一種用于高速鐵路的信道預測的方法技術

一種用于高速鐵路的信道預測的方法，包括：確定需要進行信道預測的距離；根據列車的當前位置以及需要進行信道預測的距離，計算出要進行信道預測的列車的位置；根據要進行信道預測的列車的位置，在射頻環境映射數據庫中查找對應的信道數據；其中，所述射頻環境映射數據庫儲存高速鐵路路線中不同位置的信道數據，信道數據能夠用于獲得與不同位置相對應的信道的每條徑的時延和信道的增益。上述方法進一步包括：對查找到的信道數據與通過使用卡爾曼濾波器或者預測天線所獲得的信道數據進行加權平均，以作為新的信道數據。在加權平均中，查找到的信道數據所占的權重大于通過使用卡爾曼濾波器或者預測天線所獲得的信道數據。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術設及無線通信，尤其設及通信信號處理。
技術介紹
在無線通信過程中，信號所經過的無線信道具有很大的隨機性，所W需要預測無 線信道對信號造成的影響，W保證無線通信的質量。隨著交通方式的發展，在高速鐵路的無 線通信過程中進行信道預測成為了難點。通常為滿足在高速鐵路中的無線通信的要求，采 用雙層網絡模型，來避免無線信號在穿透列車車廂時的能量損耗并解決傳統網絡構架導致 的群切換的問題。該雙層網絡模型可被布置為：在列車車廂內部安裝中繼設備，來對車廂內 的信號與列車外的基站進行中繼，并使該中繼設備采用低速通信方案（例如WiFi)與車廂 內的用戶通信，從而節約通信資源。由于高速鐵路列車的車速非常快，使得該中繼設備相對 于列車外的基站高速地移動，從而導致在該中繼設備與基站之間的無線信道快速地變化。 因此，需找到一種適用于高速鐵路的信道預測的方法。 然而，現有技術對高速鐵路中的信道預測的效果并不理想。傳統的信道預測的方 法是基于統計信息而進行的，例如由瑞典烏普薩拉大學的化Aronsson發表于2011年的 名為"ChannelestimationandpredictionforMIMOOFDMsystems-Keydesignand performanceaspectsofKalman-basedalgorithms"的博:t論文中所設及的通過使用卡 爾曼濾波器的信道預測的方法。該方法通過假設信道的歷史信息與信道的未來信息之間存 在高相關性，并且利用信道的歷史信息，來預測信道的未來信息。該方法可W實現0. 1到 0. 3個信號載波波長的信道預測。然而，高速鐵路的列車的移動速度非常快，在對信道進行 預測并將預測后的信息返回至基站的時間（即時延）內，高速鐵路的列車移動了較長的距 離。例如，如果高速鐵路的平均時速為350到500km/h，無線通信的信號的載波為2GHz，則 在時延Ims內，列車移動了約0. 64到0. 93個信號載波波長的距離，其遠大于0. 1到0. 3個 信號載波波長。在運段列車移動的距離內，無線信道發生了非常大的變化，使得實際的無線 信道與預測的無線信道的相關性不高，從而難W滿足上述方法中的假設條件。因此，由于上 述方法的信道預測的距離遠遠短于需要進行信道預測的距離，而導致其并不適合被用于高 速鐵路的信道預測。 為解決上述信道預測距離短的問題，在2012年由！.Sternad等人發表于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等人發表于 8th!EuropeanConferenceon AntennasandPropagation(EuCAP)的名為"Analysisandmeasurementofmultiple antennasystemsforfadingchannelpredictioninmovingrelays" 的文章中，提出 了通過添加預測天線W進行對公交車的車地鏈路的信道預測的方法。該方法在移動的公交 車上設置傳輸天線，并在公交車的運行路線的前方增加預測天線。由于，隨著公交車的移 動，傳輸天線會在一段時間后移動到預測天線的位置上，因此，可W將預測天線的信道作為 對傳輸天線的信道的預測。通過將預測天線設置在不同的位置（例如距離傳輸天線幾個 信號載波波長的位置），該方法可實現長距離的信道預測，并且可實現對不同距離的信道預 。然而，由于預測天線的位置難W根據需要而靈活地改變，因此上述方法難W實現對任意 距離的信道預測。
