[发明专利]一种高铁宽带专网高动态转换系统的天线控制方法

说明书

技术领域

本发明属于移动通信领域的天线技术领域，主要涉及一种适用于高动态运动环境下的通信天线控制方法，尤其涉及一种高铁宽带专网高动态转换系统的天线控制方法。

背景技术

目前，我国运营高铁总里程已达2万公里，居世界首位，未来到2020年，运营里程数将达到14.5万公里以上。中国高铁是我国在全球竞争中的一张王牌，未来必将掀起一股中国高铁风暴。但是高铁列车运营速度达到350km/h以上，导致常规的地面移动网络无法为乘客提供满意的2G/3G通信服务，对多媒体、intemet网络等更没有实现完美支持。

先进的高铁动力技术与落后的高铁信息服务技术方面的巨大矛盾，成为制约高铁进一步发展和走出去的瓶颈。

列车高速运行带来的多普勒频移、信令风暴和信号穿透车厢损耗是导致2G/3G地面移动网通信性能恶化的主要原因。通过改造现有通信基站布局，缩短地面通信基站间距离，构造近似直射穿透车厢的通信模型，可以降低穿透损耗，同时可以缓解多普勒频移对通信链路的影响；采用现有的小区合并技术可以用于解决信令风暴问题。

但用这种方法极大的增加了基站数量，导致系统建设成本暴涨，后续维护费用也成倍增加。

中国科学院国家天文台提出了高铁宽带专网高动态LTE转换技术，有望以较低的成本解决上述技术问题。

在列车高速移动过程中，列车上的高铁宽带专网高动态转换器(HIDT)的微波开关型多入多出天线(MS-MIMO)必须保持指向地面通信基站。在通信基站边界处实现天线切换时，对车载天线方位电机的旋转速度要求极高。因此，急需提供一种方法来实现对高铁宽带专网高动态LTE转换器(HIDT-LTE)的微波开关型多入多出天线(MS-MIMO)的控制，以满足高铁列车告诉运行下的通信网络要求。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足，针对高铁宽带专网高动态LTE转换器(HIDT)的微波开关型多入多出天线(MS-MIMO)，提出一种控制方法，可以满足该天线在高速运动的情况下实现快速的基站切换，并且系统成本较低，具有较好的经济效益。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高铁宽带专网高动态转换系统的天线控制方法，采用天线控制系统，所述天线控制系统包括GNSS与惯导组合导航接收机、数据处理模块、微波开关型多入多出天线(MS-MIMO)、天线控制器；

该天线控制方法包括以下步骤：

步骤1：GNSS与惯导组合导航接收机测量列车位置信息C和航向角信息φ，并通过串行通信接口发送至数据处理模块；

步骤2：数据处理模块根据列车位置信息C，结合内置的高铁专网电子地图，查询列车位置附近可用的通信基站位置信息B，通信基站的覆盖半径R，通信基站天线的高度H，通信基站距离路轨的距离D，并通过覆盖半径R和列车航向角信息φ优选通信基站；

步骤3：计算列车距离通信基站垂足的距离L，并计算L和D的比例关系K＝L/D；

步骤4：结合微波开关型多入多出天线的波束方向图，结合选择的通信基站位置B，参考K值，通过电子开关的切换，在平原地区可以实现定向天线和全向天线之间的快速切换；

步骤5：结合地形地貌，通过列车前进方向与列车基站连线的夹角，确定是否驱动选定高增益通信天线的方位轴电机来实现天线波束的对准。

其中，所述GNSS与惯导组合导航接收机包括卫星导航接收机，用于测量高速运动的列车位置信息和航向信息，通过串行输入输出接口与数据处理模块相连，还包括测量型GNSS天线，测量型GNSS导航接收机和惯性测量器件，惯性测量器件可以为MEMS器件组合或高精度战术级的惯导器件组合。

其中，所述数据处理模块，包括存储器、CPU、供电电源及输入输出接口，用于存储高铁专网电子地图和实时解算通信天线指向通信基站的方位角和俯仰角，通过串行通信接口与导航接收机相连接。

其中，所述微波开关型多入多出天线(MS-MIMO)包括两组高增益天线(TANT1、TANT2)、一组全向天线(TANT 3)和一组独立控制电子开关。

其中，所述独立控制电子开关包括3个独立的电子开关，具有毫秒级别的响应能力，可以独立的控制每组天线的接通和关闭，与天线控制器的IO管脚相连。

其中，所述天线控制器可以是单片机、单板机、工控机以及其它具有控制步进电机能力的MCU，具有多个串行通信接口和多个独立可控的IO口。