專利名稱：一種基于感知控制的高鐵寬帶接入系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信與傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種基于感知控制的高鐵寬帶接入系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
高速鐵路在中國(guó)得到了迅猛的發(fā)展。2011年底中國(guó)高鐵總里程已經(jīng)達(dá)到13073km,預(yù)計(jì)2015年底將達(dá)到25000km。2007-2010年，中國(guó)高鐵每日客運(yùn)量分別達(dá)到237000人次，349000人次，492000人次，796000人次。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年中國(guó)高鐵每日客運(yùn)量已超過(guò)一百萬(wàn)人次。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，越來(lái)越多的高鐵乘客希望能夠在高鐵列車上享受到寬帶接入服務(wù)。然而，為速度超過(guò)350km/h的高速移動(dòng)工具提供可靠而穩(wěn)定的寬帶接入服務(wù)一直是全球通信業(yè)的重大挑戰(zhàn)。這是由于高速運(yùn)動(dòng)物體一直存在快速切換控制、快速功率控制和多普勒頻率偏移三大難題，本方案考慮列車的特征，設(shè)計(jì)了一種基于傳感器控制的光與無(wú)線混合的高鐵通信系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本方案主要特點(diǎn)是采用基于傳感器的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光與無(wú)線混合網(wǎng)絡(luò)的控制，從而為列車提供寬帶穩(wěn)定的接入服務(wù)。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于感知控制的高鐵移動(dòng)無(wú)線寬帶接入系統(tǒng)，包括傳感器網(wǎng)絡(luò)所述傳感器部署在列車系統(tǒng)及其軌道系統(tǒng)上，用于采集至少包括列車位置、速度、車次編號(hào)的列車感知信息；所述傳感器通過(guò)移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳遞列車感知信息；無(wú)線接入鏈路，包括具有多種接入模式的車廂內(nèi)寬帶接入點(diǎn)；所述車廂內(nèi)寬帶接入點(diǎn)通過(guò)列車車廂頂部的天線與外部基站建立連接；基站所述基站包括多根采用光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)的天線，使得該基站的天線沿著鐵軌呈線性覆蓋；控制中心用于根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)提供的列車感知信息，當(dāng)判定列車進(jìn)入了不同基站間的切換區(qū)域時(shí)，通知列車車廂頂部的天線將鏈路切換至目標(biāo)基站。優(yōu)選的，所述傳感器部署在不同基站間切換區(qū)域的列車軌道設(shè)施上。優(yōu)選的，所述控制中心還用于根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)提供的列車感知信息，當(dāng)判定列車進(jìn)入了不同基站間的切換區(qū)域時(shí)，通知目標(biāo)基站通過(guò)光切換單元將鏈路切換到工作狀態(tài)。優(yōu)選的，所述控制中心還用于根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)提供的列車感知信息，對(duì)覆蓋區(qū)域內(nèi)沒有列車經(jīng)過(guò)的基站，通知其通過(guò)光切換單元將鏈路切換到節(jié)能狀態(tài)。優(yōu)選的，所述多種接入模式包括有線接入、Wi-Fi接入、或者蜂窩接入。優(yōu)選的，所述列車車廂頂部的天線與外部基站通過(guò)正交頻分復(fù)用技術(shù)建立鏈接。優(yōu)選的，所述的系統(tǒng)還包括
