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CN103095356B - 一种波束成形方法、基站和交通运输装置 - Google Patents

一种波束成形方法、基站和交通运输装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种波束成形的方法、基站和交通设备通信装置。其中,该方法包括:基站接收交通设备进入所述基站覆盖的小区后发送的所述交通设备的位置信息;所述基站接收交通设备进入所述基站覆盖的小区后发送的所述交通设备的速度信息;所述基站根据接收到的所述交通设备的位置信息和速度信息,并结合对应的时延信息确定所述基站所要发送波束的参数,调整发送波束的方向;所述基站按照所述调整的波束方向,向所述交通设备通信装置发送所述波束。应用本发明实施例所提供的方法,基站可以向交通设备通信装置准确的发送波束,提高波束的发射精度,改善通信质量。

Description

一种波束成形方法、基站和交通运输装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域,尤其涉及一种波束的成形方法、基站和交通运输装置。
背景技术
随着现代通信技术的发展,人们对无线通信系统的下行传输速率和可靠性有着越来越高的要求,因此引入了多天线系统,如多进多出(multiple input andmultiple output,MIMO)型多天线系统,不仅采用多接收天线,还可用多发射天线。由于采用了多组天线,从发射端到接收端无线信号对应同一条空间流(spatialstream),是通过多条路径传输的。在接收端,采用一定的算法对多个天线收到信号进行处理,就可以明显改善接收端的信噪比。即使在接收端较远时,也能获得较好的信号质量。因此多天线系统在一定程度上提高了系统的容量。
为了进一步的提高系统的容量,又提出了一种利用该多天线技术的方法——波束成形技术。这种波束成形技术可以形成一个较窄的定向波束指向用户终端,使得在该波束覆盖范围内,用户终端的等效接收信道情况得到改善,从而达到了增加系统容量的目的。
然而,现有的波束成形技术通常是在一个闭环的反馈系统中,基站通过充分获知用户终端的信道状态生成所对应的波束实现以上目的。如果在动态的系统中,如在高速运动环境下,交通设备的高速性使得这种信道状态总是滞后于基站与交通设备之间的实际状态,因此传统的波束成形技术无法保证波束准确对准目标方向。
发明内容
为解决现有波束成形技术无法较好的应用于动态系统中的问题,本发明实施例提供了一种波束成形的方法、基站以及交通设备通信装置。
本发明实施例提供了一种波束成形的方法,包括:
基站接收交通设备进入所述基站覆盖的小区后发送的所述交通设备的位置信息;所述基站接收所述交通设备进入所述基站覆盖的小区后发送的所述交通设备的速度信息;
所述基站根据接收到的所述交通设备的位置信息和速度信息,并结合对应的时延信息确定所述基站所要发送的波束的参数,调整发送波束的方向;
所述基站按照所述确定的波束方向向所述交通设备发送所述波束。
本发明实施例还提供了一种基站,包括:
接收单元,用于接收交通设备进入基站覆盖的小区后发送的所述交通设备的位置信息;接收所述交通设备进入所述基站覆盖的小区后发送的所述交通设备的速度信息;
处理单元,用于结合对应的时延信息,以及所述接收单元接收到的所述交通设备的位置信息和速度信息,确定所述基站所要发送的波束的参数,调整发送波束的方向
发送单元,按照所述确定的波束方向向所述交通设备发送所述波束。
本发明实施例还提供了一种交通设备通信装置,其特征在于,包括一通信终端,其中,所述通信终端包括:
