專利名稱：一種基于3g蜂窩網(wǎng)的高鐵信道探測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線移動通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及在高速場景下，基于3G蜂窩網(wǎng)的信 道探測的方法。
背景技術(shù)：
近幾年，中國高速鐵路迅速發(fā)展。目前，中國投入運營的高速鐵路達(dá)6920公里，在 建的高速鐵路達(dá)到1萬公里以上，成為世界上高速鐵路發(fā)展最快、系統(tǒng)技術(shù)最全、集成能力 最強(qiáng)、運營里程最長、運營速度最高、在建規(guī)模最大的國家。時速350公里的北京至天津、武 漢至廣州、鄭州至西安、上海至南京等高速鐵路已開通運營，運營速度世界最高。京滬高速 鐵路令世界矚目，建設(shè)長度1318公里，建成之后將實現(xiàn)最高運營速度380公里/小時。于此同時，3G信號將在鐵路沿線實現(xiàn)全面覆蓋。但在高速條件下，無線通信信 道環(huán)境劇烈惡化，主要表現(xiàn)出以下特點1、車地間的相對運動速度很高，運行速度350km/ tT500km/h，故高速信道的傳播特性(多普勒頻移、快衰落等)對通信系統(tǒng)性能產(chǎn)生的影響。 2、高速移動導(dǎo)致小區(qū)頻繁切換，造成可靠性降低。3、高速鐵路歷經(jīng)的環(huán)境復(fù)雜多變，信道變 化迅速。4、車廂穿透損耗大。我國高速鐵路發(fā)展起步晚，起點高。對于高速列車信道研究處于理論探討階段，見 諸文獻(xiàn)的測試數(shù)據(jù)極少，大多的研究只是考慮在某一特定的地形環(huán)境下，因此相關(guān)的研究 結(jié)果缺乏普適性，限制了適用范圍。需要指出，和公眾通信網(wǎng)寬帶信道探測和建模不同，高速鐵路無線信道探測具有 其特殊。高速鐵路無線信道探測須在高速列車上完成，但為了保證列控信號傳輸可靠，除現(xiàn) 有公眾無線通信系統(tǒng)外，高速列車上及鐵路周圍禁止發(fā)射其他無線信號。因此，經(jīng)典的信道 探測技術(shù)，如直接射頻脈沖探測系統(tǒng)、擴(kuò)頻華東相關(guān)信道探測系統(tǒng)等很難用于高速鐵路無 線信道探測。而利用現(xiàn)有GSM、3G系統(tǒng)的無線信號測量高鐵信道，將是最方便可行的方案。所以，在高速移動條件下(時速300km/tT500km/h)寬帶無線信道特性，將成為未來 陸地寬帶無線接入發(fā)展的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
信道特性是通信系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，高鐵場景下信道特性的測量與建模是高鐵無 線通信系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)工作之一。目前國內(nèi)外的研究成果非常匱乏，高速鐵路的自身特 點——高速移動以及行車過程中地形地物快速變化，導(dǎo)致高鐵寬帶移動通信電波傳播環(huán)境 復(fù)雜多樣。有鑒于此，本發(fā)明提出一種在高鐵場景下(350km/h-500km/h)，基于3G蜂窩網(wǎng)的 無線信道探測方法。為了解決上述問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案包括以下兩個步驟 步驟a 接收機(jī)接收3G信號，在本地進(jìn)行信道估計獲取信道沖擊響應(yīng)信息。步驟b 對步驟a中得到的沖擊響應(yīng)信息進(jìn)行統(tǒng)計。統(tǒng)計方法采用基于時間間隔 的簇分離法或基于功率衰落的功率分離法；所述簇分離法以時間間隔為基準(zhǔn)，將時間間隔較小的多徑作為一簇，在宏觀上，一簇即為可分離的一徑，所述功率分離法以功率衰落為基 準(zhǔn)，將接收信號功率相近或在同一數(shù)量級的多徑作為一條可分辨徑。步驟a包括接收機(jī)針對TD-SCDMA、WCDMA及CDMA2000信號分別利用midamble 碼、Common Pilot Channel (CPICH)及 Forward-Pilot Channel (F-PICH)做相關(guān)，得到多 徑信道延遲信息后進(jìn)行信道估計，得到信道沖擊響應(yīng)信息。探測過程中不發(fā)送任何激勵信 號，接收機(jī)只接收信號。步驟b所述多徑的最小分辨率為一個chip的長度，一個chip內(nèi)的多徑信息不能獲取。步驟b所述兩種統(tǒng)計方法中多徑的合并均采用功率加權(quán)合并，測量次數(shù)可根據(jù)統(tǒng) 計特性靈活變動。