專利名稱：一種高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)及其通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信領(lǐng)域，尤其涉及一種高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)及其通信方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，高速鐵路已成為人們出行的主要交通方式之一。隨著高帶寬移動通信服務(wù)的迅速發(fā)展，人們在乘坐高速鐵路過程中也希望享受到實(shí)時(shí)、大數(shù)據(jù)量、高傳輸速率的移動通信服務(wù)，這對鐵路通信系統(tǒng)的帶寬、穩(wěn)定性都提出了更高的要求。面向高速鐵路的高帶寬數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)至少需要解決以下幾個(gè)問題:第一、車體對信號的屏蔽——高速鐵路列車采用的是全封閉式車體結(jié)構(gòu)，而且有些列車還采用了金屬 鍍膜玻璃，因此車體穿透損耗高達(dá)24dB以上，阻隔了數(shù)據(jù)信號的傳輸;第二、高速運(yùn)動帶來頻繁的切換——高速鐵路的車速通常在250km/h以上，這將使車內(nèi)用戶在很短的時(shí)間內(nèi)穿過多個(gè)信號小區(qū)，容易引發(fā)信令風(fēng)暴，導(dǎo)致通信中斷；第三、無法正常完成基站切換一移動終端在不同基站間切換至少需要6s時(shí)間，但全速行駛的高速鐵路列車通過兩個(gè)基站切換區(qū)域的時(shí)間經(jīng)常小于6s，而且車內(nèi)需要進(jìn)行切換的移動終端往往數(shù)量眾多，因此很多移動終端不僅會產(chǎn)生切換時(shí)間延遲，而且會造成信道擁堵，甚至無法正常完成基站切換；第四、高速運(yùn)動帶來的多普勒效應(yīng)難以克服——現(xiàn)有技術(shù)中，移動終端的載波頻率均采用跟蹤下行空口頻率機(jī)制；在高速運(yùn)動過程中，列車內(nèi)的移動終端會帶有2倍的瞬時(shí)多普勒頻偏發(fā)射信號，當(dāng)列車通過基站時(shí)，上行信號與下行信號會產(chǎn)生強(qiáng)烈變化；在兩個(gè)基站的信號切換區(qū)域，下行信號的多普勒頻偏發(fā)生突變，并由多徑引起多普勒擴(kuò)展，進(jìn)而使得接收信號畸變。目前，鐵路運(yùn)輸中普遍使用的是鐵路無線通信GSM-R (GSM For Railways)系統(tǒng)，該系統(tǒng)盡管在提高鐵路運(yùn)輸能力、保證列車安全等方面發(fā)揮了重要作用，但是，它只能滿足中低速(<250km/h)條件下以行車數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主體的列車與地面節(jié)點(diǎn)之間的窄帶通信需求；對于超高速(350km/h 580km/h)移動條件下以乘客數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主體的高帶寬無線數(shù)據(jù)通信，該系統(tǒng)無法處理。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)及其通信方法，以便于克服車體對信號的屏蔽問題以及大量移動終端同時(shí)進(jìn)行基站切換的信道擁堵問題，并且實(shí)現(xiàn)了基站快速切換，保證了切換成功率和切換時(shí)通信質(zhì)量。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，用于與高速列車內(nèi)的移動終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，包括:車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備、車載網(wǎng)關(guān)、車載天線和基站；車載網(wǎng)關(guān)通過車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備獲取移動終端的通信數(shù)據(jù)，以用于將移動終端的通信數(shù)據(jù)通過車載天線轉(zhuǎn)發(fā)給基站；車載網(wǎng)關(guān)通過車載天線獲取基站的通信數(shù)據(jù)，以用于將基站的通信數(shù)據(jù)通過車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)給移動終端；車載天線至少為三根，車載網(wǎng)關(guān)按照基于列車運(yùn)行方向的由前到后順序，依次控制每根車載天線在當(dāng)前通信基站與下一基站之間進(jìn)行基站切換，從而確定出首根成功切換的車載天線；當(dāng)首根成功切換的車載天線切換成功后，車載網(wǎng)關(guān)根據(jù)列車車速以及每根后續(xù)車載天線與該車載天線的距離分別確定出每根后續(xù)車載天線進(jìn)行基站切換的時(shí)間，并通過該車載天線通知下一基站，以用于下一基站分別與每根后續(xù)車載天線建立通信連接；其中，所述的后續(xù)車載天線是指位于首根成功切換的車載天線后方的所有車載天線，所述的后方是指基于列車運(yùn)行方向的后方。