本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于空間分集和位置分集相結(jié)合的接收方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在高速鐵路列車運行時，車地通信系統(tǒng)在列車伺服、交通行車安全和指揮調(diào)度中發(fā)揮著重要作用。高鐵系統(tǒng)對車地通信系統(tǒng)的可靠性提出了苛刻的要求。與傳統(tǒng)的低速列車相比，高速列車車地通信系統(tǒng)具有以下特點：

(1)高移動速度。高速鐵路列車運行速度較高，可達380km/h甚至更高，高移動速度導(dǎo)致多普勒擴展，將對無線通信帶來不利影響；

(2)整個系統(tǒng)設(shè)備多、分布廣。在高速列車運行過程中，車輛都必須和地面保持雙向數(shù)據(jù)通信，通信設(shè)備必須相互聯(lián)系，共同保證列車的正常調(diào)度和運行；

(3)數(shù)據(jù)流量大。高速列車上人員眾多，可以達到700人，上網(wǎng)時給車地通信系統(tǒng)信號的傳輸帶寬帶來較大壓力；

(4)可靠性要求嚴。高速列車車地通信系統(tǒng)需要通過空中無線信道將地面與車載系統(tǒng)組成閉合的環(huán)路，而且高速鐵路運行繁忙。因此，車地通信系統(tǒng)必須在干擾及衰落信道環(huán)境中實現(xiàn)可靠、實時的數(shù)據(jù)傳輸。

根據(jù)實現(xiàn)分集的方式不同，一般將其分為空間分集、極化分集、角度分集、頻率分集、時間分集等。其中，空間分集也稱天線分集，是移動通信中使用較多的分集形式，簡單的說，就是采用多付接收天線來接收信號，然后進行合并。為保證接收信號的不相關(guān)性，這就要求天線之間的距離足夠大，在理想情況下，接收天線之間的距離只要波長λ的一半就可以了。

空間分集技術(shù)理論研究較為成熟，國內(nèi)外研究者圍繞分集形式、各種信道環(huán)境下的分集性能開展了大量研究。車地通信應(yīng)用方面，國內(nèi)外已對多信道車地通信系統(tǒng)進行了大量的研究，成功研制了多種應(yīng)用分集技術(shù)的車地通信試驗系統(tǒng)。但是由于商業(yè)保密等因素，一般較難找到分集技術(shù)在車地通信系統(tǒng)中的具體應(yīng)用資料。

高速鐵路車地通信系統(tǒng)工作環(huán)境較惡劣，具有高移動速度、城市及隧道內(nèi)穿行時建筑物的多徑反射等。工作信道環(huán)境存在嚴重的多普勒擴展及大動態(tài)快衰落，在單路接收的情況下即使能加大發(fā)射功率，也不能得到理想的通信效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，高速列車無線通信系統(tǒng)為了加強信號的接收能力，在選用對多普勒頻移和頻率容差不敏感的調(diào)制方式同時，經(jīng)常采用分集技術(shù)對抗多快衰落的影響。分集技術(shù)是利用多條具有近似相等的平均信號強度和相互獨立衰落特性的信號路徑傳輸相同信息，并在接收端對這些信號進行適當(dāng)?shù)暮喜?，以便大大降低多徑衰落的影響，從而改善傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于空間分集和位置分集相結(jié)合的接收方法，包括如下步驟：

基于2組定向天線中的多個接收通道分別接收列車前后兩個基站的毫米波信號，其中：基于列車車頭和列車車尾安裝2組定向天線，每組定向天線上的同向的兩支天線的距離大于最低波長閾值，采用頻分復(fù)用方式在每組定向天線上獲取多個接收通道；

將接收的毫米波信號進行下變頻至解調(diào)中頻解調(diào)；

對解調(diào)信號進行同頻接收分集，形成兩路信號；

基于列車上的兩個車載控制單元對2組定向天線形成的兩路信號進行分集接收；

基于兩個車載控制單元的外部接口將接收的信號輸出。

所述最低波長閾值為0.6個波長。

所述多個接收通道包括至少2個接收通道。

所述基于所述2組定向天線中的多個接收通道分別接收列車前后兩個基站的毫米波信號包括：

所述2組定向天線與前后兩個基站通過38GHz無線電通信，采用TDMA協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。

所述方法還包括：

在分集過程中，對各接收支路進行時延校正。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種基于空間分集和位置分集相結(jié)合的接收系統(tǒng)，包括：