區(qū)間數(shù)據(jù)庫(kù)用于實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析與更新列車系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、某一鐵路區(qū)間及相鄰區(qū)間內(nèi)的列車狀況，所述列車狀況包括列車數(shù)量和列車間距；車次數(shù)據(jù)庫(kù)用于實(shí)時(shí)更新與保存每個(gè)車次的運(yùn)行狀況；閉塞區(qū)間指令系統(tǒng)用于根據(jù)目標(biāo)鐵路區(qū)間和相鄰區(qū)間的列車狀況，通過(guò)移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向不同列車發(fā)出相應(yīng)指令及所在區(qū)間信息，執(zhí)行閉塞區(qū)間控制；列車協(xié)調(diào)反饋系統(tǒng)用于接收閉塞區(qū)間控制指令，與前后列車相互協(xié)調(diào)以保持安全車距，向閉塞區(qū)間指令系統(tǒng)提供反饋信息。優(yōu)選的，具體的，所述閉塞區(qū)間指令系統(tǒng)根據(jù)某一鐵路區(qū)間及相鄰區(qū)間內(nèi)的相鄰列車間距，向不同列車發(fā)出停車、注意、減速、行進(jìn)等指令，調(diào)度相鄰兩輛列車之間的運(yùn)行距 離間隔，以及列車的運(yùn)行速度控制，執(zhí)行閉塞區(qū)間控制。本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明對(duì)于鐵路系統(tǒng)以及通信設(shè)備制造商、通信系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商、通信網(wǎng)服務(wù)商都有重大產(chǎn)業(yè)意義。與現(xiàn)有光與無(wú)線融合方案最大的區(qū)別在于引入了傳感器控制，本發(fā)明大大的提高了高速列車寬帶接入用戶的切換成功率；通過(guò)列車閉塞區(qū)間的實(shí)時(shí)控制，可以極大提高列車的運(yùn)行安全，以及鐵路的運(yùn)載效率；此外，根據(jù)列車的定向運(yùn)動(dòng)特征，利用傳感器可以極大降低列車通信的能耗。


圖I是聞速鐵路寬帶接入系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的技術(shù)方案如下圖I為我們提出的高速鐵路寬帶接入通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要由以下幾部分組成無(wú)線接入鏈路在車廂內(nèi)部，用戶可以通過(guò)多種接入模式(有線接入或者Wi-Fi、蜂窩等無(wú)線接入模式)與車廂內(nèi)寬帶接入點(diǎn)建立連接，車廂內(nèi)寬帶接入點(diǎn)通過(guò)列車車廂頂部的天線與外部基站建立連接；車廂頂部天線與鐵軌附近的基站天線采用OFDM的接入方式(WiMAX、LTE等技術(shù))進(jìn)行無(wú)線通信。其中，OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing)即正交頻分復(fù)用技術(shù)，實(shí)際上OFDM是MCM(Multi_CarrierModulation,多載波調(diào)制)的一種。其主要思想是將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)可以通過(guò)在接收端采用相關(guān)技術(shù)來(lái)分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾。每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號(hào)間干擾。而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對(duì)容易。光纖拉遠(yuǎn)天線每個(gè)鐵路沿線基站都有多根天線，通過(guò)光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)，把該基站的天線沿著鐵軌呈線性覆蓋。光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)可以使每個(gè)基站的天線承載的是同一載頻信號(hào)，因此列車在同一基站內(nèi)的天線之間運(yùn)動(dòng)，無(wú)需切換操作。圖I中示出了 η個(gè)基站，每個(gè)基站具有N個(gè)RAU (remote antenna unit,遠(yuǎn)程天線單兀)。
具體的，光纖拉遠(yuǎn)是指采用BBU+RRU方式的基帶拉遠(yuǎn)技術(shù)，即基站端和覆蓋端不在一起，中間采用光纖傳輸方式增加物理空間距離RRU (Radio Remote Unit)技術(shù)特點(diǎn)是將基站分成近端機(jī)即無(wú)線基帶控制(RadioServer)和遠(yuǎn)端機(jī)即射頻拉遠(yuǎn)(RRU)兩部分，二者之間通過(guò)光纖連接，其接口是基于開放式CPRI或IR接口，可以穩(wěn)定地與主流廠商的設(shè)備進(jìn)行連接。RS可以安裝在合適的機(jī)房位置，RRU安裝在天線端，這樣，將以前的基站模塊的一部分分離出來(lái)，通過(guò)將RS與RRU分離，可以將煩瑣的維護(hù)工作簡(jiǎn)化到RS端，一個(gè)RS可以連接幾個(gè)RRU，既節(jié)省空間，又降低設(shè)置成本，提高組網(wǎng)效率。