優(yōu)選地，高速列車的每節(jié)車廂各設(shè)置一根車載天線。優(yōu)選地，所述的車載網(wǎng)關(guān)包括車載天線接口、無線網(wǎng)絡(luò)控制器和車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接口 ；無線網(wǎng)絡(luò)控制器通過車載天線接口與車載天線連接，用于分別控制每根車載天線進(jìn)行基站切換及數(shù)據(jù)傳輸；無線網(wǎng)絡(luò)控制器通過車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接口與車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備連接，用于控制車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備與移動終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。一種高速鐵路 用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的通信方法，包括:車載網(wǎng)關(guān)按照基于列車運(yùn)行方向的由前到后順序，依次控制每根車載天線在當(dāng)前通信基站與下一基站之間進(jìn)行基站切換，從而確定出首根成功切換的車載天線；當(dāng)首根成功切換的車載天線切換成功后，車載網(wǎng)關(guān)根據(jù)列車車速以及每根后續(xù)車載天線與該車載天線的距離分別確定出每根后續(xù)車載天線進(jìn)行基站切換的時(shí)間，并通過該車載天線通知下一基站，以用于下一基站分別與每根后續(xù)車載天線建立通信連接；其中，所述的后續(xù)車載天線是指位于首根成功切換的車載天線后方的所有車載天線，所述的后方是指基于列車運(yùn)行方向的后方。優(yōu)選地，車載網(wǎng)關(guān)依次控制每根車載天線在當(dāng)前通信基站與下一基站之間進(jìn)行基站切換包括:車載網(wǎng)關(guān)獲取列車當(dāng)前位置信息，并根據(jù)預(yù)設(shè)的基站切換位置信息以及每根車載天線在列車車身上的位置信息，依次控制每根到達(dá)基站切換位置的車載天線在當(dāng)前通信基站與下一基站之間進(jìn)行基站切換。優(yōu)選地，所述的車載網(wǎng)關(guān)獲取列車當(dāng)前位置信息包括:車載網(wǎng)關(guān)通過全球定位系統(tǒng)GPS獲取列車發(fā)起定位時(shí)的位置信息，并根據(jù)定位過程所耗費(fèi)時(shí)間、列車車速以及列車行進(jìn)路線確定出列車當(dāng)前位置信息；或者，車載網(wǎng)關(guān)通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)獲取列車發(fā)起定位時(shí)的位置信息，并根據(jù)定位過程所耗費(fèi)時(shí)間、列車車速以及列車行進(jìn)路線確定出列車當(dāng)前位置信息。優(yōu)選地，還包括:在列車行進(jìn)過程中，車載網(wǎng)關(guān)通過車載天線檢測每個(gè)行進(jìn)位置的通信信號，并記錄每個(gè)行進(jìn)位置通信信號最強(qiáng)的基站，從而確定出列車行進(jìn)路線上所經(jīng)過的基站以及相鄰基站之間進(jìn)行基站切換的位置信息，以作為車載網(wǎng)關(guān)中預(yù)設(shè)的基站切換位
置信息。優(yōu)選地，還包括:當(dāng)每根車載天線根據(jù)預(yù)設(shè)的基站切換位置信息均不能從當(dāng)前通信基站成功切換到下一基站時(shí)，車尾車載天線檢測當(dāng)前位置的通信信號，并與通信信號最強(qiáng)的基站建立通信連接。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)及其通信方法通過車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備、車載網(wǎng)關(guān)和多根車載天線對移動終端的通信數(shù)據(jù)和基站的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行中轉(zhuǎn)發(fā)送，從而替代了列車內(nèi)移動終端直接與基站進(jìn)行通信的方式，因此本發(fā)明實(shí)施例克服了車體對信號的屏蔽問題以及大量移動終端同時(shí)進(jìn)行基站切換的信道擁堵問題。在基站切換過程中，本發(fā)明實(shí)施例的車載網(wǎng)關(guān)首先完成一根車載天線在當(dāng)前通信基站與下一基站之間的基站切換，并將每根后續(xù)車載天線到達(dá)基站切換位所需的時(shí)間發(fā)送到下一基站，從而在每根后續(xù)車載天線運(yùn)動到基站切換位置時(shí)，下一基站能夠分別快速與每根后續(xù)車載天線建立通信連接；這一基站切換過程有效節(jié)約了每根車載天線進(jìn)行通信信號檢測所需的時(shí)間，以及每根后續(xù)車載天線與下一基站的通信驗(yàn)證時(shí)間，并且每根車載天線在進(jìn)行基站切換時(shí)不影響其他車載天線的正常通行，因此本發(fā)明實(shí)施例不僅巧妙地實(shí)現(xiàn)了車載天線的快速基站切換，而且保證了切換成功率和切換時(shí)通信質(zhì)量。