本發(fā)明屬于軌道交通移動通信系統(tǒng)技術領域，尤其涉及一種軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)及方法。

背景技術：

目前軌道交通移動通信系統(tǒng)至少包括：GSM-R(Global System for Mobile–Rail，鐵路移動通信全球系統(tǒng))、無線列車調(diào)度系統(tǒng)和無線平面調(diào)車系統(tǒng)。由于目前軌道交通移動通信系統(tǒng)屬于窄帶通信系統(tǒng)，其通信性能有限，所以目前軌道交通移動通信系統(tǒng)主要滿足語音和低速數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務需求。

隨著軌道交通行業(yè)的快速發(fā)展，對視頻傳輸、高速數(shù)據(jù)傳輸和綜合業(yè)務的需求日益增強，對通信延時和可靠性等要求也逐漸提高，為此對目前軌道交通移動通信系統(tǒng)進行如下改動：

在舊基站塔上部署B(yǎng)S(Base Station，基站)或BS的RRM(Remote Radio Module，射頻拉遠模塊)，并在BS或BS的RRM中集成MIMO(Multiple-Input Multiple-Outpu，多輸入多輸出通信系統(tǒng))或Massive MIMO(Massive Multiple-Input Multiple-Output，大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng))技術，以實現(xiàn)在軌道交通移動通信系統(tǒng)中部署MIMO或Massive MIMO技術，從而將軌道交通移動通信系統(tǒng)更新為寬帶通信系統(tǒng)。

但是上述改動方式需要有足夠的舊基站塔，且舊基站塔上的安裝空間可供使用，從現(xiàn)有舊基站塔的數(shù)量來看是無法滿足MIMO或大規(guī)模MIMO所需舊基站塔的要求的，并且目前舊基站塔間隔無法滿足MIMO或大規(guī)模MIMO對信號覆蓋距離要求，降低通信性能。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)及方法，用于對系統(tǒng)中的多個軌旁通信設備和多個車載通信設備按照多輸入多輸出通信系統(tǒng)的要求或大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的要求進行部署，以使得系統(tǒng)中的多個軌旁通信設備和多個車載通信設備的部署符合多輸入多輸出通信系統(tǒng)或大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)對信號覆蓋距離要求，提高通信性能。技術方案如下：

本發(fā)明提供一種軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：多個軌旁通信設備和多個車載通信設備；所述多個軌旁通信設備之間通過地面有線網(wǎng)絡通信，所述多個車載通信設備之間通過車載有線網(wǎng)絡通信，所述多個軌旁通信設備中的任一軌旁通信設備與所述多個車載通信設備中的任一車載通信設備通過車地無線通信網(wǎng)絡通信；

所述多個軌旁通信設備根據(jù)多輸入多輸出通信系統(tǒng)的要求部署在列車行駛的沿線線路上，所述多個車載通信設備根據(jù)多輸入多輸出通信系統(tǒng)的要求部署在列車中；

或者所述多個軌旁通信設備根據(jù)大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的要求部署在列車行駛的沿線線路上，所述多個車載通信設備根據(jù)大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的要求部署在列車中。

優(yōu)選地，所述多個軌旁通信設備根據(jù)多輸入多輸出通信系統(tǒng)的要求部署在列車行駛的沿線線路上，所述多個車載通信設備根據(jù)多輸入多輸出通信系統(tǒng)的要求部署在列車中包括：

所述任一軌旁通信設備為包括兩根天線的基站，且所述兩根天線中的任一根天線包括兩個天線陣元；

任一基站部署在軌旁支柱的底部的第一區(qū)域范圍內(nèi)，所述任一基站的兩根天線部署在各自對應的軌旁支柱沿所述列車行駛的沿線線路中高于列車車頂?shù)耐晃恢玫膬蓚?cè)，且在所述任一基站的兩根天線部署在各自對應的軌旁支柱沿所述列車行駛的沿線線路中高于列車車頂?shù)耐晃恢玫膬蓚?cè)后所述兩根天線的發(fā)射方向相反，且兩根天線的一根天線的發(fā)射方向?qū)熊囆旭偡较颍?/p>

或

所述任一基站部署在隧道側(cè)壁的底部區(qū)域內(nèi)，所述任一基站的兩根天線部署在各自對應的底部區(qū)域上方高于列車車頂?shù)膮^(qū)域或者各自對應的底部區(qū)域上方的隧道頂壁上，且在所述兩根天線部署在各自對應的底部區(qū)域上方中高于列車車頂?shù)膮^(qū)域或者各自對應的底部區(qū)域上方的隧道頂壁上后所述兩根天線的發(fā)射方向相反，且兩根天線的一根天線的發(fā)射方向?qū)熊囆旭偡较颉?/p>

優(yōu)選地，所述多個軌旁通信設備根據(jù)多輸入多輸出通信系統(tǒng)的要求部署在列車行駛的沿線線路上，所述多個車載通信設備根據(jù)多輸入多輸出通信系統(tǒng)的要求部署在列車中包括：

所述任一軌旁通信設備為包括兩根天線的基站，所述兩根天線中的任一根天線包括兩個天線陣元；

多個基站中的部分基站分別部署在軌旁支柱的底部的第一區(qū)域范圍內(nèi)，所述部分基站各自包括的兩根天線部署在各自對應的軌旁支柱沿所述列車行駛的沿線線路中高于列車車頂?shù)耐晃恢玫膬蓚?cè)，且在所述部分基站各自包括的所述兩根天線部署在各自對應的軌旁支柱沿所述列車行駛的沿線線路中高于列車車頂?shù)耐晃恢玫膬蓚?cè)后所述部分基站各自包括的所述兩根天線的發(fā)射方向相反，且兩根天線的一根天線的發(fā)射方向?qū)熊囆旭偡较颍?/p>

