一種用于軌道交通高速移動(dòng)場(chǎng)景的多普勒頻移校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種用于軌道交通高速移動(dòng)場(chǎng)景 的多普勒頻移校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著鐵路、地鐵、城際鐵路，尤其是高速鐵路等軌道交通系統(tǒng)的快速發(fā)展，為列車 乘客提供可靠、實(shí)時(shí)、高效的寬帶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，已成為國(guó)內(nèi)外寬帶移動(dòng)通信研究的熱點(diǎn)。 然而，由于高速移動(dòng)和軌道交通復(fù)雜場(chǎng)景(高架橋、路壁、隧道、編組站、鐵路樞紐等)帶來(lái)的 信道快速時(shí)變會(huì)對(duì)傳輸?shù)牧熊嚳刂菩盘?hào)造成崎變。如果不對(duì)該信道崎變進(jìn)行均衡或補(bǔ)償則 會(huì)嚴(yán)重影響接收端的信號(hào)恢復(fù)，影響行車安全。因此，信道估計(jì)技術(shù)對(duì)于用于傳輸列車控制 信息W及確保列車安全運(yùn)營(yíng)的軌道交通系統(tǒng)意義重大。
[0003] 現(xiàn)有的最大多普勒頻移估計(jì)算法主要有四類:基于電平通過(guò)率的估計(jì)算法、基于 相關(guān)函數(shù)的算法、基于功率譜(PSD)的算法和最大似然(ML)算法。基于電平通過(guò)率的方法是 通過(guò)測(cè)量在觀察時(shí)間內(nèi)信號(hào)電平通過(guò)相對(duì)電平的次數(shù)來(lái)估計(jì)最大多普勒頻移，運(yùn)類算法的 優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但抗噪聲性能較差?；谘h(huán)前綴的自相關(guān)算法，算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但在低 信噪比情況下估計(jì)精度差。傳統(tǒng)的基于功率譜的方法需要先對(duì)信道頻域響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)，對(duì) 于該方法改進(jìn)的基于頻率響應(yīng)包絡(luò)PSD的最大多普勒頻移盲估計(jì)算法，通過(guò)捜索接收端信 號(hào)包絡(luò)PSD的邊緣位置來(lái)確定最大多普勒頻移，而無(wú)需信道估計(jì)?；谔岢龅淖畲笏迫缓瘮?shù) ML的估計(jì)方法精度很高，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度也大，難W應(yīng)用于實(shí)際。
[0004] 傳統(tǒng)移動(dòng)通信場(chǎng)景中的終端移動(dòng)速度較低，多普勒頻移不明顯，較容易克服。但在 高速移動(dòng)復(fù)雜環(huán)境條件下，多徑結(jié)構(gòu)隨著周邊復(fù)雜環(huán)境發(fā)生變化，同時(shí)，較高的移動(dòng)速度導(dǎo) 致較大的多普勒頻移擴(kuò)展，信道環(huán)境更加復(fù)雜。傳統(tǒng)的適合于中低速移動(dòng)場(chǎng)景的多普勒頻 移估計(jì)和校正技術(shù)不適合于高速移動(dòng)場(chǎng)景。而現(xiàn)有的適合于高速移動(dòng)場(chǎng)景的多普勒頻移估 計(jì)和校正技術(shù)，基于信道狀態(tài)信息的準(zhǔn)確獲取或基于導(dǎo)頻在頻域進(jìn)行估計(jì)，運(yùn)些方法仍然 存在估計(jì)復(fù)雜度較高、估計(jì)的延遲時(shí)間長(zhǎng)、不適合于高速移動(dòng)狀態(tài)，W及復(fù)雜場(chǎng)景下極短時(shí) 間內(nèi)無(wú)法獲得精確多普勒頻移與校正等問(wèn)題。適合于中低速移動(dòng)場(chǎng)景的多普勒頻移估計(jì)與 校正技術(shù)由于估計(jì)復(fù)雜度、延遲大等因素不適合高速移動(dòng)場(chǎng)景。面對(duì)高速移動(dòng)場(chǎng)景的方法 主要是基于信道狀態(tài)信息的獲取進(jìn)行估計(jì)，運(yùn)些方法在實(shí)際中都會(huì)由于延遲較大，而無(wú)法 捕捉快速變化的多普勒特征，無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)有效補(bǔ)償。
[0005] 因此，需要提供一種能夠適合于高速移動(dòng)、復(fù)雜場(chǎng)景下的精確估計(jì)、延遲小、實(shí)時(shí) 補(bǔ)償性好的多普勒評(píng)議校正方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于軌道交通高速移動(dòng)場(chǎng)景的多普勒頻移 校正方法，W解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法良好的對(duì)高速移動(dòng)場(chǎng)景進(jìn)行多普勒特征進(jìn)行捕捉，無(wú)法 實(shí)時(shí)有效的進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0008] 一種用于軌道交通高速移動(dòng)場(chǎng)景的多普勒頻移校正方法，該方法的步驟包括：