发送单元,用于当所述交通设备通信装置进入基站覆盖的小区时,向所述基站发送所述交通设备的位置信息,向所述基站发送所述交通设备的速度信息;
接收单元,用于接收所述基站发送的波束,其中所述基站发送的波束方向是所述基站根据所述接收到的所述交通设备的位置信息、速度信息,并结合对应的时延信息确定的。
采用本发明实施例所提供的波束成形方法,基站和交通运输装置,能实现对高速移动的交通运输装置,进行波束成形,保证波束可以对准目标,提高波束传输的精度,改善通信质量。
附图说明
图1为本发明实施例中MIMO系统的工作原理图;
图2为本发明实施例中波束成形方法的流程图;
图3为本发明实施例中基站确定波束方向的示意图;
图4为本发明实施例中基站的结构图;
图5为本发明实施例中交通设备通信装置的结构图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明所提供的波束成形技术和基站进行详细的描述。
附图1为MIMO系统的工作原理图,其中:
其中S为输入已调符号,为波束成形发射端加权向量,它加载到Nt个发射天线上,经过MIMO信道,由Nr个阵元的接收天线接收,并经由一组与W相对应的合并加权向量Z*合并。接收端在对接收信号进行处理的同时会将自身的信道状态反馈给发射端,发射端可以利用此信息来调整加权向量W。
正如上面所述,发送波束成形通常假设发端具有一定的信道状态信息,在有些条件下,发射端通过链路的互易性能够估计信道的下行特性。当信道没有互易性时,就可以利用上述反馈信息(即接收端对信道信息进行量化并通过窄带反馈信道将其反馈回发送端口的信息)来调整波束成形的加权向量。
参见附图2,本发明实施例提供了一种波束成形的方法,包括:
201、基站接收交通设备进入所述基站覆盖的小区后发送的所述交通设备的位置信息;所述基站接收交通设备进入所述基站覆盖的小区后发送的所述交通设备的速度信息;
203、所述基站根据接收到的所述交通设备的位置信息和速度信息,并结合对应的时延信息确定所述基站所要发送的波束的参数,调整发送波束的方向;
205、所述基站按照所述确定的波束的方向向所述交通设备发送所述波束。
在本发明的另外一个实施例中,所述基站根据接收到的所述交通设备的位置信息和速度信息并结合对应的时延信息确定所述基站所要发送的波束的参数,调整发送波束的方向,包括:
所述基站根据接收到的所述交通设备的位置信息和速度信息,确定时延信息,计算并确定发射角度参数,调整所述基站所要发送的波束方向,其中所述时延信息是指所述交通设备从发送位置信息时刻到所述基站发送波束时刻之间的时间差。
在本发明的另外一个实施例中,所述基站接收交通设备进入所述基站覆盖的小区后发送的所述交通设备的位置信息,包括:
所述交通设备进入到所述基站覆盖的小区后,每隔一系统预设时间间隔d1向所述基站发送一次交通设备的位置信息;
所述基站接收所述交通设备发送的位置信息。
在本发明的另外一个实施例中,所述基站接收交通设备进入所述基站覆盖的小区后发送的所述交通设备的速度,包括:
所述交通设备进入所述基站覆盖的小区后,每隔一系统预设时间间隔d2发送一次交通设备的速度;
所述基站接收所述交通设备发送的速度信息。
在本发明的另外一个实施例中,所述基站根据接收到的所述交通设备的位置信息、速度,以及时延信息,确定所述基站所要发送的波束的方向,包括:
其中,基站和交通设备地理位置信息确定交通设备相对于基站方位角为θGPS,t1+t2+Δt为所述交通设备从发送位置信息到所述基站发送波束的时间差,d为基站相对于交通设备的垂直高度,为基站确定的波束成形方向。
在本发明的另外一个实施例中,所述位置信息为交通设备当前位置信息。
