一種用于高速鐵路的信道預(yù)測(cè)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無(wú)線通信，尤其設(shè)及通信信號(hào)處理。
【背景技術(shù)】
[0002] 在無(wú)線通信過(guò)程中，信號(hào)所經(jīng)過(guò)的無(wú)線信道具有很大的隨機(jī)性，所W需要預(yù)測(cè)無(wú) 線信道對(duì)信號(hào)造成的影響，W保證無(wú)線通信的質(zhì)量。隨著交通方式的發(fā)展，在高速鐵路的無(wú) 線通信過(guò)程中進(jìn)行信道預(yù)測(cè)成為了難點(diǎn)。通常為滿足在高速鐵路中的無(wú)線通信的要求，采 用雙層網(wǎng)絡(luò)模型，來(lái)避免無(wú)線信號(hào)在穿透列車車廂時(shí)的能量損耗并解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架導(dǎo)致 的群切換的問(wèn)題。該雙層網(wǎng)絡(luò)模型可被布置為：在列車車廂內(nèi)部安裝中繼設(shè)備，來(lái)對(duì)車廂內(nèi) 的信號(hào)與列車外的基站進(jìn)行中繼，并使該中繼設(shè)備采用低速通信方案（例如WiFi)與車廂 內(nèi)的用戶通信，從而節(jié)約通信資源。由于高速鐵路列車的車速非常快，使得該中繼設(shè)備相對(duì) 于列車外的基站高速地移動(dòng)，從而導(dǎo)致在該中繼設(shè)備與基站之間的無(wú)線信道快速地變化。 因此，需找到一種適用于高速鐵路的信道預(yù)測(cè)的方法。
[0003] 然而，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)高速鐵路中的信道預(yù)測(cè)的效果并不理想。傳統(tǒng)的信道預(yù)測(cè)的方 法是基于統(tǒng)計(jì)信息而進(jìn)行的，例如由瑞典烏普薩拉大學(xué)的化Aronsson發(fā)表于2011年的 名為"ChannelestimationandpredictionforMIMOOFDMsystems-Keydesignand performanceaspectsofKalman-basedalgorithms"的博:t論文中所設(shè)及的通過(guò)使用卡 爾曼濾波器的信道預(yù)測(cè)的方法。該方法通過(guò)假設(shè)信道的歷史信息與信道的未來(lái)信息之間存 在高相關(guān)性，并且利用信道的歷史信息，來(lái)預(yù)測(cè)信道的未來(lái)信息。該方法可W實(shí)現(xiàn)0. 1到 0. 3個(gè)信號(hào)載波波長(zhǎng)的信道預(yù)測(cè)。然而，高速鐵路的列車的移動(dòng)速度非常快，在對(duì)信道進(jìn)行 預(yù)測(cè)并將預(yù)測(cè)后的信息返回至基站的時(shí)間（即時(shí)延）內(nèi)，高速鐵路的列車移動(dòng)了較長(zhǎng)的距 離。例如，如果高速鐵路的平均時(shí)速為350到500km/h，無(wú)線通信的信號(hào)的載波為2GHz，則 在時(shí)延Ims內(nèi)，列車移動(dòng)了約0. 64到0. 93個(gè)信號(hào)載波波長(zhǎng)的距離，其遠(yuǎn)大于0. 1到0. 3個(gè) 信號(hào)載波波長(zhǎng)。在運(yùn)段列車移動(dòng)的距離內(nèi)，無(wú)線信道發(fā)生了非常大的變化，使得實(shí)際的無(wú)線 信道與預(yù)測(cè)的無(wú)線信道的相關(guān)性不高，從而難W滿足上述方法中的假設(shè)條件。因此，由于上 述方法的信道預(yù)測(cè)的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于需要進(jìn)行信道預(yù)測(cè)的距離，而導(dǎo)致其并不適合被用于高 速鐵路的信道預(yù)測(cè)。
[0004] 為解決上述信道預(yù)測(cè)距離短的問(wèn)題，在2012年由！.Sternad等人發(fā)表于IE邸 WirelessCommunicationsandNetworkingConferenceWorkshops(WCNCW)的名為 "Using^predictorsntennss'forlong-r曰ngepredictionoff曰stf曰dingformoving relays"的文章中，W及在 2014 年由N.Jamaly等人發(fā)表于 8th!EuropeanConferenceon AntennasandPropagation(EuCAP)的名為"Analysisandmeasurementofmultiple antennasystemsforfadingchannelpredictioninmovingrelays" 的文章中，提出 了通過(guò)添加預(yù)測(cè)天線W進(jìn)行對(duì)公交車的車地鏈路的信道預(yù)測(cè)的方法。該方法在移動(dòng)的公交 車上設(shè)置傳輸天線，并在公交車的運(yùn)行路線的前方增加預(yù)測(cè)天線。