[0009] S1、獲取列車當(dāng)前位置；
[0010] S2、確定列車預(yù)測(cè)位置的信道模型，并基于列車的當(dāng)前位置，確定列車預(yù)測(cè)位置信 道的基礎(chǔ)沖激響應(yīng)；
[0011] S3、基于列車預(yù)測(cè)位置信道的基礎(chǔ)沖激響應(yīng)和列車當(dāng)前的速度，計(jì)算信道中每條 路徑的多普勒頻移fd,i:
第i條路徑的到達(dá)角為信號(hào)傳輸?shù)纳渚€方向與列 車的運(yùn)動(dòng)方向間的夾角，信號(hào)的射頻載波頻率為f，v為當(dāng)前速度，C為光速；
[0012] S4、利用細(xì)頻偏估計(jì)方法，對(duì)每條路徑的多普勒頻移進(jìn)行載波頻率的細(xì)節(jié)跟蹤和 補(bǔ)償。
[0013] 優(yōu)選的，所述步驟S1包括：
[0014] S11、設(shè)置在地面基站的應(yīng)答器將自己的ID發(fā)送至列車；
[0015] S12、測(cè)量列車與所述地面基站的相對(duì)位置；
[0016] S13、確定列車當(dāng)前位置Pi:Pi =應(yīng)答器ID+列車與所述地面基站的相對(duì)位置。
[0017] 優(yōu)選的，利用設(shè)置在列車上的輪軌測(cè)距儀測(cè)量列車與所述地面基站的相對(duì)位置。 [001引優(yōu)選的，所述步驟S2包括：
[0019] S21、預(yù)先將列車每個(gè)運(yùn)行位置相對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)參數(shù)存入信道數(shù)據(jù)庫(kù)中；
[0020] S22、基于列車預(yù)測(cè)位置的信道模型和列車的當(dāng)前位置，從信道數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取相對(duì) 應(yīng)的基礎(chǔ)參數(shù)，估計(jì)出預(yù)測(cè)位置實(shí)際的信道沖激響應(yīng)。
[0021] 優(yōu)選的，所述基礎(chǔ)參數(shù)包括:列車每個(gè)運(yùn)行位置相對(duì)應(yīng)信道的多徑個(gè)數(shù)W及各徑 的時(shí)延和平均能量數(shù)據(jù)。
[0022] 優(yōu)選的，所述步驟S3具體包括：
[0023] S31、獲取當(dāng)前時(shí)刻列車運(yùn)行的位置、速度、方向等信息；
[0024] S32、利用步驟S2中確定的信道基礎(chǔ)沖激響應(yīng)，測(cè)量沖激響應(yīng)中每條有效信息傳輸 路徑與當(dāng)前列車運(yùn)行方向的夾角，記第i條路徑與運(yùn)行方向的夾角為曰1。
[0025] S33、計(jì)算信道沖激響應(yīng)中第i條路徑的多普勒頻移fd,i:
庚中信號(hào) 的射頻載波頻率為f，V為當(dāng)前速度，C為光速。
[00%]優(yōu)選的，該方法進(jìn)一步包括:S5基于校正的多普勒頻移和載波頻偏，對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn) 行同步恢復(fù)和補(bǔ)償。
[0027] 優(yōu)選的，所述步驟S4包括：
[0028] S41、獲取由步驟S3計(jì)算得到的信道沖激響應(yīng)中每條路徑的多普勒頻移fd,i;
[0029] S42、信道沖激響應(yīng)中第i條路徑的相位隨時(shí)間變化量為按照此變化量實(shí) 時(shí)更新基礎(chǔ)信道沖激響應(yīng)；
[0030] S43、利用傳輸信號(hào)中的導(dǎo)頻或訓(xùn)練序列進(jìn)行頻偏估計(jì)和同步，然后根據(jù)S42中更 新的信道沖激響應(yīng)進(jìn)行信號(hào)恢復(fù)。
[0031] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0032] 本發(fā)明所述技術(shù)方案結(jié)合軌道交通場(chǎng)景和信道建模，通過(guò)對(duì)列車移動(dòng)位置處的已 知信道模型，能夠很好地分辨出不同徑上疊加的多普勒情況，并在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行估計(jì)和校 正。多普勒頻移估計(jì)時(shí)延非常短，且估計(jì)精度高，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低，適合于高速移動(dòng)、復(fù)雜場(chǎng)景 下的多普勒頻域估計(jì)與校正;而且相對(duì)于傳統(tǒng)方法，大大改善了多普勒頻移補(bǔ)償?shù)姆秶?br>【附圖說(shuō)明】