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例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(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(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)這些附圖獲得其他附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例 所提供的高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖一；圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖二 ；圖3為本發(fā)明實(shí)施例所提供的高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖三。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述；顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。下面對本發(fā)明實(shí)施例所提供的高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)及其通信方法進(jìn)行詳細(xì)描述。(一)高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)如圖1、圖2和圖3所示，一種高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，用于與高速列車內(nèi)的移動終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，其具體結(jié)構(gòu)可以包括:車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備、車載網(wǎng)關(guān)、車載天線和基站；車載網(wǎng)關(guān)通過車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備獲取移動終端的通信數(shù)據(jù)，以用于將移動終端的通信數(shù)據(jù)通過車載天線轉(zhuǎn)發(fā)給基站；車載網(wǎng)關(guān)通過車載天線獲取基站的通信數(shù)據(jù)，以用于將基站的通信數(shù)據(jù)通過車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)給移動終端；車載天線至少為三根，但在實(shí)際應(yīng)用中最好是高速列車的每節(jié)車廂各設(shè)置一根車載天線，從而使高速列車無論運(yùn)行到什么位置均有車載天線與基站進(jìn)行正常通信，并且列車內(nèi)的移動終端可以通過一根或幾根車載天線進(jìn)行通信，因而不僅保證了列車內(nèi)移動終端的通信質(zhì)量，而且有效克服了大量移動終端同時(shí)進(jìn)行基站切換所引起的信道擁堵問題。車載網(wǎng)關(guān)按照基于列車運(yùn)行方向的由前到后順序，依次控制每根車載天線在當(dāng)前通信基站與下一基站之間進(jìn)行基站切換，從而確定出首根成功切換的車載天線；當(dāng)首根成功切換的車載天線切換成功后，車載網(wǎng)關(guān)根據(jù)列車車速以及每根后續(xù)車載天線與該車載天線的距離分別確定出每根后續(xù)車載天線進(jìn)行基站切換的時(shí)間，并通過該車載天線通知下一基站，以用于下一基站分別與每根后續(xù)車載天線建立通信連接；其中，后續(xù)車載天線是指位于首根成功切換的車載天線后方的所有車載天線，所述的后方是指基于列車運(yùn)行方向的后方。相應(yīng)的車載網(wǎng)關(guān)可以包括車載天線接口、無線網(wǎng)絡(luò)控制器和車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接口 ；無線網(wǎng)絡(luò)控制器通過車載天線接口與車載天線連接，用于分別控制每根車載天線進(jìn)行基站切換及數(shù)據(jù)傳輸；無線網(wǎng)絡(luò)控制器通過車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接口與車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備連接，用于控制車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備與移動終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。