采用本发明实施例所提供的方法,基站可以根据高速运行的交通设备的位置和速度,计算相应的时延信息,准确计算波束成形的方向,并发送给交通设备,保证了波束传输的精度。
本发明实施例提供的波束成形方法,是以多天线系统为前提的,该方法包括:
S1)、交通设备进入基站覆盖的小区后,向基站报告交通设备的实时位置信息;
在本发明实施例中,是以告诉行进的交通设备为例进行说明的。其中,交通设备也是通过其设置的通信终端来与基站进行通信的,因此在某种程度上,交通设备可以看做是一个高速移动的用户终端。在其他类似的环境下,如公共汽车,长途客车,或者地铁,轻轨等交通设备,如果其上面也安装了类似的通信终端,也可以采用该发明实施例所提供的方法。
其中,在本发明实施例中,交通设备向基站报告交通设备的实时位置信息,具体可以包括:
交通设备进入基站覆盖的小区后,可以以一系统预设的等额的间隔向基站上报位置信息,如,每间隔1秒(s)就向基站上报一次,也可以每间隔10毫秒向基站上报一次;也可以在不等额的间隔内向基站上报位置信息,如根据设置随机向基站上报交通设备的实时位置信息。
其中,交通设备上报的位置信息可以是GPS定位的地理位置信息,如经度和纬度信息,具体的如东经120°,北纬48°等。
优选的,交通设备在进入小区后,每隔一系统预设的时间间隔向基站报告一次位置信息效果最佳。
S2)、交通设备进入基站覆盖的小区后,向基站报告交通设备的运行速度;
在本发明实施例中,交通设备向基站上报交通设备的运行速度,具体可以是:
交通设备在上报位置信息时,将其自身的运行速度一起上报;或者交通设备每隔固定的时间间隔向基站上报其运行的速度,如10ms、或者30ms等;或者交通设备在速度发生变化时,向基站上报其变化后的速度等。
其中,在步骤S1,S2中,当交通设备进入该基站的覆盖区域后,该基站会向该交通设备上的通信装置发送广播消息,该交通设备的通信装置根据接收到的广播消息,确定交通设备进入了一个新的小区,如根据广播消息中的跟踪区获知进入了一个新的小区。
另外,在步骤S1和/或S2中,基站发现了该交通设备进入了自己的覆盖区域,可以主动要求交通设备上报其自身的位置信息和/或速度信息;当然,在另外一种情况下,当交通设备发现进入了一个新的基站的覆盖区域后,也可以主动向基站上报自身的位置信息和/或速度信息。
S3)、基站接收到交通设备发送的实时位置信息后,确定交通设备在该基站覆盖区域的初始位置;
其中,当交通设备将其自身的地理位置信息发送给基站后,基站根据交通设备的地理位置信息,以及自身所处的地理位置信息,可以计算出交通设备距离基站的水平距离和垂直距离,进而获取到交通设备在该基站覆盖小区内的初始位置。如根据交通设备距离基站的水平距离和垂直距离,可以计算出交通设备相对于基站方位角θGPS
S4)、基站根据交通设备在小区内的初始位置信息、交通设备的运行速度以及相应的时延信息确定波束方向。
在本发明实施例中,交通设备向基站发送地理位置位置信息之前,需要先和基站建立通信信道,并且需要将地理位置信息进行编码后才能发送给基站,基站接收到该信息后,经过解码才能获取到交通设备的位置信息,同时基站根据交通设备的地理位置信息确定该交通设备在基站覆盖区域的初始位置,因此交通设备从发送自身的地理位置信息到基站接收,中间有一定的时延,可以定义为上行时延:为t1;另外,基站根据交通设备的位置信息、时速来确定波束的方向,也有一定的时延,如相控阵调整各个阵元加权系数的时延,定义为Δt;基站确定波束的方向并向交通设备发送波束也有一定的时延,定义为下行时延t2。此时忽略波束在无线环境中传输的时间。
因此,从交通设备准备向基站发送自身的地理位置信息到基站发送的波束对准交通设备之间,存在t1+t2+Δt的时间差。