所述多個基站中的其他基站分別部署在隧道側(cè)壁的底部區(qū)域內(nèi)，所述其他基站各自包括的兩根天線部署在各自對應的底部區(qū)域上方中高于列車車頂?shù)膮^(qū)域或者各自對應的底部區(qū)域上方的隧道頂壁上，且在所述兩根天線部署在各自對應的底部區(qū)域上方中高于列車車頂?shù)膮^(qū)域或者各自對應的底部區(qū)域上方的隧道頂壁上后所述兩根天線的發(fā)射方向相反，且兩根天線的一根天線的發(fā)射方向?qū)熊囆旭偡较颉?/p>

優(yōu)選地，所述多個軌旁通信設備根據(jù)大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的要求部署在列車行駛的沿線線路上，所述多個車載通信設備根據(jù)大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的要求部署在列車中包括：

所述任一軌旁通信設備包括一個基帶處理模塊和通過所述基帶處理模塊管理的多個射頻拉遠模塊，且所述多個射頻拉遠模塊中的任一射頻拉遠模塊包括兩根天線，所述兩根天線中的任一根天線包括兩個天線陣元；

所述任一軌旁通信設備的多個射頻拉遠模塊各自部署在沿線線路的第二區(qū)域內(nèi)的一根軌旁支柱上，且任一射頻拉遠模塊包括的兩根天線部署在各自對應的射頻拉遠模塊對應的軌旁支柱沿所述列車行駛的沿線線路中高于列車車頂?shù)耐晃恢玫膬蓚?cè)，在任一射頻拉遠模塊包括的兩根天線部署在各自對應的射頻拉遠模塊對應的軌旁支柱沿所述列車行駛的沿線線路中高于列車車頂?shù)耐晃恢玫膬蓚?cè)后任一射頻拉遠模塊包括的兩根天線的發(fā)射方向相反，且兩根天線的一根天線的發(fā)射方向?qū)熊囆旭偡较?，所述任一射頻拉遠模塊在各自對應的軌旁支柱上的位置低于各自包括的兩根天線在軌旁支柱上的位置；

所述任一軌旁通信設備的基帶處理模塊部署在對應的多個射頻拉遠模塊所在多根軌旁支柱的第三區(qū)域內(nèi)或者所述任一軌旁通信設備的基帶處理模塊部署在機房內(nèi)；

或者

所述任一軌旁通信設備的多個射頻拉遠模塊位于同一隧道側(cè)壁的第四區(qū)域內(nèi)，且任一射頻拉遠模塊各自部署在所述第四區(qū)域的底部區(qū)域，任一射頻拉遠模塊各自包括的兩根天線部署在所述第四區(qū)域中高于列車車頂?shù)膮^(qū)域內(nèi)或者任一射頻拉遠模塊各自包括的兩根天線部署在所述第四區(qū)域?qū)乃淼理敱谏?，在任一射頻拉遠模塊各自包括的兩根天線部署在所述第四區(qū)域中高于列車車頂?shù)膮^(qū)域內(nèi)或者任一射頻拉遠模塊各自包括的兩根天線部署在所述第四區(qū)域?qū)乃淼理敱谏虾笕我簧漕l拉遠模塊包括的兩根天線的發(fā)射方向相反，且兩根天線的一根天線的發(fā)射方向?qū)熊囆旭偡较颍?/p>

所述任一軌旁通信設備的基帶處理模塊部署在對應的射頻拉遠模塊所在隧道側(cè)壁的底部區(qū)域內(nèi)或者所述任一軌旁通信設備的基帶處理模塊部署在機房內(nèi)。

優(yōu)選地，所述多個軌旁通信設備根據(jù)大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的要求部署在列車行駛的沿線線路上，所述多個車載通信設備根據(jù)大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的要求部署在列車中包括：

所述任一軌旁通信設備包括一個基帶處理模塊和通過所述基帶處理模塊管理的多個射頻拉遠模塊，且所述多個射頻拉遠模塊中的任一射頻拉遠模塊包括兩根天線，所述兩根天線中的任一根天線包括兩個天線陣元；

所述多個軌旁通信設備的部分軌旁通信設備中的任意一個軌旁通信設備的多個射頻拉遠模塊各自部署在第二區(qū)域內(nèi)的一根軌旁支柱上，且任一射頻拉遠模塊包括的兩根天線部署在各自對應的射頻拉遠模塊對應的軌旁支柱沿所述列車行駛的沿線線路中高于列車車頂?shù)耐晃恢玫膬蓚?cè)，在任一射頻拉遠模塊包括的兩根天線部署在各自對應的射頻拉遠模塊對應的軌旁支柱沿所述列車行駛的沿線線路中高于列車車頂?shù)耐晃恢玫膬蓚?cè)后任一射頻拉遠模塊包括的兩根天線的發(fā)射方向相反，且兩根天線的一根天線的發(fā)射方向?qū)熊囆旭偡较颍鋈我簧漕l拉遠模塊在各自對應的軌旁支柱上的位置低于各自包括的兩根天線在軌旁支柱上的位置；

所述部分軌旁通信設備中的任意一個軌旁通信設備的基帶處理模塊部署在對應的射頻拉遠模塊所在多根軌旁支柱的第三區(qū)域內(nèi)或者所述任一軌旁通信設備的基帶處理模塊部署在機房內(nèi)；

