一种基于多小区融合的LTE/5G通信方法与流程

一种基于多小区融合的lte/5g通信方法
技术领域
1.本发明涉及无线通信技术领域，具体为一种基于多小区融合的lte/5g通信方法。


背景技术：

2.截至目前，中国已经是世界上高速铁路系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行速度最高、在建规模最大的国家，高铁的建设为人民带来了极大的便捷。
3.然而，当坐高铁时，乘客的手机、平板等设备经常接收不到信号，这是由于列车在高速运动中，在各个通信基站之间快速移动，列车速度越快，基站切换间隔越短，导致手机等设备难以接收到完整、连续的信号。同时，高铁线路经过的区域多为人烟稀少地区，基站密度较小，也会影响信号。列车上的设备与基站连接期间，速度过快会引起多普勒频移，造成接收机解调恶化，影响信号，随着5g的发展，铁路沿线也在布局5g基站，而频率更高的5g信号会使多普勒频移现象更明显，严重影响乘客的体验，目前应用较成熟的lte采用ofdm正交频分复用技术，对载波频率频移更加明显，当列车上的乘客位于基站之间重叠部分时，会产生信号接收冲突，出现吞吐率下降甚至是话务量丢失等问题，这些问题亟需解决，因此，设计切换稳定和通信质量高的一种基于多小区融合的lte/5g通信方法是很有必要的。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于多小区融合的lte/5g通信方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于多小区融合的lte/5g通信方法，包括该方法采用的铁路lte或5g通信优化系统，所述铁路lte或5g通信优化系统包括基站调节模块、信号优化模块、切换优化模块，所述基站调节模块与信号优化模块通过网络无线连接，所述信号优化模块与切换优化模块电连接，所述基站调节模块用于对可伸缩基站进行动态调节，所述信号优化模块用于解决列车高速移动时频偏的问题，对信号进行优化，所述切换优化模块用于完善信号在相邻小区间切换时的干扰问题，所述信号优化模块包括时域拆分模块、解调信号放置模块、偏移量估算模块，所述时域拆分模块与解调信号放置模块通过网络无线连接，所述时域拆分模块用于将信号传播时所在时域拆分为更高的密度分布，所述解调信号放置模块用于放置额外的解调信号，所述偏移量估算模块用于根据列车移动速度和信号频率估算频偏量。
6.根据上述技术方案，所述基站调节模块包括识别定位模块、角度计算模块、伸缩高度计算模块、调节模块，所述识别定位模块与角度计算模块电连接，所述伸缩高度计算模块与调节模块电连接，所述识别定位模块用于识别列车并进行定位，所述角度计算模块用于根据基站主瓣发射点与列车的距离计算最佳倾斜角度，所述伸缩高度计算模块用于计算基站的伸缩量，所述调节模块用于对基站进行调节。
7.根据上述技术方案，所述切换优化模块包括pci识别模块、小区融合模块、蜂窝组合模块，所述pci识别模块与小区融合模块、蜂窝组合模块通过无线网络连接，所述pci识别
模块用于识别各个小区的物理标识，所述小区融合模块用于将相邻小区融合为带有同一物理标识的小区，所述蜂窝组合模块用于组合蜂窝网络。
8.根据上述技术方案，所述一种基于多小区融合的lte/5g通信方法包括以下步骤：
9.步骤s1：铁路沿线设有通信基站，相邻两个基站组成一个小区，基站的收发台可调节角度和伸缩高度；
10.步骤s2：列车上带有标识读取单元，录有列车的速度、高度信息，当列车进入基站信号范围内时，基站上的识别定位模块自动识别列车并定位；
11.步骤s3：列车进入基站范围后，列车上的设备会发送信号到基站的收发台，完成信号的传输，列车的速度和信号频率会使信号传输过程中产生多普勒频偏，影响信号的质量，信号优化模块对信号的传播质量进行优化；
12.步骤s4：列车从一个小区行驶到另一个小区时，基带发生变化，信号传输出现切换，影响传输质量，切换优化模块在这个过程中进行信号传输的切换优化。
13.根据上述技术方案，所述步骤s1进一步包括一下步骤：
14.步骤s11：基站初始高度为l，单位为米，收发台方向与基站竖直方向夹角为θ；
15.步骤s12：列车进入基站范围内后，基站识别出列车型号，并获取列车的高度信息h与时速信息；
16.步骤s13：当列车行驶到收发台的信号发射落点后，识别定位模块定位到列车的前车轮位置，角度计算模块开始计算收发台的信号发射方向与列车车轮的夹角，保证信号直射径能从列车玻璃穿过，减少信号从车顶穿过的几率；
17.步骤s14：根据列车高度h和列车与基站的水平距离d计算基站天线伸缩量δh；
18.步骤s15：列车驶出基站信号范围后，基站天线恢复为原始高度，等待下一辆列车进入。
19.根据上述技术方案，所述步骤s14中，天线伸缩量δh的计算方法为：
20.基站天线发射方向与竖直方向夹角为θ，列车与基站的水平距离为d，单位为米，基站初始高度为l，单位为米，列车的高度为h，单位为米，根据角度可以计算出基站天线的伸缩量δh。