具體地 ，車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備可以為多個(gè)，并且分布在不同的列車車廂內(nèi)，最好是每節(jié)列車車廂內(nèi)各設(shè)置一個(gè)車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備，從而使每節(jié)車廂內(nèi)的移動終端均能與車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備快速建立通信連接，并通過Mesh網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、車載網(wǎng)關(guān)和車載天線實(shí)現(xiàn)與基站的中轉(zhuǎn)通信，進(jìn)而替代了列車內(nèi)移動終端直接與基站進(jìn)行通信的方式，克服了車體對信號的屏蔽問題以及大量移動終端同時(shí)進(jìn)行基站切換的信道擁堵問題。例如:該車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備可以采用Mesh網(wǎng)絡(luò)(即無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò))設(shè)備，列車內(nèi)的多個(gè)Mesh網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠自動構(gòu)建成Mesh網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)和分布式覆蓋，從而使列車內(nèi)任何位置的移動終端都能順利與Mesh網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行通信，進(jìn)而通過Mesh網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、車載網(wǎng)關(guān)和車載天線實(shí)現(xiàn)與基站的中轉(zhuǎn)通信。此外，相應(yīng)的車載天線可以采用LTE (Long Term Evolution,長期演進(jìn))系統(tǒng)的通信天線，從而使該高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)適用于面向未來的LTE通信系統(tǒng)的通信需求。進(jìn)一步地，該高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具體可以采用下述(二)中的通信方法進(jìn)行通信，此處不再贅述。(二)高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的通信方法一種高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的通信方法，其具體可以包括:步驟1:車載網(wǎng)關(guān)按照基于列車運(yùn)行方向的由前到后順序，依次控制每根車載天線在當(dāng)前通信基站與下一基站之間進(jìn)行基站切換，從而確定出首根成功切換的車載天線。其中，車載網(wǎng)關(guān)依次控制每根車載天線在當(dāng)前通信基站與下一基站之間進(jìn)行基站切換可以包括:車載網(wǎng)關(guān)獲取列車當(dāng)前位置信息，并根據(jù)預(yù)設(shè)的基站切換位置信息以及每根車載天線在列車車身上的位置信息，依次控制每根到達(dá)基站切換位置的車載天線在當(dāng)前通信基站與下一基站之間進(jìn)行基站切換。車載網(wǎng)關(guān)根據(jù)列車當(dāng)前位置信息和每根車載天線在列車車身上的位置信息可以確定出每根車載天線的當(dāng)前絕對位置信息，再根據(jù)每根車載天線的當(dāng)前絕對位置信息和預(yù)設(shè)的基站切換位置信息可以確定出每根車載天線是否運(yùn)行到應(yīng)進(jìn)行基站切換的位置，當(dāng)一根車載天線行進(jìn)到應(yīng)進(jìn)行基站切換位置時(shí)，就可以開始在當(dāng)前通信基站與下一基站之間進(jìn)行基站切換。具體地，當(dāng)一根車載天線行進(jìn)到應(yīng)進(jìn)行基站切換位置時(shí)，該車載天線在當(dāng)前通信基站與下一基站之間進(jìn)行基站切換，如果切換成功，則執(zhí)行步驟2，如果切換失敗，則車載網(wǎng)關(guān)按照基于列車運(yùn)行方向的由前到后順序，控制位于該車載天線后方的第一根車載天線繼續(xù)在當(dāng)前通信基站與下一基站之間進(jìn)行基站切換；如此類推，直至一根車載天線成功從當(dāng)前通信基站切換到下一基站，并將其作為首根成功切換的車載天線。如果每根車載天線根據(jù)預(yù)設(shè)的基站切換位置信息均不能從當(dāng)前通信基站成功切換到下一基站(通常情況下，多根車載天線不可能每根都無法成功切換，此處理是為了使本發(fā)明實(shí)施例所提供的通信方法更加完備)，那么車尾車載天線(車尾車載天線是指基于列車運(yùn)行方向的最后的一根車載天線)檢測當(dāng)前位置的通信信號，并與通信信號最強(qiáng)的基站建立通信連接，以保證列車在比較少見的情況下也能進(jìn)行正常通行。如果車尾車載天線通過檢測當(dāng)前位置通信信號的方法仍不能與基站建立通信連接(這種情況更加很少，除非是基站故障、基站停止運(yùn)行等公眾可以理解的特殊情況)，則車載網(wǎng)關(guān)記錄車尾車載天線的當(dāng)前絕對位置信息，以便于提供給通信運(yùn)營商進(jìn)行基站檢修處理。進(jìn)一步地，車載網(wǎng)關(guān)獲取列車當(dāng)前位置信息可以包括以技術(shù)方案中的至少一項(xiàng):