同時(shí)，連接二者之間的接口采用光纖，損耗少。RRU(射頻拉遠(yuǎn)模塊)和BBU (Building Base band Unit,基帶處理單元)之間需要用光纖連接。一個(gè)BBU可以支持多個(gè)RRU。其中，因?yàn)镽RU的跳線過(guò)長(zhǎng)會(huì)影響駐波比，對(duì)設(shè)備的發(fā)射功率有影響，所以為了縮短上跳下長(zhǎng)度，所以將RRU用光纖拉遠(yuǎn)來(lái)解決RRU與設(shè)備端距離遠(yuǎn)的問(wèn)題。傳感器網(wǎng)絡(luò)在不同基站間的切換區(qū)域的列車軌道設(shè)施上布置傳感器，構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)用于感知列車位置、速度等信息，并把感知信息通過(guò)有線或者無(wú)線的方式傳遞給控制中心；被感知的信息可以用于控制列車接入到移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之中，以解決高速列車頻繁切換所導(dǎo)致的掉線問(wèn)題，傳感器網(wǎng)絡(luò)是列車乘客無(wú)線寬帶接入控制系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分之
O控制中心用于根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)提供的列車感知信息，當(dāng)判定列車進(jìn)入了不同基站間的切換區(qū)域時(shí)，通知列車車廂頂部的天線將鏈路切換至目標(biāo)基站。同時(shí)，控制中心還可以根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)提供的列車信息，通過(guò)光交換單元實(shí)現(xiàn)基站之間的切換，執(zhí)行閉塞區(qū)間控制、能耗控制等功能。在本方案中，我們主要利用傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光與無(wú)線混合網(wǎng)絡(luò)的控制，從而為列車提供寬帶穩(wěn)定的接入服務(wù)。該系統(tǒng)工作流程如下I.車廂內(nèi)部用戶可以通過(guò)多種接入模式與車廂內(nèi)寬帶接入點(diǎn)建立連接，車廂內(nèi)寬帶接入點(diǎn)通過(guò)列車車廂頂部的天線與外部基站建立連接；車廂頂部天線與鐵軌附近的基站天線采用OFDM的接入方式(WiMAX、LTE等技術(shù))建立無(wú)線鏈路。2.鐵路沿線基站通過(guò)光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)，把該基站的天線沿著鐵軌呈線性覆蓋。一方面，基站天線與車廂頂部天線進(jìn)行無(wú)線通信；另一方面，基站通過(guò)控制中心與寬帶服務(wù)接入網(wǎng)關(guān)建立光纖連接。3.在不同基站間切換區(qū)域的列車軌道設(shè)施上布置傳感器，構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)用于感知列車位置、速度等信息，并把感知信息通過(guò)有線或者無(wú)線的方式傳遞給控制中心。4.控制中心執(zhí)行基站間切換操作根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)所提供的列車位置、運(yùn)行方向等信息，控制中心判定列車進(jìn)入了不同基站間的切換區(qū)域，需要進(jìn)行基站間切換操作；之后控制光交換單元將列車的鏈路切換到新的基站。5.控制中心執(zhí)行閉塞區(qū)間控制控制中心將傳感器網(wǎng)絡(luò)提供的所有列車的位置信息進(jìn)行處理，計(jì)算出相鄰列車之間的距離，為保持安全車距，向相關(guān)列車發(fā)出停車、注意、減速、進(jìn)行等指令。6.控制中心執(zhí)行能耗控制控制中心根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)提供的列車位置信息，對(duì)覆蓋區(qū)域內(nèi)沒有列車經(jīng)過(guò)的基站執(zhí)行節(jié)能操作，實(shí)現(xiàn)能耗控制。 下面給出本發(fā)明的控制中心執(zhí)行閉塞區(qū)間控制時(shí)的一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，本發(fā)明的控制中心還可以包括區(qū)間數(shù)據(jù)庫(kù)用于實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析與更新列車系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、某一鐵路區(qū)間及相鄰區(qū)間內(nèi)的列車狀況，所述列車狀況包括列車數(shù)量和列車間距；車次數(shù)據(jù)庫(kù)用于實(shí)時(shí)更新與保存每個(gè)車次的運(yùn)行狀況；閉塞區(qū)間指令系統(tǒng)用于根據(jù)目標(biāo)鐵路區(qū)間和相鄰區(qū)間的列車狀況，通過(guò)移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向不同列車發(fā)出相應(yīng)指令及所在區(qū)間信息，執(zhí)行閉塞區(qū)間控制；列車協(xié)調(diào)反饋系統(tǒng)用于接收閉塞區(qū)間控制指令，與前后列車相互協(xié)調(diào)以保持安全車距，向閉塞區(qū)間指令系統(tǒng)提供反饋信息。