CN106357308A - 基于空间分集和位置分集相结合的接收方法及*** - Google Patents

基于空间分集和位置分集相结合的接收方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种基于空间分集和位置分集相结合的接收方法及***，其方法包括：基于2组定向天线中的多个接收通道分别接收列车前后两个基站的毫米波信号；将接收的毫米波信号进行下变频至解调中频解调；对解调信号进行同频接收分集，形成两路信号；基于列车上的两个车载控制单元对2组定向天线形成的两路信号进行分集接收；基于两个车载控制单元的外部接口将接收的信号输出。实施本发明实施例基于空间分集和位置分集相结合的接收方法及***，以最大限度地利用接收信号功率，完成对信号中核心数据的接收，改善通信性能，减小电波传输特性变化因素的影响。

Description

基于空间分集和位置分集相结合的接收方法及***
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于空间分集和位置分集相结合的接收方法及***。
背景技术
在高速铁路列车运行时，车地通信***在列车伺服、交通行车安全和指挥调度中发挥着重要作用。高铁***对车地通信***的可靠性提出了苛刻的要求。与传统的低速列车相比，高速列车车地通信***具有以下特点：
(1)高移动速度。高速铁路列车运行速度较高，可达380km/h甚至更高，高移动速度导致多普勒扩展，将对无线通信带来不利影响；
(2)整个***设备多、分布广。在高速列车运行过程中，车辆都必须和地面保持双向数据通信，通信设备必须相互联系，共同保证列车的正常调度和运行；
(3)数据流量大。高速列车上人员众多，可以达到700人，上网时给车地通信***信号的传输带宽带来较大压力；
(4)可靠性要求严。高速列车车地通信***需要通过空中无线信道将地面与车载***组成闭合的环路，而且高速铁路运行繁忙。因此，车地通信***必须在干扰及衰落信道环境中实现可靠、实时的数据传输。
根据实现分集的方式不同，一般将其分为空间分集、极化分集、角度分集、频率分集、时间分集等。其中，空间分集也称天线分集，是移动通信中使用较多的分集形式，简单的说，就是采用多付接收天线来接收信号，然后进行合并。为保证接收信号的不相关性，这就要求天线之间的距离足够大，在理想情况下，接收天线之间的距离只要波长λ的一半就可以了。
空间分集技术理论研究较为成熟，国内外研究者围绕分集形式、各种信道环境下的分集性能开展了大量研究。车地通信应用方面，国内外已对多信道车地通信***进行了大量的研究，成功研制了多种应用分集技术的车地通信试验***。但是由于商业保密等因素，一般较难找到分集技术在车地通信***中的具体应用资料。
高速铁路车地通信***工作环境较恶劣，具有高移动速度、城市及隧道内穿行时建筑物的多径反射等。工作信道环境存在严重的多普勒扩展及大动态快衰落，在单路接收的情况下即使能加大发射功率，也不能得到理想的通信效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，高速列车无线通信***为了加强信号的接收能力，在选用对多普勒频移和频率容差不敏感的调制方式同时，经常采用分集技术对抗多快衰落的影响。分集技术是利用多条具有近似相等的平均信号强度和相互独立衰落特性的信号路径传输相同信息，并在接收端对这些信号进行适当的合并，以便大大降低多径衰落的影响，从而改善传输的可靠性。
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于空间分集和位置分集相结合的接收方法，包括如下步骤：
基于2组定向天线中的多个接收通道分别接收列车前后两个基站的毫米波信号，其中：基于列车车头和列车车尾安装2组定向天线，每组定向天线上的同向的两支天线的距离大于最低波长阈值，采用频分复用方式在每组定向天线上获取多个接收通道；
将接收的毫米波信号进行下变频至解调中频解调；
对解调信号进行同频接收分集，形成两路信号；
基于列车上的两个车载控制单元对2组定向天线形成的两路信号进行分集接收；
基于两个车载控制单元的外部接口将接收的信号输出。
所述最低波长阈值为0.6个波长。
所述多个接收通道包括至少2个接收通道。
所述基于所述2组定向天线中的多个接收通道分别接收列车前后两个基站的毫米波信号包括：
所述2组定向天线与前后两个基站通过38GHz无线电通信，采用TDMA协议传输数据。
所述方法还包括：
在分集过程中，对各接收支路进行时延校正。
相应的，本发明还提供了一种基于空间分集和位置分集相结合的接收***，包括：
分集接收模块，用于基于2组定向天线中的多个接收通道分别接收列车前后两个基站的毫米波信号，其中：基于列车车头和列车车尾安装2组定向天线，每组定向天线上的同向的两支天线的距离大于最低波长阈值，采用频分复用方式在每组定向天线上获取多个接收通道；
中频解调模块，用于将接收的毫米波信号进行下变频至解调中频解调；