21.根据上述技术方案，所述步骤s14中，基站天线伸缩量δh的计算公式为：
[0022][0023]
其中，基站天线原始高度为最大值，列车进入基站的信号范围时，基站天线伸缩量δh为负值，当列车原理基站的信号范围时，基站天线伸缩量δh为正值。
[0024]
根据上述技术方案，所述步骤s3进一步包括以下步骤：
[0025]
步骤s31：列车进入基站的信号范围后，列车内的手机设备向基站收发台发送固定时域下不同频率的信号；
[0026]
步骤s32：当列车速度过快时，信号的频率与对应的时域会发生偏移，收发台的信号频率与时域信号产生错位无法对接，造成信号波动，设备产生网络延迟；
[0027]
步骤s33：解调信号放置模块将时域划分为多个时域点，并依次放入解调信号，减少信号的波动；
[0028]
步骤s34：解调信号放置完毕后，对于发生偏移的信号，需估算其偏移量，并调整收
发台相应的时域信号。
[0029]
根据上述技术方案，所述步骤s34中，信号在传输过程中的多普勒频移fd的计算方法为：
[0030]
火车的移动方向与信号入射波方向夹角为θ，火车经过基站范围的速度为v，c为电磁波传播速度，为固定值，c＝3*108m/s，f为基站的载波频率，信号在传输过程中的多普勒频移fd的计算公式为：
[0031][0032]
其中，多普勒频移fd与火车的速度v成正比，与基站的频率f成正比，因此，火车速度越快，多普勒频移造成的信号偏移越明显，基站的载波频率越高，多普勒频移造成的信号偏移越明显，在信号交叠处采用频率相对较低的lte较为合适。
[0033]
根据上述技术方案，所述步骤s42进一步包括以下步骤：
[0034]
步骤s421：基站分布于铁轨两侧，共同构成蜂窝网络集；
[0035]
步骤s422：小区融合后，蜂窝网络需重新组合，防止信号叠加干扰；
[0036]
步骤s423：小区内基站总带宽为f，信道带宽为fd，小区融合量为3n，融合后每个小区的可用信道数量n的计算公式为：
[0037][0038]
其中，在总带宽一定的情况下，小区数量越少，融合后每个小区的可用信道量越多。
[0039]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，
[0040]
(1)通过设置有基站调节模块，可以对基站进行动态调节，实现基站范围内保持最佳信号；
[0041]
(2)通过设置有信号优化模块，对传输过程中的信号进行优化，提高用户的上网体验；
[0042]
(3)通过设置有切换优化模块，当列车在不同基站范围内穿梭时，保证切换流畅，降低因切换基站导致的网络卡顿；
[0043]
(4)通过设置有解调信号放置模块，在信号传输过程中对发生偏移的信号放置解调信号，减少多普勒频移带来的信号波动；
[0044]
(5)通过设置有蜂窝组合模块，将一定数量的蜂窝网络合成整个大型蜂窝网络，减少用户的切换次数，避免频繁切换带来的卡顿。
附图说明
[0045]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0046]
图1是本发明的系统模块组成示意图；
[0047]
图2是蜂窝网络融合的示意图；
[0048]
图3是基站信号接收点与列车的示意图。
具体实施方式
[0049]
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做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。
[0050]
请参阅图1-3，本发明提供技术方案：一种基于多小区融合的lte/5g通信方法，包括该方法采用的铁路lte或5g通信优化系统，铁路lte或5g通信优化系统包括基站调节模块、信号优化模块、切换优化模块，基站调节模块与信号优化模块通过网络无线连接，信号优化模块与切换优化模块电连接，基站调节模块用于对可伸缩基站进行动态调节，信号优化模块用于解决列车高速移动时频偏的问题，对信号进行优化，切换优化模块用于完善信号在相邻小区间切换时的干扰问题，信号优化模块包括时域拆分模块、解调信号放置模块、偏移量估算模块，时域拆分模块与解调信号放置模块通过网络无线连接，时域拆分模块用于将信号传播时所在时域拆分为更高的密度分布，解调信号放置模块用于放置额外的解调信号，偏移量估算模块用于根据列车移动速度和信号频率估算频偏量，由于铁路站区经过高速运动的列车，用户终端穿越切换区的时间变得较短，从而导致切换失败，本发明采用蜂窝融合的方式，减少用户终端的切换次数，提高业务感知体验。
[0051]
基站调节模块包括识别定位模块、角度计算模块、伸缩高度计算模块、调节模块，识别定位模块与角度计算模块电连接，伸缩高度计算模块与调节模块电连接，识别定位模块用于识别列车并进行定位，角度计算模块用于根据基站主瓣发射点与列车的距离计算最佳倾斜角度，伸缩高度计算模块用于计算基站的伸缩量，调节模块用于对基站进行调节，考虑到天线的入射效果以及天线倾角可调范围，对天线添加可伸缩功能，保证信号始终从列车玻璃穿透，减少信号从车顶穿过几率，由于车顶的材质对信号有屏蔽作用，因此需采用技术手段将天线信号的发射方向调整到从玻璃摄入，减少卡顿情况。