所述多個軌旁通信設備的其他軌旁通信設備中的任意一個軌旁通信設備的多個射頻拉遠模塊位于同一隧道側(cè)壁的第四區(qū)域內(nèi)，且任一射頻拉遠模塊各自部署在所述第四區(qū)域的底部區(qū)域，任一射頻拉遠模塊各自包括的兩根天線部署在所述第四區(qū)域中高于列車車頂?shù)膮^(qū)域內(nèi)或者任一射頻拉遠模塊各自包括的兩根天線部署在所述第四區(qū)域?qū)乃淼理敱谏希谌我簧漕l拉遠模塊各自包括的兩根天線部署在所述第四區(qū)域中高于列車車頂?shù)膮^(qū)域內(nèi)或者任一射頻拉遠模塊各自包括的兩根天線部署在所述第四區(qū)域?qū)乃淼理敱谏虾笕我簧漕l拉遠模塊包括的兩根天線的發(fā)射方向相反，且兩根天線的一根天線的發(fā)射方向?qū)熊囆旭偡较颍?/p>

所述其他軌旁通信設備中的任意一個軌旁通信設備的基帶處理模塊部署在對應的射頻拉遠模塊所在隧道側(cè)壁的底部區(qū)域內(nèi)或者所述任一軌旁通信設備的基帶處理模塊部署在機房內(nèi)。

優(yōu)選地，所述多個車載通信設備中的任一車載通信設備包括一個車載基帶處理模塊和通過車載基帶處理模塊管理的多個車載射頻模塊；

所述任一車載通信設備中的多個車載射頻模塊分別部署在不同車廂內(nèi)，所述多個車載射頻模塊各自包括的天線部署在對應的車載射頻模塊所在車廂的頂部，所述多個車載射頻模塊對應的車載基帶處理模塊部署在各自對應的多個車載射頻模塊所在車廂的任意一節(jié)車廂中；

或者

所述任一車載通信設備中的多個車載射頻模塊和對應的車載基帶處理模塊部署在同一節(jié)車廂內(nèi)，所述多個車載射頻模塊各自包括的天線部署在所述同一節(jié)車廂內(nèi)的頂部；

所述多個車載射頻模塊中的任一車載射頻模塊包括的天線包括四個天線陣元，所述四個天線陣元包括兩個前向陣元和兩個后向陣元，且所述兩個前向陣元的極化方式和所述兩個后向陣元的極化方式分別與所述兩根天線中每一根天線包括的兩個天線陣元的極化方式相同。

優(yōu)選地，所述多個車載通信設備中的任一車載通信設備部署在列車的不同車廂內(nèi)，且所述任一車載通信設備的天線部署在所述任一車載通信設備所在車廂的頂部；

或

所述多個車載通信設備部署在列車的同一節(jié)車廂內(nèi)，且所述多個車載通信設備的任一天線部署在所述車廂的頂部；

所述任一車載通信設備的天線包括四個天線陣元，所述四個天線陣元包括兩個前向陣元和兩個后向陣元，且所述兩個前向陣元的極化方式和所述兩個后向陣元的極化方式分別與所述兩根天線中每一根天線包括的兩個天線陣元的極化方式相同。

優(yōu)選地，所述多個軌旁通信設備中的任一軌旁通信設備，用于確定任一車載通信設備所處場區(qū)，通過與所述任一車載通信設備估計無線信道信息，結合所述無線信道信息選取與所述任一車載通信設備所處場區(qū)對應的信號處理技術與所述任一車載通信設備進行通信，并向所述任一車載通信設備發(fā)送指示以使所述任一車載通信設備選取與所述任一車載通信設備所處場區(qū)對應的信號處理技術與所述任一軌旁通信設備進行通信。

本發(fā)明還提供一種基于軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)的信號處理方法，所述方法包括：

確定所述軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)中的車載通信設備所位于的場區(qū)；

獲取所述車載通信設備與所述軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)中的軌旁通信設備之間的無線信道信息；

根據(jù)所述車載通信設備所位于的場區(qū)以及所述無線信道信息，選取對應信號處理技術對所述車載通信設備與所述軌旁通信設備之間傳輸?shù)男盘栠M行處理。

優(yōu)選地，所述根據(jù)所述車載通信設備所位于的場區(qū)以及所述無線信道信息，選取對應信號處理技術對所述車載通信設備與所述軌旁通信設備之間傳輸?shù)男盘栠M行處理，包括：

當所述車載通信設備所位于的場區(qū)為遠場區(qū)時，結合所述無線信道信息采用波束合成技術對所述車載通信設備與所述軌旁通信設備之間傳輸?shù)男盘栠M行處理；

當所述車載通信設備所位于的場區(qū)為中場區(qū)或近場區(qū)時，若所述軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)中的所述軌旁通信設備和所述車載通信設備根據(jù)多輸入多輸出通信系統(tǒng)的要求部署，則結合所述無線信道信息采用多輸入多輸出通信系統(tǒng)空間復用技術對所述車載通信設備與所述軌旁通信設備之間傳輸?shù)男盘栠M行處理；若所述軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)中的所述軌旁通信設備和所述車載通信設備根據(jù)大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的要求部署，則結合所述無線信道信息采用大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)空間復用技術對所述車載通信設備與所述軌旁通信設備之間傳輸?shù)男盘栠M行處理。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的上述技術方案具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明提供的上述技術方案中，多個軌旁通信設備根據(jù)多輸入多輸出通信系統(tǒng)的要求部署在列車行駛的沿線線路上，多個車載通信設備根據(jù)多輸入多輸出通信系統(tǒng)的要求部署在列車中，使得多個軌旁通信設備和多個車載通信設備的部署符合多輸入多輸出通信系統(tǒng)對信號覆蓋距離要求，提高通信性能?；蛘叨鄠€軌旁通信設備根據(jù)大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的要求部署在列車行駛的沿線線路上，多個車載通信設備根據(jù)大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)的要求部署在列車中，使得多個軌旁通信設備和多個車載通信設備的部署符合大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng)對信號覆蓋距離要求，同樣可以提高通信性能。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例提供的軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)的一種示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的在接觸網(wǎng)支柱部署基站及基站天線的一種示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的在隧道部署基站及基站天線的一種示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例提供的在接觸網(wǎng)支柱部署基站及基站天線的另一種示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例提供的在接觸網(wǎng)支柱部署基站及基站天線的再一種示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例提供的在隧道部署基站及基站天線的另一種示意圖；

