[发明专利]一种提升车载端多天线通信容量的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种提升车载端多天线通信容量的方法和系统。

背景技术

随着世界各国铁路，特别是高速铁路的建设和发展，铁路通信面临着巨大的挑战。列车的无线通信关系着列车的可靠运行和乘客的通信服务体验。同时，由于理论和技术限制，现有的移动通信技术在高速移动情况下面临通信性能的急剧下降的问题。高铁沿线的地形多种多样，如开阔平原、高架桥、山区、城区、隧道等，对于快速运动的列车来说，不同的地形下的无线信道差别很大。不管是何种地形，速度越高，对无线通信的影响越大，解决难度也越大，对技术要求也越高。

随着LTE-R(Long Term Evolution for Railway)和智能交通系统的发展，使得车载端多天线技术在交通运输场景(如车对车通信、高速铁路车地通信等)的应用成为一个热点。铁路无线通信要求更可靠的通信链路和更高的数据率，在保障行车安全的同时，满足车内旅客各种各样的通信业务。因此，在铁路场景下揭示多天线技术应用的有效性、挖掘多天线技术的应用潜力具有非常重要的意义。

铁路无线通信网络沿铁路采用线性覆盖。同时，为了避免列车车体对无线信号的巨大衰减，车内用户与地面基站之间一般采用两跳链路传输，即“车载中继站-地面基站”链路与“车内”链路。如果车载中继站采用多天线阵列，在高架桥和开阔地时，列车周围几乎没有反射体和散射体，可以认为基站和车载中继站视距LOS(Line-of-Sight)传输，该结论也与工程实际测试结果吻合。在LOS传输下，无线信道多径分量较少且延迟不大，可以认为是K因子较大的莱斯信道。也就是说，多径效应在高架桥和开阔地的铁路环境下并不明显。

无线通信中(包括铁路无线通信)，面临信道的多径效应，通信终端移动造成的多普勒效应等问题的挑战。多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)多天线系统不需要增加频率资源，利用多经效应来提高数据吞吐量，也提高了无线通信的可靠性。

现有的与通信容量有关、车载环境下的多天线应用的方案包括以下几种：

(1)公开号为102324958A，名称为一种用于高速铁路环境下的MIMO系统中的无线通信方法中，提出一种基于分布式光载无线的高速铁路宽带无线接入系统，通过在铁路沿线布置一定间隔的射频拉远单元(RRU)，RRU与基带单元(BBU)用光纤连接，同时利用车载GPS获得列车位置信息，来激活所需的RRU进行车地通信。该方案需要改造现有铁路沿线网络，建设密集的RRU，同时依靠准确的GPS定位，其成本会非常高，可能会破坏铁路现场已有的任何地面硬件设施和设备，而且在隧道、山区等铁路特殊地段会存在GPS盲区，这些将影响到该方案的整体性能。

(2)公开号为101771455A，名称为一种采用双天线分集接收技术的GSM-R通信模块中，提出采用双天线分集接收技术的GSM-R通信模块，通过对传统的GSM-R通信模块的改进，采用两根天线进行信号接收来获得分集增益。该方案是在现在GSM通信模块的改进，不满足未来铁路网络LTE-R的发展趋势，在大多数信号条件较好的铁路LOS环境下，也没有获得多天线的容量增益。

(3)公开号为102201893A，名称为多天线组播系统基于最大最小波束成型的容量估计方法中，提出利用延迟信道状态信息和多普勒频移对每个用户的接收信噪比进行估计，然后补偿延迟信道状态信息对系统容量的影响，获得较大的系统传输速率的提升。该专利需要对用户的信道状态信息进行估计获得匹配系统容量，在铁路环境下信道状态信息的估计比较困难，难以获得多天线系统的容量提升。

(4)文献号为US2008227387，名称为LOS MIMO BEAMFORMING中，提出MIMO系统一般用于NLOS(non-LOS)环境，其给出了一种LOS环境下点到点通信系统，包含第一发射机通过电磁波发送信息给发送第一接收机。第一发射机使用一定数量的天线，通过不同频率的波束将信息发射出去。收发端之间的中继放大器(repea ter)根据发送端所用的波束将信息进行中继放大，达到点到点通信的目的。该专利利用不同中继放大器，将LOS环境下的点到点通信，通过使用不同频率的波束来实现，但是并没有涉及容量提升问题。