同频分集模块，用于对解调信号进行同频接收分集，形成两路信号；
信号分集模块，用于基于列车上的两个车载控制单元对2组定向天线形成的两路信号进行分集接收；
外部接口模块，用于基于两个车载控制单元的外部接口将接收的信号输出。
所述最低波长阈值为0.6个波长。
所述多个接收通道包括至少2个接收通道。
所述分集接收模块中的2组定向天线与前后两个基站通过38GHz无线电通信，采用TDMA协议传输数据。
所述***还包括：延时校正模块，用于在分集过程中，对各接收支路进行时延校正。
在本发明实施例中基于空间分集和位置分集相结合的接收方法及***，以最大限度地利用接收信号功率，完成对信号中核心数据的接收，改善通信性能，减小电波传输特性变化因素的影响。将空间分集与位置分集结合起来，以最大限度地利用接收信号功率，完成对信号中核心数据的提取，改善信号接收性能，保障不间断通信。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例中的高速列车分集***结构示意图；
图2是本发明实施例中的基于高速列车下通过空间分集与位置分集的结合具体应用示意图；
图3是本发明实施例中的基于空间分集和位置分集相结合的接收方法流程图；
图4是本发明实施例中的基于空间分集和位置分集相结合的接收***结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中的基于空间分集和位置分集相结合的接收方法，其基于所述2组定向天线中的多个接收通道分别接收列车前后两个基站的毫米波信号，其中：基于列车车头和列车车尾安装2组定向天线，每组定向天线上的同向的两支天线的距离大于最低波长阈值，采用频分复用方式在每组定向天线上获取多个接收通道；将接收的毫米波信号进行下变频至解调中频解调；对解调信号进行同频接收分集，形成两路信号；基于列车上的两个车载控制单元对2组定向天线形成的两路信号进行分集接收；基于两个车载控制单元的外部接口将接收的信号输出。
具体的，图1示出了本发明实施例中的高速列车分集***结构示意图，其采用(1)空间分集，同向的两支天线距离大于0.6个波长(具体实施过程中根据实际安装位置，尽量加大天线间的距离以减小信号间的相关性)。拾取的两组信号，能够提供约3db的分集增益。(2)位置分集：同时在车头和车尾不同的位置设置接收装置，两个接收装置分别接收两组信号，在两组信号中，如果其中一组产生误码，可以选择另一组保持完整性的信号。两种分集方式结合，最大限度地保证了接收信号的完整性。
通过空间分集与位置分集的结合，形成A、B两个冗余数据通道，具体如图2中所示，每个数据通道又由相应的宽带网络、分区控制单元、光纤网络、地面固定基站、车载移动基站和车载移动控制单元构成。冗余的A、B两个数据环路的基站沿轨道间隔布置，通过沿途的基站接力，实现与列车之间的无间断数据传输。列车在基站区间开行过程中，位于列车车头和车尾的定向天线组分别和前后向的基站建立通信连接，从而同时获得多个接收通道，于是车载通信***可以通过分集获得性能改善。当列车跨越基站阴影时，车载通信***利用分集模块实现基站切换，保障数据的不间断传输。
每个车载设备在车头和车尾分别具有一个基站，每个基站具有前向和后向两个方向的接收链路，每个方向的天线由一个收发天线和一个单收天线组成，前后向的接收链路分别接收位于车前方的A环基站(B环基站)和后方的B环基站(A环基站)发射信号。
以车载移动站B为例，车载移动站B先将前后两个方向的天线接收到的毫米波信号下变频至解调中频解调后，再将每个方向两个天线收到的信号进行同频接收分集，形成两路信号，该两路信号分别来自地面的A环基站和B环基站，该信号送入车载控制单元A和车载控制单元B，这两个信号在车载控制单元中分别与车载移动站A接收的地面A环基站和B环基站的发射信号再进行一次分集接收，最终的信号通过车载控制单元的对外接口输出。
在车地通信***的车载端，为了实现分集和基站切换，可以分别在列车车前和车尾安装2组定向天线，通过频分复用方式共获得4个接收通道，其中A、B两个数据链路各拥有2个接收通道。于是在列车前、后方向上，每个方向可以实现2重接收分集。由于多对天线分别布置于列车的车头和车尾，各路接收信号经空间传播及电缆传输到达分集接收机时，相互之间存在数个码元时间的时延差，最大可达0.5μs，所以在分集过程中，需要对各接收支路进行时延校正。
具体的，图3示出了本发明实施例中的基于空间分集和位置分集相结合的接收方法流程图，包括如下步骤：
S301、基于2组定向天线中的多个接收通道分别接收列车前后两个基站的毫米波信号；
具体实施过程中，基于列车车头和列车车尾安装2组定向天线，每组定向天线上的同向的两支天线的距离大于最低波长阈值，采用频分复用方式在每组定向天线上获取多个接收通道；具体实施过程中，该最低波长阈值满足0.6个波长以上。具体实施过程中，该多个接收通道包括至少2个接收通道，可以是2个接收通道，也可以3个或者更多等等。
具体实施过程中，2组定向天线与前后两个基站通过38GHz无线电通信，采用TDMA协议传输数据。