如图3所示,由基站和交通设备地理位置信息确定交通设备相对于基站方位角θGPS,由实时速度和小区结构可以确定校正后的方位角为最终波束对准方向即为
其具体的计算方式为:
其中,即为基站计算出的波束需要对准的方向角度。
S5)、基站按照所确定的波束对准方向向该交通设备发送波束。
在上述实施例中,在高速铁路的环境下,波束的成形方法不依赖与接收端反馈的信道信息,而是通过采用位置定位的方法,结合交通设备运行速度,并考虑相应的时延,进而自适应的调整波束方向,达到减小误差,提高波束指向准确性的目的。
参见附图4,本发明实施例提供了一种基站,包括:
接收单元402,用于接收交通设备进入基站覆盖的小区后发送的所述交通设备的位置信息;接收所述交通设备进入所述基站覆盖的小区后发送的所述交通设备的速度;
处理单元404,用于结合对应的时延信息,以及所述接收单元402接收到的所述交通设备的位置信息、速度信息,确定所述基站所要发送的波束的方向,
发送单元406,按照所述确定的波束方向向所述交通设备发送所述波束。
在本发明另外一个实施例中,所述处理单元404具体用于根据接收到的所述交通设备的位置信息和速度信息,确定时延信息,计算并确定发射角度参数,调整所述基站所要发送的波束方向,其中所述时延信息是指所述交通设备从发送位置信息时刻到所述基站发送波束时刻之间的时间差。
本发明实施例提供的基站,可以根据交通设备的位置信息,速度信息以及相应的时延信息计算出,需要向该交通设备发送的波束的方向,并按照该方向向该交通设备发送波束。
参照附图5,,本发明的另外一个实施例提供了一种交通设备通信装置,其中该交通设备通信装置上设置有一通信终端,其中,所述通信终端包括:
发送单元501,用于当所述交通设备通信装置进入基站覆盖的小区时,向所述基站发送所述交通设备的位置信息,向所述基站发送所述交通设备的速度信息;
接收单元502,用于接收所述基站发送的波束,其中所述基站发送的波束是所述基站根据所述接收到的所述交通设备的位置信息、速度信息,并结合对应的时延信息确定的。
在本发明的另外一个实施例中,
所述发送单元501,具体用于在所述交通设备进入所述基站覆盖的小区后,每隔一系统预设时间间隔d1向所述基站发送所述交通设备的位置信息。
在本发明的另外一个实施例中,
所述发送单元501,具体用于在所述交通设备进入所述基站覆盖的小区后,每隔一系统预设时间间隔d2向所述基站发送所述交通设备的速度信息。
在本发明的另外一个实施例中,所述交通设备包括动车、火车、城际列车,高铁、长途客车、公交车、轮船、地铁或者轻轨等。该交通设备需要频繁与基站进行信息交互。
本发明实施例所提供的交通设备通信装置,可以及时将自身的位置信息和速度信息提供给基站,这样基站就能根据这些信息确定向该交通设备发送的波束角度,提高波束的传输精度。
以上是本发明实施例一个较佳的实施方式而已,任何人在熟悉本领域技术的前提下,在不背离本发明的精神和不超出本发明涉及的技术范围的前提下,可以对本发明描述的细节作各种补充和修改。本发明的保护范围不限于实施例所列举的范围,本发明的保护范围以权利要求为准。

Claims (11)

1.一种波束成形的方法,其特征在于,包括:
基站接收交通设备进入所述基站覆盖的小区后发送的所述交通设备的位置信息;所述基站接收所述交通设备进入所述基站覆盖的小区后发送的所述交通设备的速度信息;
所述基站根据接收到的所述交通设备的位置信息和速度信息,并结合对应的时延信息确定所述基站所要发送的波束的参数,调整发送波束的方向;其中所述时延信息是指所述交通设备从发送位置信息时刻到所述基站发送波束时刻之间的时间差,包括所述交通设备发送位置信息到基站接收的时间差、基站根据所述交通设备的位置信息和速度信息确定波束方向的时间差、以及基站确定波束方向后向所述交通设备发送波束的时间差;
