[发明专利]一种高速铁路环境下信道信息预获方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是在高速铁路环境下，基站与列车进行上下行链路通信时，信道信息补偿方法。

背景技术

近几年来高速铁路在中国的发展势头十分迅猛，中国计划在2040年前建成遍布全国的“五纵七横八连线”的高速铁路交通网。随着高速铁路规模的不断扩大，运行中的高速列车中与铁路两侧基站之间无线通信的问题日益凸显。无论是从乘客在旅途过程中无线上网的需求考虑还是从列车安全实时监控的角度考虑，都要实现高速列车与铁路两侧基站间高速率的无线数据传输。

一方面，由于列车的速度很快，甚至可能达到350km/h，列车与基站间的无线传输信道呈现时变特性；另一方面，为实现无线数据的高速传输，目前在高速列车与基站之间采用宽带通信方案，带宽可能达到10MHz甚至20MHz，而较大的带宽使得列车与基站间的无线传输信道呈现频率选择特性。因此，在高速铁路环境下，列车与铁路两侧基站之间的无线信道是频率时间双重选择性信道。如此恶劣的无线信息传输环境给高速列车与基站之间的无线数据高速率传输带来的极大的挑战。为了解决高速铁路环境下无线数据传输遇到的这个问题，一个很重要的途径就是在通信过程中实现对无线传输信道的准确估计。

目前应用比较广泛的信道估计技术主要是基于导频信道估计方法。具体涉及到的算法有最小二乘（LS）算法以及最小均方误差（MSE）算法。在利用LS算法进行信道估计时，只需要知道接收数据和导频信息，算法复杂度低，实际工程运用广泛，但是LS算法的信道估计性能不是很好。相对LS算法，MSE算法对高斯白噪声有很好的抑制作用，信道估计性能明显优于LS算法，但其算法复杂度较高，且需要预先知道信道的统计特性，所以在实际工程运用中比较困难。

在高速铁路环境下，由于无线信道的时间-频率双重选择性特点，无论是LS算法还是MSE算法的信道估计误差都很大，进而造成了高速行驶的列车与基站之间进行高速率数据传输的困难。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的问题，提出一种高速铁路环境下信道信息预获方法，该方法通过信道信息预估计与补偿的方式，有效简化了接收机信道估计的复杂度，提高了性信道估计的精度。

本发明的主要想法是：

在高速铁路环境下，列车的运行轨迹是固定的，所以天线在同一位置与基站通信时的无线信道的相关信息如路径损耗、阴影衰落、多径分布、多普勒频偏是缓变的，因此可以在列车上相距一定距离布置两根天线，第一根天线与基站通信时估计的信道相关信息可以用作下一时刻第二根天线与基站间通信时的信道信息补偿。

根据以上想法，本发明原理是：在高速列车上相距一段距离布置两根设置完全相同的天线，这样在列车的运行中这两根天线将先后经过同一位置。将先经过某一位置的天线与基站之间通信时的信道相关信息储存起来，再将其用于后一个天线经过同一位置与基站间通信时的信道信息补偿。

本发明的技术解决方案如下：

一种高速铁路环境下信道信息预获方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

①在高速列车上相距S处距离布置两根性能完全相同的天线，两根天线同时与基站进行通信，高速列车与基站之间的通信采用TDD模式。

②高速列车通过第一天线与基站通信中，高速列车与基站的数据接收端都对当前通信时刻t₁、该时刻对应信道的路径损耗、阴影衰落、多径分布、多普勒频偏信息进行保存，第一天线与基站通信过程中得到的信道预估计信息为：

h→(t1)=h(a→,fd,l→,t1)]]>

其中表示信道的路径损耗、阴影衰落大尺度信息，f_d表示多普勒频偏，表示多径分布信息。