(I)車載網(wǎng)關(guān)通過GPS (Global Positioning System,全球定位系統(tǒng))獲取列車發(fā)起定位時(shí)的位置信息，并根據(jù)定位過程所耗費(fèi)時(shí)間、列車車速以及列車行進(jìn)路線確定出列車當(dāng)前位置信息。通常情況下，通過GPS定位需要耗費(fèi)一段時(shí)間，而高速鐵路在這一過程中往往已經(jīng)行駛出幾百米或幾千米的距離，因此車載網(wǎng)關(guān)所得到的GPS定位信息為列車發(fā)起定位時(shí)的位置信息，與列車當(dāng)前位置存在很大的偏差；為了保證獲取的列車當(dāng)前位置信息具有較高的準(zhǔn)確性，車載網(wǎng)關(guān)可以根據(jù)定位過程所耗費(fèi)時(shí)間、定位過程中列車車速以及列車行進(jìn)路線計(jì)算出列車當(dāng)前位置信息。(2)車載網(wǎng)關(guān)通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)獲取列車發(fā)起定位時(shí)的位置信息，并根據(jù)定位過程所耗費(fèi)時(shí)間、列車車速以及列車行進(jìn)路線確定出列車當(dāng)前位置信息。與GPS定位類似地，通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定位也存在測得的列車當(dāng)前位置存在很大偏差問題，因此車載網(wǎng)關(guān)也可以根據(jù)定位過程所耗費(fèi)時(shí)間、定位過程中列車車速以及列車行進(jìn)路線計(jì)算出列車當(dāng)前位置信息，以保證列車當(dāng)前位置信息具有較高的準(zhǔn)確性。需要說明的是，由于高速鐵路的行車路線是基本固定的，每條行車路線所經(jīng)過的基站也是基本固定(除了新增基站、基站損壞、基站停止運(yùn)行等公眾可以理解的特殊情況外)，因此可以在車載網(wǎng)關(guān)中預(yù)設(shè)基站切換位置信息，并通過判斷每根車載天線是否運(yùn)動到基站切換位置來進(jìn)行基站切換，這將有效節(jié)省每根車載天線進(jìn)行通信信號檢測所需的時(shí)間，從而能夠?qū)崿F(xiàn)車載天線的快速基站切換。車載網(wǎng)關(guān)中預(yù)設(shè)的基站切換位置信息可以通過現(xiàn)有技術(shù)中的基站位置信息和每條行車路線的路線圖進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算得出，再初始化設(shè)置或更新設(shè)置到車載網(wǎng)關(guān)中；也可以采用如下技術(shù)方案初始化設(shè)置或更新設(shè)置到車載網(wǎng)關(guān)中:在列車行進(jìn)過程中，車載網(wǎng)關(guān)通過車載天線檢測每個(gè)行進(jìn)位置的通信信號，并記錄每個(gè)行進(jìn)位置通信信號最強(qiáng)的基站，從而確定出列車行進(jìn)路線上所經(jīng)過的基站以及相鄰基站之間進(jìn)行基站切換的位置信息，以作為車載網(wǎng)關(guān)中預(yù)設(shè)的基站切換位置信息。例如:如圖3所示，列車在某條行車線路上正式載客運(yùn)行前可以先進(jìn)行一次或幾次試運(yùn)行；在試運(yùn)行過程中，列車的車載網(wǎng)關(guān)可以通過車頭車載天線檢測每個(gè)行進(jìn)位置的通信信號；當(dāng)列車行駛于單純的基站A覆蓋范圍(不包括基站A與基站B的共同覆蓋范圍)時(shí)，車載網(wǎng)關(guān)通過車頭車載天線檢測到的通信信號均是基站A的通信信號最強(qiáng)；當(dāng)列車由單純的基站A覆蓋范圍駛?cè)牖続與基站B的共同覆蓋范圍時(shí)，車載網(wǎng)關(guān)檢測到基站A的通信信號強(qiáng)度逐漸減弱、基站B的通信信號強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)；當(dāng)列車行駛到基站A與基站B共同覆蓋范圍的中間位置附近時(shí)，車載網(wǎng)關(guān)檢測到基站A與基站B的通信信號強(qiáng)度基本一致，可以在基站A與基站B之間進(jìn)行基站切換操作，因此車載網(wǎng)關(guān)將該區(qū)域作為基站A與基站B的基站切換位置，并且存入設(shè)置于車載網(wǎng)關(guān)中。步驟2:當(dāng)首根成功切換的車載天線切換成功后，車載網(wǎng)關(guān)根據(jù)列車車速以及每根后續(xù)車載天線與該車載天線的距離分別確定出每根后續(xù)車載天線進(jìn)行基站切換的時(shí)間，并通過該車載天線通知下一基站，以用于下一基站分別與每根后續(xù)車載天線建立通信連接。