专利名称：一种高速列车无线频谱接入方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术领域的无线频谱接入技术，具体涉及一种高速列车无线频谱接入方法。
背景技术：
高速列车，例如飞机和高速火车，将在人们的生活中扮演越来越重要的角色。高速列车上的乘客将需要更多的宽带无线多媒体服务，因此，宽带无线通信技术将是高速列车的必备技术之一。然而，基于高速列车的宽带无线通信面临着一个严峻的挑战便是频谱资源匮乏问题。近些年来，人们发现电视信道的频谱利用率很低，并考虑在不影响电视用户的情况下，利用空闲的电视信道进行接入通信。为了不对电视用户产生干扰，高速列车只能接入当前电视用户没有使用的信道。并且，不同的高速列车之间也不能产生干扰。如果多个高速列车随机的接入电视信道，不但不能保证不影响电视用户，还会严重影响空闲信道的利用率。所以，如何调度多个高速列车接入合适的空闲信道，从而提高空闲信道利用率， 是一个很重要的问题。目前，还没有调度高速列车接入合适空闲频谱的方法。
发明内容
本发明提供一种利用空闲电视信道的高速列车无线频谱接入方法，在不影响电视用户的情况下，实现了高速列车的无线网络通信，并能显著提高空闲电视频谱利用率。一种高速列车无线频谱接入方法，将通信时间进行时隙划分，将目标频带进行信道划分，包括下述步骤(1)初始化步骤各高速列车将当前时隙自身的地理位置坐标和频谱需求发送给高速列车基站，各电视塔将自身的地理位置坐标和占用信道发送给高速列车基站；(2)计算可用信道列表步骤高速列车基站根据各高速列车的地理位置坐标以及各电视塔的地理位置坐标和占用信道，在保证电视塔不被干扰条件下确定每个高速列车可使用的电视塔的占用信道；(3)判定高速列车干扰步骤高速列车基站根据各高速列车的地理位置坐标，判定间距小于安全通信距离的任意两个高速列车之间存在潜在干扰；(4)信道分配步骤高速列车基站依据各高速列车的可用频谱列表对各高速列车进行可用信道分配，得到多个高速列车信道分配组合，将其中存在两个高速列车被分配同一频段且两者之间有潜在干扰的高速列车信道分配组合剔除，在剔除后的高速列车信道分配组合中选出所有高速列车被分配的信道数总和最大的组合为最佳信道分配结果；(5)通信步骤高速列车基站将最佳信道分配结果发送给各高速列车，各高速列车在当前时隙内利用最佳信道分配结果指定的信道进行通信。本发明根据高速列车的地理位置、频谱需求，以及电视塔的地理位置和所使用的信道，在每个时隙以最优调度矩阵调度高速列车接入空闲电视信道。与高速列车随机接入空闲电视信道的方法相比，本发明能提高空闲电视频谱利用率。在具体给定的参数条件下，随机方法的频谱利用率达到51. 667%，利用本发明求解的最优调度向量，频谱利用率达到 93. 333%，频谱利用率提高了约42% ；有效提高空闲电视频谱利用率。
图1是本发明系统框N M图2是本发明n^xH^i^’"的求解过程的流程图。
n=\ m=\
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进一步说明如图1所示，本发明包括初始化步骤、计算可用信道列表步骤、计算高速列车相互干扰步骤和计算最优调度矩阵步骤。本发明将通信时间划分为时隙，将目标频带平均划分为N个信道，一般N为1 1000000，包括下述步骤一 .初始化步骤各高速列车将当前时隙自身的地理位置坐标、频谱需求发送给高速列车基站。各电视塔将自身地理位置坐标、自身占用信道发送给高速列车基站。二 .计算可用信道列表步骤高速列车基站根据各高速列车将当前时隙自身的地理位置坐标、运动速度和方向，以及各电视塔将自身地理位置坐标、自身占用信道，分别计算出可以被各高速列车使用的信道列表，计算方法如下令m表示其中任意一个高速列车， η表示其中任意一个信道，则
αν Ιο,其他其中，巧’"=1表示高速列车m可以使用信道η，Ρ: =O表示高速列车m不可以使用信道n，^f表示电视塔P1的通信半径，表示电视塔P1的被感知半径，表示高速列车的干扰半径，表示电视塔P1和高速列车m在当前时隙内的最短距离，g=表示使用信道η 的电视塔集合。三.计算高速列车相互干扰步骤高速列车基站根据各高速列车将当前时隙自身的地理位置坐标、运动速度和方向，计算出任意两个高速列车之间是否存在干扰，计算方法如下
