统中的下行链路通信装置，该装置包括：