其中，后續(xù)車載天線是指位于首根成功切換的車載天線后方的所有車載天線，相應(yīng)的后方是指基于列車運(yùn)行方向的后方。具體地，當(dāng)首根成功切換的車載天線切換成功時(shí)，首根成功切換的車載天線所在的當(dāng)前絕對位置就是可以成功進(jìn)行基站切換的位置，因此每根后續(xù)車載天線與首根車載天線的距離就是每根后續(xù)車載天線與可以成功進(jìn)行基站切換的位置之間的距離；根據(jù)列車車速可以確定出每根后續(xù)車載天線運(yùn)動到可以成功進(jìn)行基站切換的位置所需的時(shí)間(即每根車載天線可以與該基站建立通信連接的時(shí)間)；首根成功切換的車載天線將每根車載天線與該基站建立通信連接的時(shí)間告知下一基站，這可以使下一基站做好與每根后續(xù)車載天線建立通信連接的準(zhǔn)備工作，從而大幅提高后續(xù)車載天線進(jìn)行基站的切換成功率，并且節(jié)約了每根后續(xù)車載天線與下一基站建立通信連接的時(shí)間。例如，某高速鐵路的列車上設(shè)有L1、L2、L3三個(gè)車載天線，LI為首根車載天線，L2與LI相距10米，L3與LI相距20米，當(dāng)LI與I號基站建立通信連接后，車載網(wǎng)關(guān)根據(jù)列車車速為360km/h(即100m/s)可以確定出L2可以在0.1s后與I號基站建立通信連接、L3可以在0.2s后與I號基站建立通信連接；車載網(wǎng)關(guān)通過LI將此信息通知I號 基站；當(dāng)0.1s后，I號基站可以向L2發(fā)送通信數(shù)據(jù)，從而與L2快速建立通信連接，以使L2快速完成基站切換；當(dāng)0.2s后，I號基站向L3發(fā)送通信數(shù)據(jù)，從而與L3快速建立通信連接，以使L3快速完成基站切換。由此技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)克服了車體對信號的屏蔽問題以及大量移動終端同時(shí)進(jìn)行基站切換的信道擁堵問題，并且實(shí)現(xiàn)了基站快速切換，保證了切換成功率和切換時(shí)通信質(zhì)量。為使本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容、目的和優(yōu)點(diǎn)更加清楚,下面通過具體實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)描述。實(shí)施例一如圖1、圖2和圖3所示，一種高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其具體結(jié)構(gòu)可以包括:Mesh網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、車載網(wǎng)關(guān)、LTE系統(tǒng)車載天線和基站；其中，高速列車的每節(jié)車廂內(nèi)部可以各設(shè)有一個(gè)Mesh網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，每節(jié)車廂外部可以各設(shè)有一根LTE系統(tǒng)車載天線；在當(dāng)前運(yùn)行的方向上，該高速列車的LTE系統(tǒng)車載天線由前到后可以依次為1、2、3、……、N號LTE系統(tǒng)車載天線；例如:以圖3中具有6節(jié)車廂的高速列車為例，在當(dāng)前運(yùn)行的方向上，該高速列車的LTE系統(tǒng)車載天線由前到后可以依次為1、2、3、……、6號LTE系統(tǒng)車載天線。車載網(wǎng)關(guān)通過Mesh網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獲取移動終端的通信數(shù)據(jù)，以用于將移動終端的通信數(shù)據(jù)通過LTE系統(tǒng)車載天線轉(zhuǎn)發(fā)給基站；車載網(wǎng)關(guān)通過LTE系統(tǒng)車載天線獲取基站的通信數(shù)據(jù)，以用于將基站的通信數(shù)據(jù)通過Mesh網(wǎng)絡(luò)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)給移動終端。該高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基站切換方法如下:車載網(wǎng)關(guān)通過GPS獲取列車發(fā)起定位時(shí)的位置信息，并根據(jù)定位過程所耗費(fèi)時(shí)間、定位過程中列車車速以及列車行進(jìn)路線確定出列車當(dāng)前位置信息；然后，車載網(wǎng)關(guān)根據(jù)列車當(dāng)前位置信息和每根LTE系統(tǒng)車載天線在列車車身上的位置信息可以確定出每根LTE系統(tǒng)車載天線的當(dāng)前絕對位置信息，再根據(jù)每根LTE系統(tǒng)車載天線的當(dāng)前絕對位置信息和預(yù)設(shè)的基站切換位置信息(例如:如圖3所示，該預(yù)設(shè)的基站切換位置信息可以為基站A與基站B共同覆蓋范圍的中間位置)可以確定出每根LTE系統(tǒng)車載天線是否運(yùn)行到應(yīng)進(jìn)行基站切換的位置(例如:如圖3所示，可以確定出1、2、3、……、6號LTE系統(tǒng)車載天線基站A與基站B共同覆蓋范圍的中間位置)，當(dāng)一根車載天線行進(jìn)到應(yīng)進(jìn)行基站切換位置時(shí)(例如:如圖3所示，當(dāng)I號LTE系統(tǒng)車載天線基站A與基站B共同覆蓋范圍的中間位置時(shí))，就可以開始在當(dāng)前通信基站與下一基站之間進(jìn)行基站切換(例如:如圖3所示，I號LTE系統(tǒng)車載天線可以開始在基站A與基站B之間進(jìn)行基站切換)。