具體的，所述閉塞區(qū)間指令系統(tǒng)根據(jù)某一鐵路區(qū)間及相鄰區(qū)間內(nèi)的相鄰列車間距，向不同列車發(fā)出停車、注意、減速、行進(jìn)等指令，調(diào)度相鄰兩輛列車之間的運(yùn)行距離間隔，以及列車的運(yùn)行速度控制，執(zhí)行閉塞區(qū)間控制。在本實(shí)施例中，可以利用傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)列車之間閉塞區(qū)間的智能控制。該部分的工作流程如下在軌道上或附件設(shè)施上一定距離的間隔點(diǎn)布置傳感器，構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)用來(lái)感知列車的位置、速度、車次編號(hào)、地理?xiàng)l件變化等信息，并把感知信息通過(guò)移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳遞到列車調(diào)度控制中心；傳感信息處理器接受與處理傳感器的感知信息，按照區(qū)間與車次進(jìn)行信息歸類，分別傳遞給區(qū)間數(shù)據(jù)庫(kù)、車次數(shù)據(jù)庫(kù)；車次數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)更新與保存每個(gè)車次的運(yùn)行狀況，記錄該車次在不同時(shí)刻所在的位置、相應(yīng)的速度等信息；區(qū)間數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析與更新列車系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、某一鐵路區(qū)間及相鄰區(qū)間內(nèi)的列車數(shù)量、間距等信息；為了保持安全車距，閉塞區(qū)間指令系統(tǒng)根據(jù)某一鐵路區(qū)間及相鄰區(qū)間內(nèi)的相鄰列車間距，通過(guò)移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向不同列車發(fā)出停車、注意、減速、行進(jìn)等指令，調(diào)度相鄰兩輛列車之間的運(yùn)行距離間隔，以及列車的運(yùn)行速度控制，執(zhí)行閉塞區(qū)間控制；同時(shí)，向每一列車提供其相鄰列車的車次、間距等區(qū)間信息，以便相鄰列車之間的協(xié)調(diào)。列車協(xié)調(diào)反饋系統(tǒng)用來(lái)與前后列車相互協(xié)調(diào)以保持安全車距；同時(shí)，根據(jù)列車的實(shí)際運(yùn)行狀況向閉塞區(qū)間指令系統(tǒng)提供反饋信息。最后，列車調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)根據(jù)區(qū)間數(shù)據(jù)庫(kù)所提供的鐵路區(qū)間空閑數(shù)據(jù)、車次數(shù)據(jù)庫(kù)所提供的車次運(yùn)行信息，優(yōu)化列車調(diào)度與提速方案，在確保安全的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)鐵路運(yùn)行效率的最大化目標(biāo)。最后需要注意的是，公布實(shí)施方式的目的在于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種基于感知控制的高鐵移動(dòng)無(wú)線寬帶接入系統(tǒng)，其特征在于，包括 傳感器網(wǎng)絡(luò)所述傳感器部署在列車系統(tǒng)及其軌道系統(tǒng)上，用于采集至少包括列車位置、速度、車次編號(hào)的列車感知信息；所述傳感器通過(guò)移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳遞列車感知信息； 無(wú)線接入鏈路，包括具有多種接入模式的車廂內(nèi)寬帶接入點(diǎn)；所述車廂內(nèi)寬帶接入點(diǎn)通過(guò)列車車廂頂部的天線與外部基站建立連接； 基站所述基站包括多根采用光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)的天線，使得該基站的天線沿著鐵軌呈線性覆蓋； 控制中心用于根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)提供的列車感知信息，當(dāng)判定列車進(jìn)入了不同基站間的切換區(qū)域時(shí)，通知列車車廂頂部的天線將鏈路切換至目標(biāo)基站。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器部署在不同基站間切換區(qū)域的列車軌道設(shè)施上。