Λ 其他 其中，F=; = 1表示高速列车Hii和！^在当前时隙内如果使用相同的信道，就有可能相互干扰。F=; =O表示高速列车在当前时隙内不可能相互干扰，"表示高速列车 Hlj的通信半径，Pf表示高速列车Hli的干扰半径， ζ"表示高速列车Hli和！^在当前时隙内的
FmJ
Wii最短距离。四.计算最优调度矩阵步骤将满足式子
权利要求
1.一种高速列车无线频谱接入方法，将通信时间进行时隙划分，将目标频带进行信道划分，该方法包括下述步骤(1)初始化步骤各高速列车将当前时隙自身的地理位置坐标和频谱需求发送给高速列车基站，各电视塔将自身的地理位置坐标和占用信道发送给高速列车基站；(2)计算可用信道列表步骤高速列车基站根据各高速列车的地理位置坐标以及各电视塔的地理位置坐标和占用信道，在保证电视塔不被干扰条件下确定每个高速列车可使用的电视塔的占用信道；(3)判定高速列车干扰步骤高速列车基站根据各高速列车的地理位置坐标，判定间距小于安全通信距离的任意两个高速列车之间存在潜在干扰；(4)信道分配步骤高速列车基站依据各高速列车的可用频谱列表对各高速列车进行可用信道分配，得到多个高速列车信道分配组合，将其中存在两个高速列车被分配同一频段且两者之间存在潜在干扰的高速列车信道分配组合剔除，在剔除后剩下的高速列车信道分配组合中选出所有高速列车被分配的信道数总和最大的组合作为最佳信道分配结果；(5)通信步骤高速列车基站将最佳信道分配结果发送给各高速列车，各高速列车在当前时隙内利用最佳信道分配结果为其指定的信道进行通信。
2.如权利要求1所述的高速列车无线频谱接入方法，其特征在于所述步骤O)中的可用信道计算方法为
3.如权利要求1所述的高速列车无线频谱接入方法，其特征在于所述步骤( 确定两高速列车潜在干扰的具体方法为
4.如权利要求1所述的高速列车无线频谱接入方法，其特征在于所述步骤中最佳信道分配结果的计算方法为
5.如权利要求4所述的调度高速列车接入空闲电视信道的方法，其特征在于 所述步骤(4)具体为(41)高速列车分组对各高速列车分组，其中任一组内的高速列车不会与另外一组内的高速列车存在潜在干扰；(42)分别对每一组高速列车按照下述方式构建组合树(421)对一组高速列车进行频谱分配，得到该组高速列车的多个调度矩阵δ，δ的第m 行第η列元素《=1表示高速列车m被分配信道n’《=0表示高速列车m没有被分配信道 n，《的编号为(m-l)N+n;(422)对于任意一个调度矩阵，将元素值为1的元素的编号从小到大排列构成一个序列；(423)以序列为树节点进行树构建，树中的子节点的序列元素数比父节点的序列元素数大1，且多出的这个元素值大于父节点所有的元素值，一个父节点的所有子节点按照多出的元素值从小到大，从左到右在树中依次排列；(43)分别对每组高速列车按照下述方式搜索最优调度矩阵从一组高速列车对应树的根节点开始，按照广度优先搜索或深度优先原则对树进行遍历，遍历中对满足约束条件严
全文摘要
一种高速列车无线频谱接入方法，属于无线通信技术领域的无线频谱接入技术。本发明首先在保证电视塔不被干扰条件下确定每个高速列车可使用的电视塔的占用信道，然后判定间距小于安全通信距离的任意两个高速列车之间存在潜在干扰，最后依据各高速列车的可用频谱列表对各高速列车进行可用信道分配，得到多个高速列车信道分配组合，并将其中存在两个高速列车被分配同一频段且两者之间有潜在干扰的高速列车信道分配组合剔除，在剔除后的高速列车信道分配组合中选出所有高速列车被分配的信道数总和最大的组合为最佳信道分配结果。本发明在每个时隙以最佳信道分配结果调度高速列车接入空闲电视信道，有效提高空闲电视频谱利用率。
文档编号H04W74/04GK102325381SQ201110266158
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月8日 优先权日2011年9月8日
发明者屈代明, 江涛, 王志强, 陈达 申请人:华中科技大学