圖7是本發(fā)明實施例提供的在隧道部署基站及基站天線的再一種示意圖；

圖8是本發(fā)明實施例提供的部署MT的一種示意圖；

圖9是本發(fā)明實施例提供的部署MT的另一種示意圖；

圖10是本發(fā)明實施例提供的部署MT的再一種示意圖；

圖11是本發(fā)明實施例提供的部署MT的再一種示意圖；

圖12是本發(fā)明實施例提供的軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)的另一種示意圖；

圖13是本發(fā)明實施例提供的基于軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)的信號處理方法的流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1，其示出了本發(fā)明實施例提供的軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)的示意圖，可以包括：多個軌旁通信設備11和多個車載通信設備12。其中多個軌旁通信設備之間通過地面有線網(wǎng)絡通信，多個車載通信設備12通過車載有線網(wǎng)絡通信，多個軌旁通信設備11中的任一軌旁通信設備11與多個車載通信設備12中的任一車載通信設備通過車地無線通信網(wǎng)絡通信。

并且從圖1所示來看，相鄰的兩個軌旁通信設備11的信號覆蓋區(qū)域有部分重疊，形成信號切換區(qū)域，在車載通信設備12檢測到列車經(jīng)過信號切換區(qū)域后將通信鏈路從即將移出的軌旁通信設備11上切換到即將進入的軌旁通信設備11上。

多個軌旁通信設備11和多個車載通信設備12可以采用MIMO技術，當多個軌旁通信設備11和多個車載通信設備12采用MIMO技術時，多個軌旁通信設備11根據(jù)MIMO的要求部署在列車行駛的沿線線路上，多個車載通信設備根據(jù)MIMO的要求部署在列車上，以使得多個軌旁通信設備和多個車載通信設備的部署符合MIMO對信號覆蓋距離要求，提高通信性能。

或者

多個軌旁通信設備11和多個車載通信設備12可以采用Massive MIMO(Massive Multiple-Input Multiple-Output，大規(guī)模多輸入多輸出通信系統(tǒng))技術，當多個軌旁通信設備11和多個車載通信設備12采用Massive MIMO技術時，多個軌旁通信設備11根據(jù)Massive MIMO的要求部署在列車行駛的沿線線路上，多個車載通信設備根據(jù)Massive MIMO的要求部署在列車上，以使得多個軌旁通信設備和多個車載通信設備的部署符合Massive MIMO對信號覆蓋距離要求，提高通信性能。

下面以任一軌旁通信設備為BS，任一車載通信設備為MT(Mobile Terminal，車載終端)為例，首先對BS根據(jù)MIMO的要求部署在列車行駛的沿線線路，MT根據(jù)MIMO的要求部署在列車上進行說明。在BS根據(jù)MIMO的要求部署在列車行駛的沿線線路時，BS可以部署在非隧道區(qū)和/或隧道區(qū)。

其中在非隧道區(qū)，BS可以部署在如軌旁支柱上，而在隧道區(qū)，BS可以部署在隧道壁上，下面一一進行說明。

非隧道區(qū)：

任一BS及任一BS包括的兩根天線部署在同一根軌旁支柱上，且同一根軌旁支柱上部署有一個BS。所述“軌旁支柱”包括但不限于：接觸網(wǎng)支柱，PIS(Passenger Information System，旅客信息系統(tǒng))天線支柱和沿線線路新立的支柱。

以接觸網(wǎng)支柱為例，BS以及BS包括的兩根天線的部署方式如圖2所示，在接觸網(wǎng)支柱沿列車行駛的沿線線路的同一位置的兩側(cè)分別部署一根天線，在將兩根天線部署在接觸網(wǎng)支柱上后兩根天線的發(fā)射方向相反，且兩根天線中的一根天線的發(fā)射方向?qū)熊囆旭偡较?，以通過天線發(fā)射信號覆蓋兩側(cè)沿線線路，并且在部署天線時要求天線所在位置高于列車車頂，但不高于接觸網(wǎng)支柱導航回流線高度。為了采用MIMO技術，在一根天線內(nèi)部整合兩個天線陣元(即一根天線包括兩個天線陣元)，且一根天線內(nèi)的兩個天線陣元的極化方式與另一根天線內(nèi)的兩個天線陣元的極化方式相同，目前極化方式包括±45°極化、水平極化和垂直極化，在實際應用中，可以選取其中任意一對極化方式，且在選取時不同BS中天線陣元的極化方式兩兩相同，例如BS1中一根天線的兩個天線陣元的極化方式為水平極化和垂直極化，另一根天線的兩個天線陣元的極化方式也為水平極化和垂直極化，則多個BS中其他BS中天線陣元的極化方式也應采用水平極化和垂直極化。