3.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制中心還用于根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)提供的列車感知信息，當(dāng)判定列車進(jìn)入了不同基站間的切換區(qū)域時(shí)，通知目標(biāo)基站通過(guò)光切換單元將鏈路切換到工作狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制中心還用于根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)提供的列車感知信息，對(duì)覆蓋區(qū)域內(nèi)沒有列車經(jīng)過(guò)的基站，通知其通過(guò)光切換單元將鏈路切換到節(jié)能狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多種接入模式包括有線接入、Wi-Fi接入、或者蜂窩接入。
6.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述列車車廂頂部的天線與外部基站通過(guò)正交頻分復(fù)用技術(shù)建立鏈接。
7.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括 區(qū)間數(shù)據(jù)庫(kù)用于實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析與更新列車系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、某一鉄路區(qū)間及相鄰區(qū)間內(nèi)的列車狀況，所述列車狀況包括列車數(shù)量和列車間距； 車次數(shù)據(jù)庫(kù)用于實(shí)時(shí)更新與保存每個(gè)車次的運(yùn)行狀況； 閉塞區(qū)間指令系統(tǒng)用于根據(jù)目標(biāo)鐵路區(qū)間和相鄰區(qū)間的列車狀況，通過(guò)移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向不同列車發(fā)出相應(yīng)指令及所在區(qū)間信息，執(zhí)行閉塞區(qū)間控制； 列車協(xié)調(diào)反饋系統(tǒng)用于接收閉塞區(qū)間控制指令，與前后列車相互協(xié)調(diào)以保持安全車距，向閉塞區(qū)間指令系統(tǒng)提供反饋信息。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，具體的，所述閉塞區(qū)間指令系統(tǒng)根據(jù)某一鉄路區(qū)間及相鄰區(qū)間內(nèi)的相鄰列車間距，向不同列車發(fā)出停車、注意、減速、行進(jìn)等指令，調(diào)度相鄰兩輛列車之間的運(yùn)行距離間隔，以及列車的運(yùn)行速度控制，執(zhí)行閉塞區(qū)間控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于感知控制的高鐵無(wú)線寬帶接入方案，屬于通信領(lǐng)域。方案采用基于傳感器的方式來(lái)對(duì)行進(jìn)中列車接入移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的控制，從而為列車提供穩(wěn)定的無(wú)線寬帶接入服務(wù)。車廂內(nèi)部用戶可以通過(guò)多種接入模式與車廂內(nèi)寬帶接入點(diǎn)建立連接，車廂內(nèi)寬帶接入點(diǎn)通過(guò)列車天線與外部基站建立連接。鐵路沿線基站通過(guò)光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)，把該基站的天線沿著鐵軌呈線性覆蓋，以便為列車提供無(wú)線寬帶接入服務(wù)。傳感器網(wǎng)絡(luò)感知列車位置、速度等信息并傳遞給控制中心；控制中心根據(jù)感知信息，依靠快速光交換單元來(lái)實(shí)現(xiàn)基站之間的切換，執(zhí)行閉塞區(qū)間控制、能耗控制等功能。
文檔編號(hào)H04W52/02GK102638859SQ20121009312
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者徐安士, 胡國(guó)慶, 謝麟振, 鄔賀銓, 陳章淵, 黃安鵬 申請(qǐng)人:北京大學(xué)