由于，隨著公交車的移 動(dòng)，傳輸天線會(huì)在一段時(shí)間后移動(dòng)到預(yù)測(cè)天線的位置上，因此，可W將預(yù)測(cè)天線的信道作為 對(duì)傳輸天線的信道的預(yù)測(cè)。通過(guò)將預(yù)測(cè)天線設(shè)置在不同的位置（例如距離傳輸天線幾個(gè) 信號(hào)載波波長(zhǎng)的位置），該方法可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的信道預(yù)測(cè)，并且可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同距離的信道預(yù) 。然而，由于預(yù)測(cè)天線的位置難W根據(jù)需要而靈活地改變，因此上述方法難W實(shí)現(xiàn)對(duì)任意 距離的信道預(yù)測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)〇化]因此，本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種適合于高速鐵路的 信道預(yù)測(cè)的方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 一種用于高速鐵路的信道預(yù)測(cè)的方法，包括：
[0007] 確定需要進(jìn)行信道預(yù)測(cè)的距離；
[0008] 根據(jù)列車的當(dāng)前位置W及需要進(jìn)行信道預(yù)測(cè)的距離，計(jì)算出要進(jìn)行信道預(yù)測(cè)的列 車的位置；
[0009] 根據(jù)要進(jìn)行信道預(yù)測(cè)的列車的位置，在射頻環(huán)境映射數(shù)據(jù)庫(kù)中查找對(duì)應(yīng)的信道數(shù) 據(jù)；
[0010] 其中，所述射頻環(huán)境映射數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存高速鐵路路線中不同位置的信道數(shù)據(jù)，信道 數(shù)據(jù)能夠用于獲得與不同位置相對(duì)應(yīng)的信道的每條徑的時(shí)延和信道的增益。
[0011] 上述方法進(jìn)一步包括：對(duì)查找到的信道數(shù)據(jù)與通過(guò)使用卡爾曼濾波器或者預(yù)測(cè)天 線所獲得的信道數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均，W作為新的信道數(shù)據(jù)。
[0012] 在加權(quán)平均中，查找到的信道數(shù)據(jù)所占的權(quán)重大于通過(guò)使用卡爾曼濾波器或者預(yù) 測(cè)天線所獲得的信道數(shù)據(jù)。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0014] 所支持的信道預(yù)測(cè)的距離可W遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)單獨(dú)使用卡爾曼濾波器的信道預(yù)測(cè)的距 離，從而滿足針對(duì)高速鐵路的長(zhǎng)距離的信道預(yù)測(cè)的要求；
[0015] 并且，可W實(shí)現(xiàn)任意距離的信道預(yù)測(cè)，因此相比于現(xiàn)有的預(yù)測(cè)天線的方法，本發(fā)明 具有更好的適應(yīng)實(shí)際反饋實(shí)驗(yàn)變化的能力。
【附圖說(shuō)明】
[0016] W下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明，其中：
[0017] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于高速鐵路的信道預(yù)測(cè)的方法的流程圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明的使用射頻環(huán)境映射數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行實(shí)時(shí)信道預(yù)測(cè)的流程圖。
[0019] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的用于高速鐵路的信道預(yù)測(cè)的方法的流程圖；
【具體實(shí)施方式】
[0020] 由于高速鐵路的運(yùn)行路線具有固定性及重復(fù)性，并且在固定線路上的信道是可再 現(xiàn)的，因此，本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，可W預(yù)先測(cè)量并記錄在高速鐵路路線中的不同位置處 的信道數(shù)據(jù)，W及在需要進(jìn)行信道預(yù)測(cè)的時(shí)候，可W根據(jù)列車所在的位置查找預(yù)先記錄的 信道數(shù)據(jù)，從而完成信道預(yù)測(cè)。