對于BS來說，BS部署在接觸網(wǎng)支柱的底部的第一區(qū)域范圍內(nèi)，如部署在靠近接觸網(wǎng)支柱的底部的位置、或者部署在接觸網(wǎng)支柱附近的地面或溝道內(nèi)，以便于維護人員對BS進行維護，BS和天線之間采用射頻饋線連接。

在將BS以及BS包括的天線部署在其他類型的軌旁支柱上時，與部署在接觸網(wǎng)支柱上的不同指出在于：BS包括的天線的位置高于列車車頂即可。

隧道區(qū)：

任一BS以及任一BS包括的兩根天線部署在同一隧道壁上，如圖3所示，BS部署在隧道側(cè)壁的底部區(qū)域，以便于維護人員進行維護，BS包括的天線則可以部署在位于底部區(qū)域上方高于列車車頂?shù)膮^(qū)域或者部署在位于底部區(qū)域上方的隧道頂壁上，BS和天線之間用射頻饋線連接。

在部署后兩根天線的發(fā)射方向相反，且兩根天線中的一根天線的發(fā)射方向?qū)熊囆旭偡较?，以通過天線發(fā)射信號覆蓋兩側(cè)沿線線路。為了采用MIMO技術，在一根天線內(nèi)部整合兩個天線陣元(即一根天線包括兩個天線陣元)，且一根天線內(nèi)的兩個天線陣元的極化方式與另一根天線內(nèi)的兩個天線陣元的極化方式相同，目前極化方式包括±45°極化、水平極化和垂直極化，在實際應用中，可以選取其中任意一對極化方式，且在選取時不同BS中天線陣元的極化方式兩兩相同，例如BS1中一根天線的兩個天線陣元的極化方式為水平極化和垂直極化，另一根天線的兩個天線陣元的極化方式也為水平極化和垂直極化，則多個BS中其他BS中天線陣元的極化方式也應采用水平極化和垂直極化。

在這里需要說明的一點是：在根據(jù)MIMO部署B(yǎng)S以及BS包括的天線時，任一BS及任一BS包括的天線均可以采用圖2所示方式部署或者均可以采用圖3所示方式部署。當然還可以將圖2所示方式和圖3所示方式結合，即軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)中多個軌旁通信設備中的部分軌旁通信設備采用圖2所示方式部署，多個軌旁通信設備中的其他軌旁通信設備采用圖3所示方式部署，對此本發(fā)明實施例不再詳述。

MT部署

根據(jù)MIMO的要求部署MT的方式為：多個MT部署在不同的車廂中，且任一MT以及任一MT包括的天線部署在同一節(jié)車廂中，比如任一MT部署在車廂的設備柜內(nèi)，任一MT包括的天線安裝在各自對應的車廂的頂部，且任一MT以及任一MT包括的天線通過射頻饋線連接。

或者多個MT部署在同一節(jié)車廂中，多個MT各自包括的天線部署在對應的同一節(jié)車廂的頂部，并通過射頻饋線與各自對應的MT連接。

并且在本發(fā)明實施例中，MT包括的天線整合四個天線陣元，即MT中的一根天線包括四個天線陣元，四個天線陣元包括兩個前向陣元和兩個后向陣元，且兩個前向陣元、兩個后向陣元的極化方式分別與BS的兩根天線中每一根天線包括的兩個天線陣元的極化方式相同。

下面則介紹BS和MT如何根據(jù)Massive MIMO部署，在根據(jù)Massive MIMO部署時，采用射頻拉遠技術，將BS分為RRM(Remote Radio Module，射頻拉遠模塊)和BBM(Baseband Module，基帶處理模塊)兩部分，兩部分之間用光纖連接，以支持遠距離部署和通信，每個BBM管理多個RRM，并且每個BBM管理的所有RRM及所有RRM各自對應的天線所覆蓋的區(qū)域共同組成一個小區(qū)，從而體現(xiàn)Massive MIMO中單個小區(qū)使用大量天線的特點。在本發(fā)明實施例中，每個RRM包括兩根天線，且兩根天線中的任一根天線包括兩個天線陣元。BBM以及RRM可以部署在非隧道區(qū)和/或隧道區(qū)，下面一一進行說明。

非隧道區(qū)

由同一個BBM管理的多個RRM部署在沿線線路的第二區(qū)域內(nèi)，第二區(qū)域為鄰近沿線線路的一個區(qū)域，且第二區(qū)域內(nèi)包括多根軌旁支柱，以將每個RRM部署在各自對應的一根軌旁支柱上。所述“軌旁支柱”包括但不限于：接觸網(wǎng)支柱，PIS系統(tǒng)天線支柱和沿線線路新立的支柱。

以接觸網(wǎng)支柱為例，BBM和多個RRM部署在接觸網(wǎng)支柱上時如圖4、圖5所示。多個RRM可以在第二區(qū)域內(nèi)連續(xù)的多根接觸網(wǎng)支柱上部署，也可以在第二區(qū)域內(nèi)不連續(xù)的多根接觸網(wǎng)支柱上部署。每個RRM以及每個RRM包括的兩根天線在每根接觸網(wǎng)支柱上的部署方式與根據(jù)MIMO部署B(yǎng)S的方式相同以及每根天線的天線陣元的采用方式與BS包括的兩根天線的天線陣元采用方式相同，對此本發(fā)明實施例不再闡述。