分集接收模塊，用于基于2組定向天線中的多個接收通道分別接收列車前后兩個基站的毫米波信號，其中：基于列車車頭和列車車尾安裝2組定向天線，每組定向天線上的同向的兩支天線的距離大于最低波長閾值，采用頻分復(fù)用方式在每組定向天線上獲取多個接收通道；

中頻解調(diào)模塊，用于將接收的毫米波信號進行下變頻至解調(diào)中頻解調(diào)；

同頻分集模塊，用于對解調(diào)信號進行同頻接收分集，形成兩路信號；

信號分集模塊，用于基于列車上的兩個車載控制單元對2組定向天線形成的兩路信號進行分集接收；

外部接口模塊，用于基于兩個車載控制單元的外部接口將接收的信號輸出。

所述最低波長閾值為0.6個波長。

所述多個接收通道包括至少2個接收通道。

所述分集接收模塊中的2組定向天線與前后兩個基站通過38GHz無線電通信，采用TDMA協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。

所述系統(tǒng)還包括：延時校正模塊，用于在分集過程中，對各接收支路進行時延校正。

在本發(fā)明實施例中基于空間分集和位置分集相結(jié)合的接收方法及系統(tǒng)，以最大限度地利用接收信號功率，完成對信號中核心數(shù)據(jù)的接收，改善通信性能，減小電波傳輸特性變化因素的影響。將空間分集與位置分集結(jié)合起來，以最大限度地利用接收信號功率，完成對信號中核心數(shù)據(jù)的提取，改善信號接收性能，保障不間斷通信。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例中的高速列車分集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例中的基于高速列車下通過空間分集與位置分集的結(jié)合具體應(yīng)用示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例中的基于空間分集和位置分集相結(jié)合的接收方法流程圖；

圖4是本發(fā)明實施例中的基于空間分集和位置分集相結(jié)合的接收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明實施例中的基于空間分集和位置分集相結(jié)合的接收方法，其基于所述2組定向天線中的多個接收通道分別接收列車前后兩個基站的毫米波信號，其中：基于列車車頭和列車車尾安裝2組定向天線，每組定向天線上的同向的兩支天線的距離大于最低波長閾值，采用頻分復(fù)用方式在每組定向天線上獲取多個接收通道；將接收的毫米波信號進行下變頻至解調(diào)中頻解調(diào)；對解調(diào)信號進行同頻接收分集，形成兩路信號；基于列車上的兩個車載控制單元對2組定向天線形成的兩路信號進行分集接收；基于兩個車載控制單元的外部接口將接收的信號輸出。

具體的，圖1示出了本發(fā)明實施例中的高速列車分集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，其采用(1)空間分集，同向的兩支天線距離大于0.6個波長(具體實施過程中根據(jù)實際安裝位置，盡量加大天線間的距離以減小信號間的相關(guān)性)。拾取的兩組信號，能夠提供約3db的分集增益。(2)位置分集：同時在車頭和車尾不同的位置設(shè)置接收裝置，兩個接收裝置分別接收兩組信號，在兩組信號中，如果其中一組產(chǎn)生誤碼，可以選擇另一組保持完整性的信號。兩種分集方式結(jié)合，最大限度地保證了接收信號的完整性。

通過空間分集與位置分集的結(jié)合，形成A、B兩個冗余數(shù)據(jù)通道，具體如圖2中所示，每個數(shù)據(jù)通道又由相應(yīng)的寬帶網(wǎng)絡(luò)、分區(qū)控制單元、光纖網(wǎng)絡(luò)、地面固定基站、車載移動基站和車載移動控制單元構(gòu)成。冗余的A、B兩個數(shù)據(jù)環(huán)路的基站沿軌道間隔布置，通過沿途的基站接力，實現(xiàn)與列車之間的無間斷數(shù)據(jù)傳輸。列車在基站區(qū)間開行過程中，位于列車車頭和車尾的定向天線組分別和前后向的基站建立通信連接，從而同時獲得多個接收通道，于是車載通信系統(tǒng)可以通過分集獲得性能改善。當(dāng)列車跨越基站陰影時，車載通信系統(tǒng)利用分集模塊實現(xiàn)基站切換，保障數(shù)據(jù)的不間斷傳輸。

每個車載設(shè)備在車頭和車尾分別具有一個基站，每個基站具有前向和后向兩個方向的接收鏈路，每個方向的天線由一個收發(fā)天線和一個單收天線組成，前后向的接收鏈路分別接收位于車前方的A環(huán)基站(B環(huán)基站)和后方的B環(huán)基站(A環(huán)基站)發(fā)射信號。