技術實現思路
陽〇化]因此，本專利技術的目的在于克服上述現有技術的缺陷，提供一種適合于高速鐵路的 信道預測的方法。本專利技術的目的是通過W下技術方案實現的： ，包括： 確定需要進行信道預測的距離； 根據列車的當前位置W及需要進行信道預測的距離，計算出要進行信道預測的列 車的位置； 根據要進行信道預測的列車的位置，在射頻環境映射數據庫中查找對應的信道數 據； 其中，所述射頻環境映射數據庫儲存高速鐵路路線中不同位置的信道數據，信道 數據能夠用于獲得與不同位置相對應的信道的每條徑的時延和信道的增益。 上述方法進一步包括：對查找到的信道數據與通過使用卡爾曼濾波器或者預測天 線所獲得的信道數據進行加權平均，W作為新的信道數據。 在加權平均中，查找到的信道數據所占的權重大于通過使用卡爾曼濾波器或者預 測天線所獲得的信道數據。 與現有技術相比，本專利技術的優點在于： 所支持的信道預測的距離可W遠遠超過單獨使用卡爾曼濾波器的信道預測的距 離，從而滿足針對高速鐵路的長距離的信道預測的要求； 并且，可W實現任意距離的信道預測，因此相比于現有的預測天線的方法，本專利技術 具有更好的適應實際反饋實驗變化的能力。【附圖說明】 W下參照附圖對本專利技術實施例作進一步說明，其中： 圖1是根據本專利技術的一個實施例的用于高速鐵路的信道預測的方法的流程圖； 圖2是本專利技術的使用射頻環境映射數據庫進行實時信道預測的流程圖。 圖3是根據本專利技術的另一個實施例的用于高速鐵路的信道預測的方法的流程圖；【具體實施方式】 由于高速鐵路的運行路線具有固定性及重復性，并且在固定線路上的信道是可再 現的，因此，本專利技術的專利技術人認識到，可W預先測量并記錄在高速鐵路路線中的不同位置處 的信道數據，W及在需要進行信道預測的時候，可W根據列車所在的位置查找預先記錄的 信道數據，從而完成信道預測。 為實現上述過程，需要在高速鐵路路線中的不同位置處，預先獲取信道數據。可W 根據需要在路線中選擇多個位置X。對于同一條高鐵路徑，可W記錄較多數量的位置X的信 道信息，W對應于更靈活的信道預測距離W及更大數量的數據。所述信道數據可W通過現 有任一已知的方式來獲取，例如，可W使一個已知的檢測信號通過位置X處的信道，來獲取 接收到的信號，并由此確定該位置X處的信道信息（例如在頻域內，信道等于接收到的信號 與檢測信號的比值）。 將在高速鐵路路線中各個位置處獲得的信道數據用于構建射頻環境映射數據庫 (REMDat油ase,Radio化vironmentMapDat油ase)，該射頻環境映射數據庫用于儲存被表 達成某種形式的信道數據，所述信道數據能夠用于獲得與高速鐵路路線中的位置X相對應 的所述信道的每條徑的時延和所述信道的增益。 例如，可W在數據庫中，錄入如下形式的數據： …其中，在每個位置X處對應一個具有Ly條徑的多徑信道，第i條徑的功率、時延和 相位分別為Pi,x、T和巧孫其中i= 1，2, . . .，Lx。 還可W在數據庫中，錄入如下形式的數據：(2、 其中，第i條徑的信道的復數增益為hw。相對應的功率Pw可W被表示為信道的 復數增益的幅值的平方Pw=IhWI2,相對應的相位辟::。可W被表示為信道的復數增益的幅 角鴉廟擬織沙:誠.]。： 在射頻環境映射數據庫中，位置的粒度取決于信道預測所需要的精度。例如，對 于需要為每個OFDM符號均給出一個頻偏估計本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于交通工具的信道預測的方法，包括：1)確定需要進行信道預測的距離；2)根據所述交通工具的當前位置以及所述需要進行信道預測的距離，計算出要進行信道預測的交通工具的位置；3)根據所述要進行信道預測的交通工具的位置，在射頻環境映射數據庫中查找對應的信道數據；其中，所述射頻環境映射數據庫儲存高速鐵路路線中不同位置的信道數據，所述信道數據能夠用于獲得與所述不同位置相對應的所述信道的每條徑的時延和所述信道的增益。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：侯占偉，周一青，田霖，石晶林，
申請(專利權)人：中國科學院計算技術研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11