[0033] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明；
[0034] 圖1示出軌道交通專用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)鏈狀覆蓋的示意圖；
[0035] 圖2示出本發(fā)明所述多普勒頻移校正方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō) 明。附圖中相似的部件W相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體 描述的內(nèi)容是說(shuō)明性的而非限制性的，不應(yīng)W此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0037] 現(xiàn)有的多普勒頻移估計(jì)與校正技術(shù)主要有兩類:一類是針對(duì)中低速移動(dòng)場(chǎng)景，一 類是針對(duì)高速移動(dòng)場(chǎng)景。適合于中低速移動(dòng)場(chǎng)景的多普勒頻移估計(jì)與校正技術(shù)由于估計(jì)復(fù) 雜度、延遲大等因素不適合高速移動(dòng)場(chǎng)景。面對(duì)高速移動(dòng)場(chǎng)景的方法主要是基于信道狀態(tài) 信息的獲取進(jìn)行估計(jì)，運(yùn)些方法在實(shí)際中都會(huì)由于延遲較大，而無(wú)法捕捉快速變化的多普 勒特征，無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)有效補(bǔ)償。本方法利用一定位置處的已知信道模型進(jìn)行多普勒頻移 估計(jì)與校正，估計(jì)與校正的時(shí)延非常短，且估計(jì)精度高，適合于高速移動(dòng)復(fù)雜場(chǎng)景。
[0038] 本方案中，基于軌道交通周邊場(chǎng)景比較固定的特點(diǎn)，預(yù)先通過(guò)測(cè)量計(jì)算得到一定 精度位置的信號(hào)傳輸?shù)幕A(chǔ)信道沖激響應(yīng)，并依次記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中。首先利用設(shè)置在地面 基站的應(yīng)答器確定列車運(yùn)行的當(dāng)前位置，然后由數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取列車運(yùn)行位置處的基礎(chǔ)信道 沖激響應(yīng)，測(cè)量沖激響應(yīng)中每條有效信息傳輸路徑與當(dāng)前列車運(yùn)行方向的夾角，記為01，貝。 信道沖激響應(yīng)中第i條路徑的多普勒頻移
'其中，信號(hào)的射頻載波頻率為f，v 為當(dāng)前速度，C為光速。最后，利用細(xì)頻偏估計(jì)方法，對(duì)每條路徑的多普勒頻移fd,i進(jìn)行跟蹤 和補(bǔ)償。
[0039] 如圖2所示，本發(fā)明具體的公開(kāi)了一種用于軌道交通高速移動(dòng)場(chǎng)景的信道估計(jì)與 均衡方法，該方法的步驟包括：
[0040] -種用于軌道交通高速移動(dòng)場(chǎng)景的多普勒頻移校正方法，該方法的步驟包括：
[0041] S1、獲取列車當(dāng)前位置；
[0042] S2、確定列車預(yù)測(cè)位置的信道模型，并基于列車的當(dāng)前位置，確定列車預(yù)測(cè)位置信 道的基礎(chǔ)沖激響應(yīng)；
[0043] S3、基于列車預(yù)測(cè)位置信道的基礎(chǔ)沖激響應(yīng)和列車當(dāng)前的速度，計(jì)算信道中每條 路徑的多普勒頻移fd,i:
即第i條路徑的到達(dá)角為，信號(hào)的射頻載波頻率為 f，v為當(dāng)前速度，C為光速；
[0044] S4、利用細(xì)頻偏估計(jì)方法，對(duì)每條路徑的多普勒頻移進(jìn)行載波頻率的細(xì)節(jié)跟蹤和 補(bǔ)償；
[0045] S5基于校正的多普勒頻移和載波頻偏，對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行同步恢復(fù)和補(bǔ)償。
[0046] 對(duì)于本方案，所述步驟S1具體為:設(shè)置在地面基站的應(yīng)答器將自己的ID發(fā)送至列 車，同時(shí)，利用設(shè)置在列車上的輪軌測(cè)距儀測(cè)量列車與所述地面基站的相對(duì)位置。根據(jù)應(yīng)答 器的ID和所述相對(duì)位置，確定列車當(dāng)前位置Pi: Pi =應(yīng)答器ID+列車與所述地面基站的相對(duì) 位置。如圖1所示，距離D是一個(gè)固定值，因?yàn)檐壍澜煌熊囆旭傑壽E是固定的，其通信網(wǎng)絡(luò) 的基站間距D也是固定的。
[0047] 對(duì)于本方案，所述步驟S2具體為:預(yù)先將列車每個(gè)運(yùn)行位置相對(duì)應(yīng)信道的多徑