所述基站按照所述确定的波束方向向所述交通设备发送所述波束。
2.根据权利要求1所述的波束成形方法,其特征在于,所述基站接收交通设备通信装置进入所述基站覆盖的小区后发送的所述交通设备的位置信息,包括:
所述交通设备进入到所述基站覆盖的小区后,每隔一系统预设时间间隔d1向所述基站发送一次交通设备的位置信息;
所述基站接收所述交通设备发送的位置信息。
3.根据权利要求1所述的波束成形方法,其特征在于,所述基站接收交通设备进入所述基站覆盖的小区后发送的所述交通设备的速度信息,包括:
所述交通设备进入所述基站覆盖的小区后,每隔一系统预设时间间隔d2向所述基站发送一次交通设备的速度信息;
所述基站接收所述交通设备发送的速度信息。
4.根据权利要求1所述的波束成形方法,其特征在于,所述基站根据接收到的所述交通设备的位置信息和速度信息,并结合对应的时延信息确定所述基站所要发送的波束的参数,调整发送波束的方向,包括:
所述基站根据接收到的所述交通设备的位置信息和速度信息,确定时延信息,计算并确定发射角度参数,调整所述基站所要发送的波束方向。
5.根据权利要求1至4任一所述的波束成形方法,其特征在于,所述位置信息为由位置定位系统得到的交通设备当前位置信息。
6.一种基站,其特征在于,包括:
接收单元,用于接收交通设备进入基站覆盖的小区后发送的所述交通设备的位置信息;接收所述交通设备进入所述基站覆盖的小区后发送的所述交通设备的速度信息;
处理单元,用于结合对应的时延信息,以及所述接收单元接收到的所述交通设备的位置信息和速度信息,确定所述基站所要发送的波束的参数,调整发送波束的方向;其中所述时延信息是指所述交通设备从发送位置信息时刻到所述基站发送波束时刻之间的时间差,包括所述交通设备发送位置信息到基站接收的时间差、基站根据所述交通设备的位置信息和速度信息确定波束方向的时间差、以及基站确定波束方向后向所述交通设备发送波束的时间差;
发送单元,按照所述确定的波束方向向所述交通设备发送所述波束。
7.如权利要求6所述的基站,其特征在于,
所述处理单元具体用于根据接收到的所述交通设备的位置信息和速度信息,确定时延信息,计算并确定发射角度参数,调整所述基站所要发送的波束方向。
8.一种交通设备通信装置,其特征在于,包括一通信终端,其中,所述通信终端包括:
发送单元,用于当所述交通设备通信装置进入基站覆盖的小区时,向所述基站发送所述交通设备的位置信息,向所述基站发送所述交通设备的速度信息;
接收单元,用于接收所述基站发送的波束,其中所述基站发送的波束方向是所述基站根据所述接收到的所述交通设备的位置信息、速度信息,并结合对应的相关时延信息确定的;其中所述时延信息是指所述交通设备从发送位置信息时刻到所述基站发送波束时刻之间的时间差,包括所述交通设备发送位置信息到基站接收的时间差、基站根据所述交通设备的位置信息和速度信息确定波束方向的时间差、以及基站确定波束方向后向所述交通设备发送波束的时间差;。
9.根据权利要求8所述的交通设备通信装置,其特征在于,
所述发送单元,具体用于在所述交通设备通信装置进入所述基站覆盖的小区后,每隔一系统预设时间间隔d1向所述基站发送所述交通设备的位置信息。
10.根据权利要求8所述的交通设备通信装置,其特征在于,
所述发送单元,具体用于在所述交通设备通信装置进入所述基站覆盖的小区后,每隔一系统预设时间间隔d2向所述基站发送所述交通设备的速度信息。
11.根据权利要求8至10任一所述的交通运输装置,其特征在于,所述交通设备包括动车、火车、城际列车,高铁、长途客车、公交车、轮船、地铁或者轻轨。
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