[发明专利]一种基于MIMO技术的城轨列车车地通信系统传输方法

摘要

本发明属于轨道交通通信网络技术领域，特别涉及一种基于MIMO技术的城轨列车车地通信系统传输方法。其特征在于，提出了一种城轨列车车载的发射端多天线即车载天线组的布设形式；提出了一种城市轨道高架环境下的轨旁接收端多天线即高架轨旁天线组的布设形式；提出了一种城市轨道隧道环境内的轨旁接收端多天线即隧道轨旁天线组的布设形式；提出了一种适合车地联合2×2MIMO系统的编码方式；本发明结合MIMO技术特点，分析了天线相关性的影响，提出了结合Alamouti空时分组码的MIMO系统。通过本发明所提出的车地通信系统传输方案，能够使其通信系统在信道容量以及传输可靠性方面取得明显的增益，提升车地通信系统的传输性能，保证列车高效、安全运行。

主权项

1.一种基于MIMO技术的城轨列车车地通信系统传输方法，其特征在于，该方法是结合LTE、WiMAX以及IEEE802.11n标准中的关键技术MIMO技术，在城市轨道交通列车通信网络TCN的基础上，建立的空时分组码车地联合2×2 MIMO系统传输方法；具体步骤为：1)提出了一种城轨列车车载的发射端多天线即车载天线组的布设形式；根据列车的线性特征以及长度特点，分别在列车的车头和车尾布置一只鲨鱼鳍天线，构成一个车载天线组；根据城市轨道交通车辆的尺寸及隧道各类限界要求，设置车载天线组至地面高度，车载天线组与地面无线接入点关联；车载天线组采用垂直极化全向天线，车载天线组水平放置；2)提出了一种城市轨道高架环境下的轨旁接收端多天线即高架轨旁天线组的布设形式；高架轨旁天线组的两只接收天线为八木天线，分别布置在轨道两侧，天线间距离λ为工作波长，设置高架轨旁天线组高度为3.6m，间距3.2m；所述高架轨旁天线组的布设形式在全线路上，一个高架轨旁天线组为一个轨旁自由波无线接入点，其布置结合场强覆盖参数并按照红蓝网冗余覆盖的原则，相邻无线接入点之间的距离为200m～250m；3)提出了一种城市轨道隧道环境内的轨旁接收端多天线即隧道轨旁天线组的布设形式；隧道轨旁天线组的两只接收天线为高增益八木天线，分别布置在隧道壁内侧上方，隧道轨旁天线组高度为3.8m，间距3.2m；所述隧道轨旁天线组的布设形式在全线路上，一个隧道轨旁天线组为一个轨旁自由波无线接入点，其布置结合场强覆盖参数并按照红蓝网冗余覆盖的原则，相邻无线接入点之间的距离为200m～250m；隧道内车地联合MIMO系统的信道由于其多天线结构以及更显著的多径效应，建模的时候需要生成多路衰落信道；考虑多路传播，共需产生N_t×N_r×L个独立的瑞利衰落信道，其中N_t发射天线数，N_r接收天线数，L为多径数；通过在Cn，αn和φ_k三个变量中引入随机性，改进的CLARKE模型可以用来生成多路独立的瑞利衰落信道；产生公式如下：其中：式中：k＝N_t×N_r×L——要产生的瑞利衰落个数；M——叠加的正弦波个数，M>8时，复包络平方的自相关形状更加接近理论瑞利分布曲线，相位服从[‑π，π)上的均匀分布；——为了保证同相分量与正交分量正交并且具有相同的功率；θ_k——为了使多普勒频率随机化；φ_k——设置随机初始相位；j——第j个接收天线；w_d——正弦波传播速度；θ_k、φ_k的M+2个随机变量对于所有的k和n在[‑π，π)上服从均匀分布且相互独立；因此要产生k个瑞利衰落，需要产生k×(M+2)个在[‑π，π)上服从均匀分布的随机变量；X_k(t)和X(t)的所有统计特性均相同；并且当k≠l时，X_l(t)和X_k(t)相互独立；每个独立的瑞利衰落信道的数学统计特性如下：由以上各式得到隧道环境内车地联合MIMO系统的多路瑞利衰落信道模型；4)提出了一种适合车地联合2×2 MIMO系统的编码方式，即空时分组码的编码方式；在所述编码方式下，系统在接收时采用最大似然检测算法进行解码，并且由于码子之间的正交性，在接收端线性处理以完成解码。