當(dāng)首根成功切換的車載天線切換成功后(例如:如圖3所示，當(dāng)I號LTE系統(tǒng)車載天線成功切換到與基站B進(jìn)行通信后)，車載網(wǎng)關(guān)根據(jù)列車車速(例如:列車車速可以為100m/S)以及每根后續(xù)車載天線與該車載天線的距離(例如:如圖3所示，在1、2、3、……、6號LTE系統(tǒng)車載天線中，相鄰兩根車載天線之間的間隔為10米)分別確定出每根后續(xù)車載天線進(jìn)行基站切換的時(shí)間(例如:如圖3所示，2號LTE系統(tǒng)車載天線可以在0.1s后與基站B建立通信連接，3號LTE系統(tǒng)車載天線可以在0.2s后與基站B建立通信連接，4號LTE系統(tǒng)車載天線可以在0.3s后與基站B建立通信連接，5號LTE系統(tǒng)車載天線可以在0.4s后與基站B建立通信連接，6號LTE系統(tǒng)車載天線可以在0.5s后與基站B建立通信連接)，并通過該車載天線通知下一基站(例如:通過I號LTE系統(tǒng)車載天線通知基站B)，以用于下一基站分別與每根后續(xù)車載天線建立通信連接(例如:基站B分別與2、3、……、6號LTE系統(tǒng)車載天線建立通信連接)。由此可見，本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)克服了車體對信號的屏蔽問題以及大量移動終端同時(shí)進(jìn)行基站切換的信道擁堵問題，并且實(shí)現(xiàn)了基站快速切換，保證了切換成功率和切換時(shí)通信質(zhì)量。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。 因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，用于與高速列車內(nèi)的移動終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，其特征在于，包括:車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備、車載網(wǎng)關(guān)、車載天線和基站； 車載網(wǎng)關(guān)通過車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備獲取移動終端的通信數(shù)據(jù)，以用于將移動終端的通信數(shù)據(jù)通過車載天線轉(zhuǎn)發(fā)給基站； 車載網(wǎng)關(guān)通過車載天線獲取基站的通信數(shù)據(jù)，以用于將基站的通信數(shù)據(jù)通過車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)給移動終端； 車載天線至少為三根，車載網(wǎng)關(guān)按照基于列車運(yùn)行方向的由前到后順序，依次控制每根車載天線在當(dāng)前通信基站與下一基站之間進(jìn)行基站切換，從而確定出首根成功切換的車載天線； 當(dāng)首根成功切換的車載天線切換成功后，車載網(wǎng)關(guān)根據(jù)列車車速以及每根后續(xù)車載天線與該車載天線的距離分別確定出每根后續(xù)車載天線進(jìn)行基站切換的時(shí)間，并通過該車載天線通知下一基站，以用于下一基站分別與每根后續(xù)車載天線建立通信連接； 其中，所述的后續(xù)車載天線是指位于首根成功切換的車載天線后方的所有車載天線，所述的后方是指基于列車運(yùn)行方向的后方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其特征在于，高速列車的每節(jié)車廂各設(shè)置一根車載天線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其特征在于，所述的車載網(wǎng)關(guān)包括車載天線接口、無線網(wǎng)絡(luò)控制器和車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接口 ； 無線網(wǎng)絡(luò)控制器通過車載天線接口與車載天線連接，用于分別控制每根車載天線進(jìn)行基站切換及數(shù)據(jù)傳輸； 無線網(wǎng)絡(luò)控制器通過車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接口與車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備連接，用于控制車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備與移動終端進(jìn)行數(shù)據(jù) 傳輸。