[0021] 為實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程，需要在高速鐵路路線中的不同位置處，預(yù)先獲取信道數(shù)據(jù)。可W 根據(jù)需要在路線中選擇多個(gè)位置X。對(duì)于同一條高鐵路徑，可W記錄較多數(shù)量的位置X的信 道信息，W對(duì)應(yīng)于更靈活的信道預(yù)測(cè)距離W及更大數(shù)量的數(shù)據(jù)。所述信道數(shù)據(jù)可W通過(guò)現(xiàn) 有任一已知的方式來(lái)獲取，例如，可W使一個(gè)已知的檢測(cè)信號(hào)通過(guò)位置X處的信道，來(lái)獲取 接收到的信號(hào)，并由此確定該位置X處的信道信息（例如在頻域內(nèi)，信道等于接收到的信號(hào) 與檢測(cè)信號(hào)的比值）。
[0022] 將在高速鐵路路線中各個(gè)位置處獲得的信道數(shù)據(jù)用于構(gòu)建射頻環(huán)境映射數(shù)據(jù)庫(kù) (REMDat油ase,Radio化vironmentMapDat油ase)，該射頻環(huán)境映射數(shù)據(jù)庫(kù)用于儲(chǔ)存被表 達(dá)成某種形式的信道數(shù)據(jù)，所述信道數(shù)據(jù)能夠用于獲得與高速鐵路路線中的位置X相對(duì)應(yīng) 的所述信道的每條徑的時(shí)延和所述信道的增益。
[0023] 例如，可W在數(shù)據(jù)庫(kù)中，錄入如下形式的數(shù)據(jù)：
[0024] …
[00巧]其中，在每個(gè)位置X處對(duì)應(yīng)一個(gè)具有Ly條徑的多徑信道，第i條徑的功率、時(shí)延和 相位分別為Pi,x、T和巧孫其中i= 1，2, . . .，Lx。
[00%] 還可W在數(shù)據(jù)庫(kù)中，錄入如下形式的數(shù)據(jù)：
(2、
[0028] 其中，第i條徑的信道的復(fù)數(shù)增益為hw。相對(duì)應(yīng)的功率Pw可W被表示為信道的 復(fù)數(shù)增益的幅值的平方Pw=IhWI2,相對(duì)應(yīng)的相位辟::。可W被表示為信道的復(fù)數(shù)增益的幅 角鴉廟擬織沙:誠(chéng).]。：
[0029] 在射頻環(huán)境映射數(shù)據(jù)庫(kù)中，位置的粒度取決于信道預(yù)測(cè)所需要的精度。例如，對(duì) 于需要為每個(gè)OFDM符號(hào)均給出一個(gè)頻偏估計(jì)值的情況，可W由列車運(yùn)行速度與每個(gè)完整 OFDM符號(hào)時(shí)長(zhǎng)的乘積計(jì)算出位置之間的間隔。在列車的實(shí)際運(yùn)行中，還可W進(jìn)一步地更新 校準(zhǔn)射頻環(huán)境映射數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，W確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。
[0030] 相應(yīng)的，在進(jìn)行信道預(yù)測(cè)的時(shí)候，可W根據(jù)運(yùn)行中的列車的實(shí)時(shí)位置W及需要進(jìn) 行預(yù)測(cè)的距離，在射頻環(huán)境映射數(shù)據(jù)庫(kù)中查找對(duì)應(yīng)的信道信息。
[0031] 其中，可W通過(guò)諸如GI^定位的方式獲得列車的當(dāng)前位置X';可W設(shè)定需要進(jìn)行 預(yù)測(cè)的距離1，也可W根據(jù)空口的反饋時(shí)延T、列車的實(shí)時(shí)速度U來(lái)計(jì)算需要進(jìn)行預(yù)測(cè)的 距罔，1二口X T。
[0032] 由于，在相鄰位置處，信道的相干性很高，信道的復(fù)數(shù)增益之間的差異較小。因此， 可W參考列車在一段時(shí)間內(nèi)的平均行駛速度，來(lái)確定對(duì)X、U的更新速度；可W參考相鄰 位置的信道（即在相干帶寬W內(nèi)的信道）的相干性，來(lái)確定對(duì)1的更新頻率。較高的更新 頻率有利于獲取更準(zhǔn)確的信道預(yù)測(cè)結(jié)果，并且對(duì)應(yīng)于產(chǎn)生更多的數(shù)據(jù)W及更高的方法的復(fù) 雜度。例如，在列車平均速度較低時(shí)，列車在一段時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離較短。又例如，當(dāng)信道 的相干性很高時(shí)，允許計(jì)算出的需要進(jìn)行信道預(yù)測(cè)的距離1與其實(shí)際值之間存在一定的誤 差。因此，可W相應(yīng)地降低更新頻率，W降低方法的復(fù)雜度。
[0033] 在通過(guò)設(shè)定，或者通過(guò)計(jì)算獲得了需要進(jìn)行信道預(yù)測(cè)的距離1之后，可W根據(jù)列 車的當(dāng)前位置X'來(lái)預(yù)測(cè)進(jìn)行信道預(yù)測(cè)的列車的位置X。根據(jù)列車運(yùn)行的方向，X=X' +1 或X= -1。
[0034] 同樣地，由于相鄰位置的信道具有高相干性，因此可將進(jìn)行信道預(yù)測(cè)的列車的位 置X用于在諸如式（1)和（2)所示出的射頻環(huán)境映射數(shù)據(jù)庫(kù)中查找