以車載移動站B為例，車載移動站B先將前后兩個方向的天線接收到的毫米波信號下變頻至解調(diào)中頻解調(diào)后，再將每個方向兩個天線收到的信號進行同頻接收分集，形成兩路信號，該兩路信號分別來自地面的A環(huán)基站和B環(huán)基站，該信號送入車載控制單元A和車載控制單元B，這兩個信號在車載控制單元中分別與車載移動站A接收的地面A環(huán)基站和B環(huán)基站的發(fā)射信號再進行一次分集接收，最終的信號通過車載控制單元的對外接口輸出。

在車地通信系統(tǒng)的車載端，為了實現(xiàn)分集和基站切換，可以分別在列車車前和車尾安裝2組定向天線，通過頻分復(fù)用方式共獲得4個接收通道，其中A、B兩個數(shù)據(jù)鏈路各擁有2個接收通道。于是在列車前、后方向上，每個方向可以實現(xiàn)2重接收分集。由于多對天線分別布置于列車的車頭和車尾，各路接收信號經(jīng)空間傳播及電纜傳輸?shù)竭_分集接收機時，相互之間存在數(shù)個碼元時間的時延差，最大可達0.5μs，所以在分集過程中，需要對各接收支路進行時延校正。

具體的，圖3示出了本發(fā)明實施例中的基于空間分集和位置分集相結(jié)合的接收方法流程圖，包括如下步驟：

S301、基于2組定向天線中的多個接收通道分別接收列車前后兩個基站的毫米波信號；

具體實施過程中，基于列車車頭和列車車尾安裝2組定向天線，每組定向天線上的同向的兩支天線的距離大于最低波長閾值，采用頻分復(fù)用方式在每組定向天線上獲取多個接收通道；具體實施過程中，該最低波長閾值滿足0.6個波長以上。具體實施過程中，該多個接收通道包括至少2個接收通道，可以是2個接收通道，也可以3個或者更多等等。

具體實施過程中，2組定向天線與前后兩個基站通過38GHz無線電通信，采用TDMA協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。

S302、將接收的毫米波信號進行下變頻至解調(diào)中頻解調(diào)；

S303、對解調(diào)信號進行同頻接收分集，形成兩路信號；

S304、基于列車上的兩個車載控制單元對2組定向天線形成的兩路信號進行分集接收；

S305、基于兩個車載控制單元的外部接口將接收的信號輸出。

在具體實施過程中，在分集過程中，對各接收支路進行時延校正。

相應(yīng)的，圖4示出了本發(fā)明實施例中的基于空間分集和位置分集相結(jié)合的接收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括：

分集接收模塊，用于基于2組定向天線中的多個接收通道分別接收列車前后兩個基站的毫米波信號。具體實施過程中，基于列車車頭和列車車尾安裝2組定向天線，每組定向天線上的同向的兩支天線的距離大于最低波長閾值，采用頻分復(fù)用方式在每組定向天線上獲取多個接收通道；具體實施過程中，該最低波長閾值滿足0.6個波長以上。具體實施過程中，該多個接收通道包括至少2個接收通道，可以是2個接收通道，也可以3個或者更多等等。具體實施過程中，2組定向天線與前后兩個基站通過38GHz無線電通信，采用TDMA協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。

中頻解調(diào)模塊，用于將接收的毫米波信號進行下變頻至解調(diào)中頻解調(diào)；

同頻分集模塊，用于對解調(diào)信號進行同頻接收分集，形成兩路信號；

信號分集模塊，用于基于列車上的兩個車載控制單元對2組定向天線形成的兩路信號進行分集接收；

外部接口模塊，用于基于兩個車載控制單元的外部接口將接收的信號輸出。

具體實施過程中，該系統(tǒng)還包括：延時校正模塊，用于在分集過程中，對各接收支路進行時延校正。

綜上，在本發(fā)明實施例中基于空間分集和位置分集相結(jié)合的接收方法及系統(tǒng)，以最大限度地利用接收信號功率，完成對信號中核心數(shù)據(jù)的接收，改善通信性能，減小電波傳輸特性變化因素的影響。將空間分集與位置分集結(jié)合起來，以最大限度地利用接收信號功率，完成對信號中核心數(shù)據(jù)的提取，改善信號接收性能，保障不間斷通信。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述實施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲于一計算機可讀存儲介質(zhì)中，存儲介質(zhì)可以包括：只讀存儲器(ROM，Read Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁盤或光盤等。

另外，以上對本發(fā)明實施例所提供的基于空間分集和位置分集相結(jié)合的接收方法及系統(tǒng)進行了詳細介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。