而對于管理多個RRM的BBM來說，BBM的部署方式可以參見圖4或圖5，在圖4中BBM部署在機房內(nèi)，優(yōu)選將BBM部署在距離其管理的多個RRM所在位置的距離較近的機房內(nèi)，以提高信號傳輸速度；在圖5中，BBM部署在其對應的多個RRM所在多根接觸網(wǎng)支柱的第三區(qū)域內(nèi)，例如如圖5所示可以部署在多根接觸網(wǎng)支柱中與任意一根接觸網(wǎng)支柱鄰近的區(qū)域中，具體可以部署在任意一根接觸網(wǎng)支柱的底部的位置或者部署在接觸網(wǎng)支柱附近的地面或溝道內(nèi)，以便于維護人員對BBM進行維護。

隧道區(qū)

BBM和多個RRM部署在隧道壁上時如圖6和圖7所示。多個RRM可以部署在同一隧道側(cè)壁的第四區(qū)域內(nèi)，如圖6或圖7所示，任意一個RRM各自部署在第四區(qū)域的底部區(qū)域，而任意一個RRM包括的兩根天線的部署方式與根據(jù)MIMO部署B(yǎng)S的兩根天線方式相同以及每根天線的天線陣元的采用方式與BS包括的兩根天線的天線陣元采用方式相同，對此本發(fā)明實施例不再闡述。

而對于管理多個RRM的BBM來說，BBM的部署方式可以參見圖6或圖7，在圖6中BBM部署在機房內(nèi)，優(yōu)選將BBM部署在距離其管理的多個RRM所在位置的距離較近的機房內(nèi)，以提高信號傳輸速度；在圖7中，BBM部署在其對應的多個RRM所在隧道側(cè)壁的底部區(qū)域，例如如圖7所示可以部署在多個RRM中與任意一個RRM鄰近的區(qū)域中，具體可以部署在任意一個RRM鄰近的隧道側(cè)壁的底部區(qū)域，以便于維護人員對BBM進行維護。

在這里需要說明的一點是：在根據(jù)Massive MIMO部署B(yǎng)S時，任一BS均可以采用圖4和/或圖5所示方式部署或者任一BS均可以采用圖6和/或圖7所示方式部署。當然還可以將上述多種方式結合，比如軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)中多個軌旁通信設備中的部分軌旁通信設備采用圖4所示方式部署，多個軌旁通信設備中的其他軌旁通信設備采用圖6所示方式部署，對此本發(fā)明實施例不再詳述。

MT部署

為了在列車上部署大量天線，將MT也分為MBM(Mobile Baseband Module，車載基帶處理模塊)和MRM(Mobile Radio Module，車載射頻模塊)兩部分，兩部分之間用光纖或高速電纜連接通信。每個MBM管理至少一個MRM，每個MRM有對應的天線。任一MRM部署在一節(jié)車廂內(nèi)，如部署在一節(jié)車廂的設備柜內(nèi)，其對應的天線部署在相應車廂的頂部，而MBM部署在各自對應的多個MRM的任意一節(jié)車廂中，如圖8所示?；蛘咭粋€MT包括的所有MRM和MBM部署在同一節(jié)車廂內(nèi)，如部署在同一節(jié)車廂的設備柜內(nèi)，而其對應的天線部署在相應車廂的頂部，如圖9所示。

并且任一MRM的天線包括四個天線陣元，四個天線陣元包括兩個前向陣元和兩個后向陣元，且兩個前向陣元、兩個后向陣元的極化方式分別與RRM的兩根天線中每一根天線包括的兩個天線陣元的極化方式相同。

又或者MT未被劃分為MBM和MRM兩部分，這樣可以將任一MT部署在列車的不同車廂內(nèi)，且任一MT的天線部署在對應車廂的頂部，如圖10所示；或者將多個MT部署在列車的同一節(jié)車廂內(nèi)，對應的天線部署在車廂的頂部，如圖11所示。在圖10和圖11所示方式下，相當于一列車上有多個移動終端同時工作。

并且任一MT的天線包括四個天線陣元，四個天線陣元包括兩個前向陣元和兩個后向陣元，且兩個前向陣元、兩個后向陣元的極化方式分別與RRM的兩根天線中每一根天線包括的兩個天線陣元的極化方式相同。

從上述部署方式可知，本發(fā)明實施例提供的軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)不需要新建基站塔，也不需要在既有舊基站塔上尋找安裝空間，而是直接利用軌道交通沿線的軌旁支柱或隧道壁進行基站及基站天線的安裝，節(jié)省了系統(tǒng)建設步驟，也免除了征地和建塔等較大的成本開銷，從而縮短系統(tǒng)建設周期短、降低系統(tǒng)建設成本。

并且直接利用軌道交通沿線的軌旁支柱或隧道壁進行基站及基站天線的安裝，還可以提高布置的靈活性和優(yōu)化信號整體覆蓋性能，比如依靠軌旁支柱安裝時，以接觸網(wǎng)支柱為例，接觸網(wǎng)支柱在電氣化鐵路上分布很密集，通常每40～60米豎立一根接觸網(wǎng)支柱，因此基于接觸網(wǎng)支柱進行基站及基站天線的部署具有較高的靈活性，同時基于接觸網(wǎng)支柱進行基站及基站天線的部署，可以方便調(diào)整安裝位置以使基站位置部署誤差僅在幾十米以內(nèi)(軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)每個小區(qū)半徑在1～5km左右)，達到優(yōu)化信號整體覆蓋性能的目的。在軌道交通沿線不具備可供建設大量基站塔的地基條件，如橋梁區(qū)、城區(qū)，仍可以通過本發(fā)明來安裝基站以及基站天線，使得本發(fā)明實施例具有很高的可實施性，完全支持在軌道交通上實施Massive MIMO技術。