本發(fā)明的有益效果如下，目前高速條件下信道探測的測量數(shù)據(jù)極為匱乏，本發(fā)明 在現(xiàn)行3G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上研究高速鐵路信道探測的方法。由于3G蜂窩網(wǎng)絡(luò)其核心技術(shù)是碼 分多址(CDMA)，可利用經(jīng)典偽隨機(jī)序列相關(guān)法在接收端利用其導(dǎo)頻信道或時隙信息完成信 道估計，獲取信道可分辨多徑的沖擊響應(yīng)信息，最終提取信道時延擴(kuò)展統(tǒng)計參數(shù)；在高鐵場 景下若采用3G網(wǎng)絡(luò)信號，解決了鐵道部對高鐵沿線無線信號的管制造成的對信道測量限 制問題。3G網(wǎng)絡(luò)在帶寬和時間分辨率上均優(yōu)于GSM信號，相對于未來TD-LTE系統(tǒng)20MHz帶 寬，3G信號體制更為接近未來寬帶信號，若利用3G信號作為信道探測信號，可以獲得更為 準(zhǔn)確的信道多徑統(tǒng)計信息。采用的兩種統(tǒng)計方法，從不同的角度進(jìn)行多徑處理，得到高速條 件下的信道特性。


圖1是WCDMA的幀結(jié)構(gòu)；
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的信道估計實現(xiàn)流程圖； 圖3是示出基于時間間隔的簇分離示意圖； 圖4是示出基于功率衰落的功率分離示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明在現(xiàn)行3G信號的基礎(chǔ)上進(jìn)行信道探測，在接收端對TD-SCDMA、WCDMA及 CDMA2000 信號分別利用 midamble 碼、Common Pilot Channel (CPICH)及 Forward-Pilot Channel (F-PICH)進(jìn)行信道估計獲取信道沖擊響應(yīng)信息。在統(tǒng)計方法上，本發(fā)明提出兩種 多徑統(tǒng)計的方法——基于時間間隔的簇分離法和基于功率衰落的功率分離法。下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做更詳細(xì)的描述。由于三種3G信號在接收端均通過相關(guān)接收機(jī)進(jìn)行信道估計，獲取信道時延擴(kuò)展 特征。下面的具體說明將以WCDMA信號為例，其他兩種信號(TD-SCDMA和CDMA2000)與此 類似。在WCDMA幀結(jié)構(gòu)中，每一個無線幀的長度是10ms，即38400chips。每個無線幀包 含15個時隙，每個時隙的長度是2560chips，如圖1所示。WCDMA系統(tǒng)是一個碼分多址的接入系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用OVSF碼來擴(kuò)頻。OVSF碼對用 戶數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻，并保持信道的正交性。不同的信號速率，不同的擴(kuò)頻因子，使用不同長度的OVSF碼，擴(kuò)頻后變?yōu)榻y(tǒng)一的3. 84Mcps。WCDMA中使用Gold碼來為數(shù)據(jù)加擾。下行鏈路 Gold碼的序列長度為2~18-1，上行鏈路Gold碼的序列長度為2~25-1。Gold碼具有很低的 相關(guān)性，大大降低了把一個Gold碼誤認(rèn)為是另一個Gold碼的可能行，因此使用Gold碼對 信道化的信號進(jìn)行加擾是非常理想的。在WCDMA系統(tǒng)中，Gold碼序列長度被截短成38400 個碼片，與IOms的無線幀相匹配。WCDMA中的公共導(dǎo)頻信道(CPICH)是一個在整個小區(qū)廣播的純物理信道，其發(fā)射 功率大于其他專用傳輸信道。它包含一個已知比特序列，并和主、輔公共控制物理信道并行 傳送，用于確定主擾碼和參考相位。公共導(dǎo)頻信道以廣播的形式不間斷發(fā)送，小區(qū)內(nèi)所有接 收機(jī)均可接收到。CPICH采用固定的擴(kuò)頻因子和擴(kuò)頻碼，因此，CHICH中一幀含有150個符 號，每個時隙有10個符號，所有的符號均為Ι-j。在接收端，這些符號作為導(dǎo)頻信號用于信 道估計。擴(kuò)頻信號非常適應(yīng)多徑信道傳輸在多徑信道中傳輸信號被障礙物如建筑物和山 等反射接收機(jī)就會接收到多個不同時延的碼片信號如果碼片信號之間的時延超過一個碼 片接收機(jī)就可以分別對它們進(jìn)行解調(diào)實。