[发明专利]一种应用于高铁无线通信的基于扇形化位置-公平的波束传输方法

说明书

本发明公开了一种应用于高铁无线通信的基于扇形化列车位置‑公平的波束传输方法，包括以下步骤：建立扇形化的波束结构，基站通过N个波束来覆盖铁路；利用列车的位置信息，最大化波束范围内的平均接收功率，满足列车在波束内不同位置的瞬时接收功率稳定，对一辆列车场景进行波束优化；对两辆列车相遇的场景，通过最大化总的传输速率，满足每辆列车的瞬时接收SINR稳定，对波束对优化；所有场景下的波束离线计算并存储，基站根据列车的位置信息选择波束进行数据传输。本发明通过对基站覆盖区域扇形化波束覆盖，提供了一个针对高铁通信关于位置‑公平的波束传输方法，以覆盖范围更宽的波束，克服多谱勒频移及路径损耗变化带来的影响。

技术领域

本发明涉及高铁无线通信技术领域，特别涉及一种利用高铁位置信息的基于扇形化位置-公平的波束传输方法。

背景技术

近年来高速铁路的快速发展，特别是在中国，引发在高移动场景下的高质量无线通信需求的迅速增长。高铁场景作为下一代(5G)通信系统的重要场景，给高铁上的用户提供多样化的服务，比如网上购物，社交网络及观看视频等。而高速移动带来的多谱勒使传统的移动通信系统应用在高速铁路场景下时面临挑战，因此，给高铁用户提供快速、稳定的信息传输变得尤为重要。当天线数目比较少时，在高铁场景下，通常利用基于离散傅里叶变换(DFT)的预编码方案来进行数据传输。在未来5G系统中，大规模MIMO(multiple-inputmultiple-output)技术在基站使用多个天线，被认为是5G的核心技术。一般，大量的天线会形成窄波束，在高速移动场景下容易受到多谱勒的影响，并且由于路径损耗的变化，当列车从基站覆盖中间驶向覆盖边缘，传输性能会严重下降。因此，在高速移动场景下设计合适的波束传输方法引起了很多研究者的兴趣。

现有关于大规模MIMO高铁通信系统的波束成形方法中，基于跟踪获取瞬时信道信息(CSI)的波束传输方法能提高系统的传输速率，但系统的训练成本和复杂性比较大。应用类似伞状的波束于高铁通信系统中，由于大尺度衰落，在波束内的恒定增益导致随着列车移动接收信噪比的快速波动，一方面将导致列车行驶过程中通信速率的不公平，另一方面频繁地交换信道质量指数，而该指标决定了数据传输的调制和编码方案。两辆列车共存于同一个基站覆盖区域时，不能忽略相互之间的信号干扰。联合的波束优化问题在两列车相遇的场景下通常是一个非凸问题，不能直接求解。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于高铁无线通信的基于扇形化位置-公平的波束传输方法，该方法能够提供列车在多谱勒和路径损耗影响下波束范围内稳定的信息传输速率。

实现本发明的技术方案是：

一种应用于高铁无线通信的基于扇形化位置-公平的波束传输方法，特点是所述方法包括以下步骤：

(1)建立扇形化的波束结构，基站通过N个波束来覆盖铁路，N个波束覆盖的空间频域彼此不相交；

(2)利用列车的位置信息，对一辆列车场景进行波束优化，最大化波束范围内的平均接收功率，满足列车在波束范围内不同位置的瞬时接收功率稳定；

(3)利用列车的位置信息，对两辆列车相遇的场景，对波束对优化，最大化总的传输速率，满足波束范围内每辆列车的瞬时接收SINR(signal-to-interference-plus-noiseratio)稳定；

(4)所有场景下的波束离线计算并存储，交换一次的信道指数(CQI)，基站根据列车的位置信息确定相对应覆盖区域的波束进行数据传输。

所述步骤1具体为：