對應上述各種部署方式，本發(fā)明實施例對軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)中軌旁通信設備與車載通信設備之間的信號處理方式進行改進，之所以進行改進是因為：在軌道交通寬帶通信系統(tǒng)中，軌旁通信設備與車載通信設備之間的信道環(huán)境分為遠場區(qū)、中場區(qū)、近場區(qū)三部分，這三個部分對應車載通信設備至軌旁通信設備的距離為由遠及近。

在遠場區(qū)，車載通信設備對于軌旁通信設備各天線的入射方位角非常接近，車載通信設備的天線與軌旁通信設備的天線之間難以建立多個獨立的通信信道，且由于距離較遠多徑信號強度較弱，不利于使用空間復用技術。在中場區(qū)，多徑信號較為豐富，適合使用空間復用技術來提高信道容量。在近場區(qū)，軌旁通信設備和車載通信設備之間存在較強的直射徑，各個信道的相關性較高，同樣不利于空間復用技術的使用。

基于上述原因，本發(fā)明實施例中軌旁通信設備首先確定車載通信設備位于哪個場區(qū)，并通過與車載通信設備估計無線信道信息(包括發(fā)射信道信息和接收信道信息，且至少可估計出接收信道信息)，然后結合無線信道信息采用與車載通信設備位于場區(qū)相對應的方式進行通信，以提高通信性能。

其中確定車載通信設備不需要知道車載通信設備與軌旁通信設備之間的精確距離，僅需知道車載通信設備大概落在軌旁通信設備小區(qū)的哪個區(qū)域。這種確定車載通信設備位于哪個場區(qū)的方法包括但不限于以下的多種方法：

方法一：通信時延計算法。依據(jù)電磁波信號在空氣中的傳播速度c以及電磁波信號在車載通信設備、軌旁通信設備之間傳輸所花費的時間t來計算車載通信設備和軌旁通信設備的間距s，即s＝ct；

方法二：衛(wèi)星定位法。在軌旁通信設備所在位置以及車載通信設備所在列車均安裝基于GNSS(GlobalNavigation Satellite System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))的定位系統(tǒng)，實時提供軌旁通信設備的地理位置坐標(x₁,y₁)和車載通信設備的地理位置坐標(x₂,y₂)，可計算兩者間距；

方法三：輔助信息法。建設過程中，使用列車行駛的沿線線路的距離標定方法來標定軌旁通信設備所在位置s₁，行車過程中車載通信設備從列車的列控系統(tǒng)輔助信息獲取當前位置s₂(同樣是使用距離標定方法)，兩者位置坐標相減可計算間距s＝|s₁-s₂|；

方法四：RSSI(Received Signal Strength Indicator，接收信號強度指標)計算法。根據(jù)車載通信設備當前接收的軌旁通信設備發(fā)射信號的信號強度指標RSSI，判斷車載通信設備距離軌旁通信設備的遠近，RSSI越高則車載通信設備距軌旁通信設備越近，具體函數(shù)關系可在運營前提前測定；

方法五：多普勒頻移計算法。車載通信設備測量當前接收的軌旁通信設備發(fā)射信號的信號多普勒頻移Δf，同時獲取當前列車速度v，在已知信號頻率為f、傳播速度為c時，可以計算車載通信設備運動方向和軌旁通信設備的夾角θ＝arcos(Δf·c/v/f)，計算結果θ越接近90°則車載通信設備距軌旁通信設備越近；

方法六：TA(Time Advanced，時間提前量)計算法。車載通信設備根據(jù)通信協(xié)議計算TA值，該值反映了信號在車載通信設備和軌旁通信設備之間往返需要的時間，TA越小則車載通信設備距軌旁通信設備越近，具體函數(shù)關系可在運營前提前測定。

方法七：通信信令監(jiān)測法。車載通信設備監(jiān)測通信信令，提取其中的切換信令和天線選擇信令。當監(jiān)測到發(fā)生切換信令時，表明車載通信設備位于小區(qū)交疊區(qū)，即軌旁通信設備的遠場區(qū)。當監(jiān)測到發(fā)生天線選擇信令時，表明車載通信設備位于小區(qū)中心，即軌旁通信設備的近場區(qū)。

在確定車載通信設備位于哪個場區(qū)后，軌旁通信設備會向車載通信設備發(fā)送指示，以使車載通信設備獲知自身處于哪個場區(qū)，這樣軌旁通信設備和車載通信設備可以采用對應技術進行通信，軌旁通信設備和車載通信設備在不同場區(qū)采用的技術如下：

(1)在遠場區(qū)，采用波束合成技術，使得N_t個發(fā)射天線發(fā)射的信號在車載通信設備的天線來波的平均方向形成同相位疊加，N_r個接收天線也針對地面來波的平均方向合成接收波束，信噪比的理論最大增益為(N_tN_r)倍，根據(jù)信息論，信噪比提高可以提高通信信道容量。

具體處理方法為：在發(fā)射端，設x是發(fā)射天線發(fā)射的一個QAM符號，N_t個發(fā)射天線通過權值形成發(fā)射波束，即實際發(fā)射信號為已估計的無線信道信息為H，則取值為：用||H||歸一化是為了限制發(fā)射天線上的總功率。在接收端，設N_r個接收天線接收到的信號為，通過權值形成接收波束，即接收信號被處理為且取值為：

(2)在中場區(qū)，在根據(jù)MIMO部署時，采用MIMO空間復用技術；在根據(jù)Massive MIMO部署時，采用Massive MIMO空間復用技術。在通過上述兩種空間復用技術時，在相同頻段上同時傳輸多個數(shù)據(jù)流，根據(jù)信息論，MIMO或Massive MIMO系統(tǒng)信道容量最大可達SISO(Single-Input Single-Output，單輸入單輸出通信系統(tǒng))系統(tǒng)信道容量的min(N_t，N_r)倍。具體處理方法為：