如圖2所示，Rake接收機(jī)利用CPICH進(jìn)行多徑的 測量。接收機(jī)將接收到的信號作下變頻及AD轉(zhuǎn)換后，利用SCH(同步控制信道)進(jìn)行同步， 同時將CPICH與本地擾碼信號做相關(guān)。由于Gold碼具有很低的相關(guān)性，得到多徑時延，可 以得到WCDMA的最小多徑延遲為一個chip，即約0. 26us。由于同步偏差及高速運動，接收端每次測量得到的多徑會左右偏移，影響到多徑 的測量，因此需要在統(tǒng)計方法上進(jìn)行糾正。假設(shè)在時間t內(nèi)，接收機(jī)測量N次，設(shè)每次測得 的多徑延遲為，多徑功率為，其中，，為第η次測量中的多徑數(shù)。在統(tǒng)計方法上，本發(fā)明提出兩種多徑統(tǒng)計的方法
第一種是基于時間間隔的簇分離法，如圖3所示。將時間間隔很小或者很 緊密的一組多徑作為一簇，看做一徑，在多徑的合并上，采用功率加權(quán)合并，設(shè) 況次測量中的多徑個數(shù)為Μ，出現(xiàn)的次數(shù)為，總功率為，其中，且《 =，將延遲和之
間的多徑作為第條多徑，則，；
第二種是基于功率衰落的功率分離法，如圖4所示。由于多徑延遲越大，其信號傳播的 距離越長，經(jīng)歷的反射或折射越多，所以將信號功率相近或在同一數(shù)量級的多徑作為一組， 看作同一條可分辨徑中不可分離的多徑，多徑的合并也采用功率加權(quán)合并，方法同基于時 間間隔的簇分離法。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明的原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也 應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種基于3G蜂窩網(wǎng)的高鐵信道探測方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟步驟a，接收機(jī)接收高鐵場景下的3G信號，在本地進(jìn)行信道估計獲取信道沖擊響應(yīng)信息；步驟b，對步驟a中得到的沖擊響應(yīng)信息進(jìn)行統(tǒng)計，統(tǒng)計方法采用基于時間間隔的簇分離法或基于功率衰落的功率分離法；所述簇分離法以時間間隔為基準(zhǔn)，將時間間隔較小的多徑作為一簇，在宏觀上，一簇即為可分離的一徑，所述功率分離法以功率衰落為基準(zhǔn)，將接收信號功率相近或在同一數(shù)量級的多徑作為一條可分辨徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于3G蜂窩網(wǎng)的高鐵信道探測方法，其特征在于，步驟 a中所述3G信號是指TD-SCDMA或CDMA2000或WCDMA。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于3G蜂窩網(wǎng)的高鐵信道探測方法，其特征在于，步驟 a探測過程中不發(fā)送任何激勵信號，接收機(jī)只接收信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于3G蜂窩網(wǎng)的高鐵信道探測方法，其特征在于，所述 多徑的最小分辨率為一個chip的長度，一個chip內(nèi)的多徑信息不能獲取。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于3G蜂窩網(wǎng)的高鐵信道探測方法，其特征在于，步驟 b所述兩種統(tǒng)計方法中多徑的合并均采用功率加權(quán)合并，測量次數(shù)根據(jù)統(tǒng)計特性變動。
全文摘要
本發(fā)明涉及在高鐵場景下(350km/h-500km/h)，基于3G蜂窩網(wǎng)的無線信道探測方法。在高鐵場景下，不能自行發(fā)射任何激勵信號，如m序列、周期脈沖等，信道探測只能利用現(xiàn)有3G信號作為激勵信號。接收機(jī)針對TD-SCDMA、WCDMA及CDMA2000信號分別利用midamble碼、CommonPilotChannel(CPICH)及Forward-PilotChannel(F-PICH)進(jìn)行信道估計獲取信道沖擊響應(yīng)信息。在統(tǒng)計方法上，本發(fā)明提出兩種分離多徑的統(tǒng)計方法基于時間間隔的簇分離法和基于功率衰落的功率分離法。
文檔編號H04L25/02GK101986582SQ201010279898
公開日2011年3月16日 申請日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者劉留, 邱佳慧, 陶成 申請人:北京交通大學(xué)