[0052]
切换优化模块包括pci识别模块、小区融合模块、蜂窝组合模块，pci识别模块与小区融合模块、蜂窝组合模块通过无线网络连接，pci识别模块用于识别各个小区的物理标识，小区融合模块用于将相邻小区融合为带有同一物理标识的小区，蜂窝组合模块用于组合蜂窝网络，融合后的小区总数量变少，每个小区的信道容量变大，缓解因同时伤亡人数过多造成的卡顿。
[0053]
一种基于多小区融合的lte/5g通信方法包括以下步骤：
[0054]
步骤s1：铁路沿线设有通信基站，相邻两个基站组成一个小区，基站的收发台可调节角度和伸缩高度；
[0055]
步骤s2：列车上带有标识读取单元，录有列车的速度、高度信息，当列车进入基站信号范围内时，基站上的识别定位模块自动识别列车并定位；
[0056]
步骤s3：列车进入基站范围后，列车上的设备会发送信号到基站的收发台，完成信号的传输，列车的速度和信号频率会使信号传输过程中产生多普勒频偏，影响信号的质量，信号优化模块对信号的传播质量进行优化；
[0057]
步骤s4：列车从一个小区行驶到另一个小区时，基带发生变化，信号传输出现切换，影响传输质量，切换优化模块在这个过程中进行信号传输的切换优化。
[0058]
步骤s1进一步包括一下步骤：
[0059]
步骤s11：基站初始高度为l，单位为米，收发台方向与基站竖直方向夹角为θ；
[0060]
步骤s12：列车进入基站范围内后，基站识别出列车型号，并获取列车的高度信息h与时速信息；
[0061]
步骤s13：当列车行驶到收发台的信号发射落点后，识别定位模块定位到列车的前车轮位置，角度计算模块开始计算收发台的信号发射方向与列车车轮的夹角，保证信号直射径能从列车玻璃穿过，减少信号从车顶穿过的几率；
[0062]
步骤s14：根据列车高度h和列车与基站的水平距离d计算基站天线伸缩量δh；
[0063]
步骤s15：列车驶出基站信号范围后，基站天线恢复为原始高度，等待下一辆列车进入。
[0064]
步骤s14中，天线伸缩量δh的计算方法为：
[0065]
基站天线发射方向与竖直方向夹角为θ，列车与基站的水平距离为d，单位为米，基站初始高度为l，单位为米，列车的高度为h，单位为米，根据角度可以计算出基站天线的伸缩量δh，通过改变基站天线的伸缩量，保证信号发射端发出的信号能从列车玻璃穿入，避免射向车顶，造成信号干扰。
[0066]
步骤s14中，基站天线伸缩量δh的计算公式为：
[0067][0068]
其中，基站天线原始高度为最大值，列车进入基站的信号范围时，基站天线伸缩量δh为负值，当列车原理基站的信号范围时，基站天线伸缩量δh为正值。
[0069]
步骤s3进一步包括以下步骤：
[0070]
步骤s31：列车进入基站的信号范围后，列车内的手机设备向基站收发台发送固定时域下不同频率的信号；
[0071]
步骤s32：当列车速度过快时，信号的频率与对应的时域会发生偏移，收发台的信号频率与时域信号产生错位无法对接，造成信号波动，设备产生网络延迟；
[0072]
步骤s33：解调信号放置模块将时域划分为多个时域点，并依次放入解调信号，减少信号的波动；
[0073]
步骤s34：解调信号放置完毕后，对于发生偏移的信号，需估算其偏移量，并调整收发台相应的时域信号。
[0074]
步骤s34中，信号在传输过程中的多普勒频移fd的计算方法为：
[0075]
火车的移动方向与信号入射波方向夹角为θ，火车经过基站范围的速度为v，c为电磁波传播速度，为固定值，c＝3*108m/s，f为基站的载波频率，信号在传输过程中的多普勒频移fd的计算公式为：
[0076][0077]
其中，多普勒频移fd与火车的速度v成正比，与基站的频率f成正比，因此，火车速度越快，多普勒频移造成的信号偏移越明显，基站的载波频率越高，多普勒频移造成的信号偏移越明显，在信号交叠处采用频率相对较低的lte较为合适，因此，在火车停靠站台附近选用频率相对较低的lte，且火车在靠站途中会有一段减速路程，有效缓解因速度过快造成
的多普勒频移现象。
[0078]
步骤s42进一步包括以下步骤：
[0079]
步骤s421：基站分布于铁轨两侧，共同构成蜂窝网络集；
[0080]
步骤s422：小区融合后，蜂窝网络需重新组合，防止信号叠加干扰；
[0081]
步骤s423：小区内基站总带宽为f，信道带宽为fd，小区融合量为3n，融合后每个小区的可用信道数量n的计算公式为：
[0082][0083]
其中，在总带宽一定的情况下，小区数量越少，融合后每个小区的可用信道量越多，当同时上网人数过多时，总带宽一定的情况下，信道量有限，会造成拥堵，采用蜂窝融合后可以显著提高可用信道数量，缓解拥堵现象。
[0084]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0085]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。