若未估計出發(fā)射端的發(fā)射信道信息H，在發(fā)射端，N_t個發(fā)射天線同時發(fā)送N_t個信號流，即T個符號周期內(nèi)，每個流都有T個符號。第i個流由符號[x_i，1，x_i，2，...，x_i，T]組成，T個符號周期內(nèi)實際發(fā)射信號為：

在接收端，可執(zhí)行不同的檢測技術來恢復X⁸，包括線性檢測方法和非線性檢測方法。以線性檢測方法為例：為了檢測出所有N_t個信號流，接收機疊加使用N_t個波束形成器其中第i個波束形成器對第i個流進行波束形成的同時對其它N_t-1個流進行干擾消除，從而提取出第i個流的信號。已估計的接收信道信息為H，則所有波束形成器具體由下式給出：

非線性檢測方法可使用包括SIC(Successive Interference Cancellation，串行干擾消除)等方法，對此本發(fā)明實施例不再闡述。

若估計出發(fā)射端的發(fā)射信道信息H，在發(fā)射端，使用預編碼矩陣M對發(fā)送信號先進行預編碼，即實際發(fā)射信號為MX⁸。矩陣M的構建方法為M＝VS，矩陣V通過對H進行奇異值分解H＝UDV^H得到，則通過“注水算法”來實現(xiàn)最優(yōu)的發(fā)射功率分配：

其中，ρ是發(fā)射功率與噪聲功率之比，即發(fā)射信噪比，是矩陣D的對角元素，()⁺取值為0當它的輸入?yún)?shù)為負數(shù)時，μ的取值應使得注水結果滿足

在接收端，第i個流的最優(yōu)波束形成器就是U^H的第i行。

(3)在近場區(qū)，由于本發(fā)明實施例提供的軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)可以在鄰近的多根軌旁支柱或隧道壁上部署多組天線，在此種部署方式下軌旁通信設備和車載通信設備之間的通信信道已被“解相關”，所以在近場區(qū)可以使用MIMO或Massive MIMO空間復用技術，如在根據(jù)MIMO部署時，采用MIMO空間復用技術，具體處理方法與中場區(qū)相同，對此本發(fā)明實施例不再闡述；在根據(jù)Massive MIMO部署時，采用Massive MIMO空間復用技術，根據(jù)信息論，MIMO或Massive MIMO系統(tǒng)信道容量最大可達SISO系統(tǒng)及傳統(tǒng)技術方案的信道容量的min(N_t，N_r)倍。

在近場區(qū)，軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)的示意圖如圖12所示，RRM及天線因按照本發(fā)明實施例提供的方式部署，相對于傳統(tǒng)所有天線集中在同一個基站塔上來說，RRM及天線根據(jù)本發(fā)明實施例提供的方式部署在不同軌旁支柱或隧道壁的不同區(qū)域上，各信號傳輸?shù)杰嚂r走過的路徑各不相同，使得軌旁設備與車載設備之間的傳輸信道具備空間復用條件，且可同時建立的信號流數(shù)量>2，因此，近場區(qū)的系統(tǒng)通信容量獲得較大提升。

基于上述所示軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)，本發(fā)明實施例還提供一種基于軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)的信號處理方法，其流程圖如圖13所示，可以包括以下步驟：

101：確定軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)中的車載通信設備所位于的場區(qū)。在軌道交通寬帶通信系統(tǒng)中，軌旁通信設備與車載通信設備之間的信道環(huán)境分為遠場區(qū)、中場區(qū)、近場區(qū)三部分，這三個部分對應車載通信設備至軌旁通信設備的距離為由遠及近，因此在本發(fā)明實施例中，可以根據(jù)車載通信設備至軌旁通信設備的距離來確定車載通信設備所位于的場區(qū)，具體請參閱系統(tǒng)實施例中的相關說明。

102：獲取車載通信設備與軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)中的軌旁通信設備之間的無線信道信息。

103：根據(jù)車載通信設備所位于的場區(qū)以及無線信道信息，選取對應信號處理技術對車載通信設備與軌旁通信設備之間傳輸?shù)男盘栠M行處理。

在本發(fā)明實施例中根據(jù)車載通信設備所位于的場區(qū)以及無線信道信息，選取對應信號處理技術對車載通信設備與軌旁通信設備之間傳輸?shù)男盘栠M行處理的一種可行方式是：

當車載通信設備所位于的場區(qū)為遠場區(qū)時，結合無線信道信息采用波束合成技術對車載通信設備與軌旁通信設備之間傳輸?shù)男盘栠M行處理；當車載通信設備所位于的場區(qū)為中場區(qū)或近場區(qū)時，若軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)中的軌旁通信設備和車載通信設備根據(jù)MIMO的要求部署，則結合無線信道信息采用MIMO空間復用技術對車載通信設備與軌旁通信設備之間傳輸?shù)男盘栠M行處理；若軌道交通寬帶移動通信系統(tǒng)中的軌旁通信設備和車載通信設備根據(jù)Massive MIMO的要求部署，則結合無線信道信息采用Massive MIMO空間復用技術對車載通信設備與軌旁通信設備之間傳輸?shù)男盘栠M行處理，具體具體請參閱系統(tǒng)實施例中的相關說明。

需要說明的是，本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。對于方法類實施例而言，由于其與系統(tǒng)實施例基本相似，所以描述的比較簡單，相關之處參見系統(tǒng)實施例的部分說明即可。

最后，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。