4.一種高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的通信方法，其特征在于，包括: 車載網(wǎng)關(guān)按照基于列車運(yùn)行方向的由前到后順序，依次控制每根車載天線在當(dāng)前通信基站與下一基站之間進(jìn)行基站切換，從而確定出首根成功切換的車載天線； 當(dāng)首根成功切換的車載天線切換成功后，車載網(wǎng)關(guān)根據(jù)列車車速以及每根后續(xù)車載天線與該車載天線的距離分別確定出每根后續(xù)車載天線進(jìn)行基站切換的時(shí)間，并通過該車載天線通知下一基站，以用于下一基站分別與每根后續(xù)車載天線建立通信連接； 其中，所述的后續(xù)車載天線是指位于首根成功切換的車載天線后方的所有車載天線，所述的后方是指基于列車運(yùn)行方向的后方。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通信方法，其特征在于，車載網(wǎng)關(guān)依次控制每根車載天線在當(dāng)前通信基站與下一基站之間進(jìn)行基站切換包括: 車載網(wǎng)關(guān)獲取列車當(dāng)前位置信息，并根據(jù)預(yù)設(shè)的基站切換位置信息以及每根車載天線在列車車身上的位置信息，依次控制每根到達(dá)基站切換位置的車載天線在當(dāng)前通信基站與下一基站之間進(jìn)行基站切換。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的通信方法，其特征在于，所述的車載網(wǎng)關(guān)獲取列車當(dāng)前位置信息包括: 車載網(wǎng)關(guān)通過全球定位系統(tǒng)GPS獲取列車發(fā)起定位時(shí)的位置信息，并根據(jù)定位過程所耗費(fèi)時(shí)間、列車車速以及列車行進(jìn)路線確定出列車當(dāng)前位置信息；或者， 車載網(wǎng)關(guān)通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)獲取列車發(fā)起定位時(shí)的位置信息，并根據(jù)定位過程所耗費(fèi)時(shí)間、列車車速以及列車行進(jìn)路線確定出列車當(dāng)前位置信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的通信方法，其特征在于，還包括: 在列車行進(jìn)過程中，車載網(wǎng)關(guān)通過車載天線檢測每個(gè)行進(jìn)位置的通信信號，并記錄每個(gè)行進(jìn)位置通信信號最強(qiáng)的基站，從而確定出列車行進(jìn)路線上所經(jīng)過的基站以及相鄰基站之間進(jìn)行基站切換的位置信息，以作為車載網(wǎng)關(guān)中預(yù)設(shè)的基站切換位置信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的通信方法，其特征在于，還包括: 當(dāng)每根車載天線根據(jù)預(yù)設(shè)的基站切換位置信息均不能從當(dāng)前通信基站成功切換到下一基站時(shí)，車尾車載天線檢測當(dāng)前位置的通信信號，并與通信信號最強(qiáng)的基站建立通信連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高速鐵路用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)及其通信方法，包括車載網(wǎng)關(guān)通過車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備獲取移動終端的通信數(shù)據(jù)，以用于通過車載天線轉(zhuǎn)發(fā)給基站；車載網(wǎng)關(guān)通過車載天線獲取基站的通信數(shù)據(jù)，以用于通過車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)給移動終端；車載網(wǎng)關(guān)依次控制每根車載天線在當(dāng)前通信基站與下一基站之間進(jìn)行基站切換，以確定出首根成功切換的車載天線；當(dāng)首根成功切換的車載天線切換成功后，車載網(wǎng)關(guān)分別確定出每根后續(xù)車載天線進(jìn)行基站切換的時(shí)間，并通過該車載天線通知下一基站，以用于下一基站分別與每根后續(xù)車載天線建立通信連接。本發(fā)明實(shí)施例克服了車體對信號的屏蔽問題以及大量移動終端同時(shí)進(jìn)行基站切換的信道擁堵問題，并且實(shí)現(xiàn)了基站快速切換，保證了切換成功率和切換時(shí)通信質(zhì)量。
文檔編號H04W36/08GK103220738SQ20131013859
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者羅濤, 李俊濤, 李劍峰, 尹長川, 劉丹譜, 郝建軍 申請人:北京郵電大學(xué)