S302、将接收的毫米波信号进行下变频至解调中频解调；
S303、对解调信号进行同频接收分集，形成两路信号；
S304、基于列车上的两个车载控制单元对2组定向天线形成的两路信号进行分集接收；
S305、基于两个车载控制单元的外部接口将接收的信号输出。
在具体实施过程中，在分集过程中，对各接收支路进行时延校正。
相应的，图4示出了本发明实施例中的基于空间分集和位置分集相结合的接收***结构示意图，该***包括：
分集接收模块，用于基于2组定向天线中的多个接收通道分别接收列车前后两个基站的毫米波信号。具体实施过程中，基于列车车头和列车车尾安装2组定向天线，每组定向天线上的同向的两支天线的距离大于最低波长阈值，采用频分复用方式在每组定向天线上获取多个接收通道；具体实施过程中，该最低波长阈值满足0.6个波长以上。具体实施过程中，该多个接收通道包括至少2个接收通道，可以是2个接收通道，也可以3个或者更多等等。具体实施过程中，2组定向天线与前后两个基站通过38GHz无线电通信，采用TDMA协议传输数据。
中频解调模块，用于将接收的毫米波信号进行下变频至解调中频解调；
同频分集模块，用于对解调信号进行同频接收分集，形成两路信号；
信号分集模块，用于基于列车上的两个车载控制单元对2组定向天线形成的两路信号进行分集接收；
外部接口模块，用于基于两个车载控制单元的外部接口将接收的信号输出。
具体实施过程中，该***还包括：延时校正模块，用于在分集过程中，对各接收支路进行时延校正。
综上，在本发明实施例中基于空间分集和位置分集相结合的接收方法及***，以最大限度地利用接收信号功率，完成对信号中核心数据的接收，改善通信性能，减小电波传输特性变化因素的影响。将空间分集与位置分集结合起来，以最大限度地利用接收信号功率，完成对信号中核心数据的提取，改善信号接收性能，保障不间断通信。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
另外，以上对本发明实施例所提供的基于空间分集和位置分集相结合的接收方法及***进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于空间分集和位置分集相结合的接收方法，其特征在于，包括如下步骤：
基于2组定向天线中的多个接收通道分别接收列车前后两个基站的毫米波信号，其中：基于列车车头和列车车尾安装2组定向天线，每组定向天线上的同向的两支天线的距离大于最低波长阈值，采用频分复用方式在每组定向天线上获取多个接收通道；
将接收的毫米波信号进行下变频至解调中频解调；
对解调信号进行同频接收分集，形成两路信号；
基于列车上的两个车载控制单元对2组定向天线形成的两路信号进行分集接收；
基于两个车载控制单元的外部接口将接收的信号输出。
2.如权利要求1所述的基于空间分集和位置分集相结合的接收方法，其特征在于，所述最低波长阈值为0.6个波长。
3.如权利要求2所述的基于空间分集和位置分集相结合的接收方法，其特征在于，所述多个接收通道包括至少2个接收通道。
4.如权利要求3所述的基于空间分集和位置分集相结合的接收方法，其特征在于，所述基于所述2组定向天线中的多个接收通道分别接收列车前后两个基站的毫米波信号包括：
所述2组定向天线与前后两个基站通过38GHz无线电通信，采用TDMA协议传输数据。
5.如权利要求1至4任一项所述的基于空间分集和位置分集相结合的接收方法，其特征在于，所述方法还包括：
在分集过程中，对各接收支路进行时延校正。
6.一种基于空间分集和位置分集相结合的接收***，其特征在于，包括：
分集接收模块，用于基于2组定向天线中的多个接收通道分别接收列车前后两个基站的毫米波信号，其中：基于列车车头和列车车尾安装2组定向天线，每组定向天线上的同向的两支天线的距离大于最低波长阈值，采用频分复用方式在每组定向天线上获取多个接收通道；
中频解调模块，用于将接收的毫米波信号进行下变频至解调中频解调；
同频分集模块，用于对解调信号进行同频接收分集，形成两路信号；
信号分集模块，用于基于列车上的两个车载控制单元对2组定向天线形成的两路信号进行分集接收；
外部接口模块，用于基于两个车载控制单元的外部接口将接收的信号输出。
7.如权利要求6所述的基于空间分集和位置分集相结合的接收***，其特征在于，所述最低波长阈值为0.6个波长。
8.如权利要求7所述的基于空间分集和位置分集相结合的接收***，其特征在于，所述多个接收通道包括至少2个接收通道。
9.如权利要求8所述的基于空间分集和位置分集相结合的接收***，其特征在于，所述分集接收模块中的2组定向天线与前后两个基站通过38GHz无线电通信，采用TDMA协议传输数据。
10.如权利要求6至9任一项所述的基于空间分集和位置分集相结合的接收***，其特征在于，所述***还包括：
延时校正模块，用于在分集过程中，对各接收支路进行时延校正。
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