[发明专利]链状覆盖双链路移动通信系统及波束分集和接力切换方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁路移动通信技术领域，具体涉及一种链状覆盖双链路移动通信系统及波束分集和接力切换方法。

背景技术

中国的列车控制系统（CTCS）中通过铁路移动通信系统提供高可靠的车地双向无线通信，目前我国铁路采用的是综合数字移动通信GSM-R系统，发展的方向是演进到基于3GPP的铁路移动通信系统（LTE-R）。

上述无论是GSM-R还是LTE-R网络，因其受到既定标准无线传输技术的限制和系统干扰管理的要求，相邻小区都会配置不同的无线频率资源，因此越区接力切换是以传统方式实现的硬切换，即切换执行过程中移动台先断开与原基站的连接、后建立与目标基站连接，这样的硬切换不可避免地存在切换中断，可能造成传输延迟和数据丢失。同时，由于在铁路环境中列车处于高速移动状态，车地无线链路上的多普勒效应尤为显著：在小区中心区域，移动台高速移动经过在基站附近，天线所收到的来自当前基站的信号会经历快速的多普勒频移的跳变；在相邻小区重叠区，移动台天线会收到来自原基站和目标基站的足够强的信号，因正处于小区边缘，移动台随列车远离原基站而靠近目标基站，相对移动方向相反，两路到达信号多普勒频偏接近最大值而符号相反。硬切换的执行需服务于用户的无线链路快速转换，移动台接收信号的多普勒频移快速跳变需要极高速而准确的频率同步。对于采用单频组网（SFN）的LTE网络，低速环境下本可以实现软切换，但相邻小区信号经两条多普勒频偏差显著的路径后在终端天线处叠加即相当于人为引入频谱扩展，这样的传播现象会造成信号剧烈、快速、随机的频率频移甚至频谱扩展，导致接收信号失真，未能及时、准确消除的失真会导致传输性能下降，特别对基于正交频分复用（OFDM）的LTE信号来说，会引起严重的子载波间干扰，这些现象可能造成业务及信令数据的突发差错，甚至导致关键数据的延迟甚至通信中断，对于列车的行车安全而言，是不可忽视的隐患。

针对上述问题，工业界和学术界在切换性能和多普勒现象方面采取的主要措施有：针对切换性能的优化无线覆盖以满足铁路专用通信的严格指标、采用特殊的切换算法保证切换成功率和采用选择性合并接收的双链路方式实现无缝切换等；针对高速移动引起的多普勒现象则主要是关注快速多普勒频移校正算法。上述措施虽然在一定程度上能分别改善切换或传输性能，但因未同时考虑两方面的影响，引起在列车的实际环境中的适用性和性能尚待进一步改善。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种针对铁路（及公路、水运等）交通运输环境中链状覆盖双链路移动通信系统及波束分集和接力切换方法，在接力切换的全程保持至少有一条链路保持着信息传输，实现了“先连接后中断”的软切换，改善了切换的传输性能，提高了列车的安全性。

本发明采用的技术方案具体为：一种链状覆盖双链路移动通信系统，包括服务区的若干个小区，所述相邻的小区之间部分重叠，所述每个小区内设有基站，随交通工具高速移动的车载移动台通过沿铁路线链状覆盖的铁路移动通信网络与所述基站通信，所述车载移动台包括合并器及其配备的分别位于列车两端的前端无线链路和后端无线链路，所述前端无线链路和后端无线链路的自适应天线的间距足够大，所述前端无线链路和后端无线链路接收的数据由所述合并器采用合并算法合并来自所述两条无线链路的接收信号实现分集后输送给所述业务功能单元。

所述前端无线链路和后端无线链路均包括位于列车车厢内的链路收发信机和安装在车外的具有波束赋形功能的自适应天线，所述链路收发信机和自适应天线通过贯穿列车车体的馈线相连接构成一条车地之间的双向无线传输通道。

所述合并算法为最大比合并算法、等增益合并算法或者根据列车的自身性能和复杂度要求自行设定。所述前端无线链路和后端无线链路的自适应天线分别置于列车的首、尾两端。

所述服务区为一个大整体的网络或者按照地理位置划分的若干个区域，所述每个区域组建多个子网，所述每个子网包含若干个小区。

一种链状覆盖双链路移动通信系统的接力切换方法，每一个原小区和相邻的目标小区的切换过程中，车载移动台岁列车从原小区切换到相邻的目标小区时，所述目标小区的基站根据通信量、服务质量以及实时干扰情况为所述车载移动台的通信分配切换信道，所述车载移动台从接收到的解调数据中提取出正确的信道位置数据，正常情况下前端链路先发生切换，所述车载移动台随着列车的运行从原小区切换到相邻的目标小区；当所述前端链路执行失败时，所述后端链路先发生切换，所述车载移动台随着列车的运行从原小区切换到相邻的目标小区。

每一个原小区和相邻的目标小区的切换过程中，所述前端链路先发生切换的过程分为以下三个阶段：