一种面向高速铁路宽带无线通信的快速光波长切换方法与流程

本发明涉及光载无线通信方法，特别是在高速铁路宽带无线接入、网络覆盖场景下的光波长快速切换的通信方法。

背景技术：

当前，中国建立了世界最大规模的高速铁路网，运营里程超过2.2万公里，占全球65％以上。现有铁路综合数字移动通信系统(gsm-r)虽能够应用于高速铁路(>250km/h)，但因传输速率受限而无法满足各种新兴业务如新媒体、高清视频、虚拟现实/增强现实(vr/ar)等带来的高速旅客日益增长的无线接入速率需求。为适应高速铁路中宽带接入需求，基于卫星通信，泄露电缆，现有移动通信网络，wimax等技术的不同无线接入方案先后被提出。其中，基于光载无线技术(rof)的铁路宽带无线接入方案因其将光纤通信与无线通信结合起来，能够利用光纤的低损耗、高带宽的特性来提升无线接入的带宽，受到了广泛的关注(b.lannoo,d.colle,m.pickavet,andp.demeester,“radio-over-fiberbasedsolutiontoprovidebroadbandinternetaccesstotrainpassengers,”ieeecommunicationsmagazine,vol.45,no.2,pp.56–62,2007)。

典型的光载无线技术(rof)方案包含一个中心处理单元和若干个远端无线接入点组成，它们之间用光纤连接。在铁路应用场景中，利用铁路沿线分布的远端射频单元(rru)对高速运行的列车进行无线覆盖。其优势是中心处理单元负责集中控制、基带处理等，而分布在铁路沿线的远端射频单元大为简化而只负责射频信号的收发和放大，从而使布网的成本大大降低，系统操作、控制和维护也很灵活。

需要指出的是，在上述应用于铁路场景的rof网络中，每个远端射频单元与特定光波长匹配，即固化的光载波。运动的列车在不同的远端射频单元覆盖区间切换时，一般需要通过光开关等方式来不断地实现光波长的切换。而在高速铁路的特定场景中，列车的高速行驶将导致越区切换非常频繁，同时高速移动也对系统处理切换的最小延时提出了更高要求。例如，列车速度足够快以至于穿越单个远端射频单元无线覆盖区间的时间小于系统处理波长切换的最小时延，会导致掉话，降低用户体验。因此，在高速移动场景下，克服频繁切换和减少切换时延是目前高速铁路无线接入系统需要关注的重点和难点。

技术实现要素：

鉴于光载无线接入方案在高速铁路的应用优势以及上述典型rof方案在高速铁路快速波长切换中的不足，本发明旨在提供一种面向高速铁路宽带无线通信的快速可靠光波长切换方案，以满足高速铁路应用场景中宽带无线接入需求，克服该场景下频繁波长切换问题。

本发明的目的通过如下手段来实现。

一种面向高速铁路宽带无线通信的快速可靠光波长切换方案，主要步骤如下：列车在整个路段内运行过程中，一个光波长支撑一列高速列车的宽带无线接入业务，不同波长光载波在波分复用模式下通过光纤链路由光线路终端传输到该路段沿线分布的多个远端射频单元；多个远端射频单元呈带状覆盖铁路沿线区域，不同的远端射频单元包含所有的光波长资源，在整个列车运行的过程中，某一固定波长被分配给所述列车以支持其宽带无线接入服务；列车从一个远端射频单元覆盖区间高速进入到另一个远端射频单元覆盖区间时，列车所占用的光波长资源和上一区间形同而无需进行频繁的波长切换，以保证高速列车运行过程中无线通信的平稳性和可靠性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1).利用光载无线技术，利用集中处理的方式降低网络建设成本，方便系统的集中管理和维护，有效地提高系统性能；

2).所有的远端射频单元都包含所有的光波长资源，列车在各个远端射频单元所覆盖的区间之中高速运行期间，始终占用同一光波长资源(或光载波)，从而避免了因远端射频单元(rru)或者小区快速切换而需要的频繁光波长切换，提供了零时延、无需开关切换的光波长切换解决方案，从而保证高铁运营和无线通信的平稳性和可靠性。

附图说明

图1是本发明光波长切换方案的示意图。

图2是本发明以4组远端射频单元为例的列车在不同区间运行时的波长切换管理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施作进一步的描述。

列车在整个路段内运行过程中，一个光波长(即一个波长的光载波)支撑一列高速列车的数据容量，不同波长光载波在波分复用模式下通过光纤链路20由光线路终端10传输到该路段沿线分布的多个远端射频单元30、31、32、33(参见图1)；每个远端射频单元30(或31或32或33)呈带状覆盖铁路沿线区域，每个远端射频单元30包含所有的光波长资源，在整个列车高速运行的过程中，某一固定波长被分配给所述列车支持其宽带无线接入服务；列车从一个远端射频单元覆盖区间进入到另一个远端射频单元覆盖区间时，列车所占用的光波长资源和上一区间一样，在整个列车运行的过程中始终占用同样的波长资源无需进行波长切换。

实际执行过程为：区别于典型rof接入方案，在所提的方案中每个远端射频单元(rru)不与某一特定的光载波波长匹配，而是同时拥有所有的波长资源。下面如图2所示，以4组rru为例介绍该方案下列车在不同区间运行时的波长切换机制。

时刻1，处于rru1到rru4所覆盖的区间中的四组列车t1，t2，t3，t4分别被分配波长为λ1，λ2，λ3，λ4的光载波用作无线接入。

时刻2，在时刻1处于rru3的区间列车t1移动到rru2区间，为了消除波长切换所带来的延时，该列车在rru2区间同样被分配λ3作为光载波。同理，时刻1处于rru4和rru2的列车t4，t2分别进入rru3和rru1区间，同样为了避免波长切换，在新的区间里，给这些列车分配的波长和其在时刻1一样，分别为λ4和λ2。而空闲出来的波长λ1则分配给新进入rru4的列车t5用作无线接入。

时刻3，t3处于rru1的区间，仍然占有λ3波长资源，t4处于rru2区间，占有同前面时刻一样的λ4波长。t5在新的区间rru3所占的波长资源也仍是其最开始分配的波长λ1。而空闲出来的λ2被分配给新进入rru4区间的列车t6。

这样，该方案可以保证在整个列车高速运行的过程中始终占用同样的波长资源，从而避免了频繁的波长切换，保证高铁无线通信的平稳性和可靠性

综合以上所述，本发明具有如下特征：1).利用光载无线技术，利用集中处理的方式降低网络建设成本，方便系统的集中管理和维护，有效地提高系统性能；2).所有的远端射频单元都包含所有的光波长资源，列车在各个远端射频单元所覆盖的区间之中高速运行期间，始终占用同一光波长资源(或光载波)，从而避免了因rru或者小区快速切换而需要的频繁光波长切换，提供了零时延、无需开关切换的光波长切换解决方案，从而保证高铁运营和无线通信的平稳性和可靠性。

以上所陈述的仅仅是本发明的优选实施方式，应当指出，在不脱离本发明方法和核心装置实质的前提下，在实际实施中可以做出若干更改和润色也应包含在本发明的保护范围以内。