一种基于cu平面分离和波束赋形的5G无缝切换方法与流程

一种基于cu平面分离和波束赋形的5g无缝切换方法
技术领域
1.本发明涉及数据安全领域，尤其涉及一种基于cu平面分离和波束赋形的5g无缝切换方法。


背景技术：

2.随着科学技术和经济的发展，高速列车正在向更绿色、更安全、更大运载量的方向发展，成为越来越多的人出行的首选交通工具。同时，随着移动互联网日益普及，在5g高铁无线通信系统中，用户随时随地高质量通信的需求日益增长,现有的高铁无线移动通信网络将越来越不能满足乘客需求，现在高速铁路沿线的移动网络服务远远不能够满足人们的需求，网络服务质量差甚至掉话的现象经常发生。为高速铁路搭建的无线通信网络面临着比普通网络更严峻的挑战，这其中影响最严重之一的就是高速移动状态下的基站切换问题；因此，发明出一种基于cu平面分离和波束赋形的5g无缝切换方法变得尤为重要；
3.经检索，中国专利号为cn113162981a公开了一种基于车路协同的车联网编队无缝切换方法，虽然能够使得编队车辆可以无缝切换，实现更加高效的编队控制，但是仅能对单个列车进行数据收集，容易导致方案存在单一性，使用局限性大，降低切换方案的普及性，增加工作人员工作量；现有的基于cu平面分离和波束赋形的5g无缝切换方法出现异常时，需要管理人员手动对其进行修复更新，浪费管理人员时间，降低管理人员的工作质量；为此，我们提出一种基于cu平面分离和波束赋形的5g无缝切换方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种基于cu平面分离和波束赋形的5g无缝切换方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种基于cu平面分离和波束赋形的5g无缝切换方法，该切换方法具体步骤如下：
7.(1)列车数据收集，基站信息收集：管理人员登录管理平台，并对列车数据进行检索收集，并通过gps卫星收集对应列车行驶路线基站信息，并对其进行分类处理；
8.(2)实时收集列车行驶速度，并计算相应多普勒频移：通过测速雷达对列车实时速度进行收集，同时对列车经过各基站所产生的多普勒频移进行计算记录；
9.(3)构建路损模型，并依据列车行驶速度进行算法分类：计算列车行驶过程中产生的信号损失，并开始构建对应路损模型，同时依据实时收集的列车行驶速度进行算法分类；
10.(4)计算基站切换频率，并进行仿真优化：对列车行驶过程中的基站切换频率进行计算，并将切换频率反馈给管理人员，同时构建仿真模型对各算法进行模拟优化。
11.进一步地，步骤(1)中所述检索收集具体步骤如下：
12.步骤一：管理人员向管理平台输入列车号，管理平台统计列车号数量，并开始调用对应列车数据；
13.步骤二：自行生成列车记录表，并将列车数据按照速度、行驶时间、行驶方向以及
车厢材质进行分类，同时将各项数据录入记录表中。
14.进一步地，步骤(1)中所述分类处理具体步骤如下：
15.第一步：依据gps卫星传输的影像构建虚拟地图，并将各列车行驶路线智能绘制在虚拟地图上；
16.第二步：对行驶路线周围的信号基站数量进行收集，并将收集到的信号基站按照不同商家进行分类，同时自行生成基站记录表，并将各商家的信号基站数量录入表中；
17.第三步：收集各组基站的覆盖范围数据，并将其进行覆盖区域划分，同时将覆盖范围数据录入基站记录表中。
18.进一步地，步骤(2)中所述计算记录具体步骤如下：
19.s1：依据列车记录表所搜集的信息在虚拟地图上构建列车模型，同时将测速雷达收集的列车实时速度同步至列车模型；
20.s2：当列车经过基站覆盖区域，开始计算其对应的多普勒频移，其具体计算公式如下：
[0021][0022]
其中，f
d
代表多普勒频移值，f代表基站发出电磁波频率，c代表电磁波传播速率，v代表列车行驶速度，θ代表列车行驶方向与接收信号方向的夹角，λ代表电磁波波长；
[0023]
s3：将列车经过各组基站产生的多普勒频移值录入基站记录表中。
[0024]
进一步地，步骤(3)中所述路损模型构建具体步骤如下：
[0025]
ss1：对各种不同场景下的大量无线信道进行测量，并依据测量中提取的信息进行统计分析；
[0026]
ss2：将衰落参数与天线参数进行分离，并自行生成信道特性参量的统计分布，同时开始对列车路径损耗进行计算，其具体计算公式如下：
[0027][0028]
其中，pl代表列车路径损耗，d代表列车天线与基站间的距离，a代表路径损耗指数，b代表截距，c代表路径损耗频率的依赖性，f
c
代表载波频率，x代表特定于环境的项；
[0029]
ss3：构建路径损耗模型表，并将其反馈给管理人员。
[0030]
进一步地，步骤(3)中所述算法分类具体步骤如下：
[0031]
p1：将收集到的列车实时速度标记为x，并对其进行速度分类，其速度分类具体步骤如下：
[0032]
pp1：若200km/h≤x＜250km/h，则判断该列车行驶速度为低速；
[0033]
pp2：若250km/h≤x＜290km/h，则判断该列车行驶速度为中速；
[0034]
pp3：若290km/h≤x≤310km/h，则判断该列车行驶速度为高速；
[0035]
p2：若列车行驶速度为低速，则开始对其进行切换判断，其具体判断条件如下：
[0036]
mn ofn ocn
‑
hys＞mp ofp ocp off
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0037]
mn ofn ocn hys＜mp ofp ocp off
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0038]
其中，mn代表相邻覆盖区域的特殊值，ofn代表相邻覆盖区域的特殊区域偏移测量值，ocn代表相邻覆盖区域的特殊扇区偏置，hys代表对应事件滞后参数，mp代表服务区的测
量值，ofp代表服务区的特殊频率偏移，ocp代表服务区的特殊区域偏移，off代表该事件的偏移，(3)为进入事件的条件，(4)为离开事件的条件；
[0039]
p3：当判断列车离开事件，则将列车信号切换为下一基站区域；
[0040]
p4：若列车行驶速度为中速，将列车从目标微基站接收到的信号质量与从原微基站接收到的信号质量进行对比，若高于从原微基站接收到的信号质量，宏基站向目标基站发送协作请求，目标基站接收协作请求，同时宏基站向移动管理实体发送协作集更新指令，移动管理实体接收协作集更新指令，并控制服务网关复制并同时双重传输用户面数据给原微基站和目标微基站，原微基站和目标微基站使两相邻微基站同时与列车trs通信，同时将相邻微基站覆盖区域合并为更大的覆盖区域，当列车离开原微基站覆盖区域，原微基站释放列车相关资源；
[0041]
p5：若列车行驶速度为高速，宏基站向移动管理实体发送协作集更新指令，移动管理实体接收协作集更新指令，并控制服务网关复制并同时双重传输用户面数据给原微基站和目标微基站，原微基站和目标微基站使两相邻微基站同时与列车trs通信，同时将多个相邻微基站覆盖区域合并为更大的覆盖区域，当列车离开各组微基站覆盖区域，相关微基站释放列车相关资源。
[0042]
进一步地，步骤(4)中所述模拟优化具体步骤如下：
[0043]
m1：对各组列车在行驶过程中区域切换发生的频率进行计算，其具体计算公式如下：
[0044][0045]
其中，f
ho
代表列车信号切换频率，n
s_ho
代表代表发生在各区域内微基站间的切换的总次数,n
m_ho
代表各区域间发生切换的总次数的值,n
s
代表微基站的总个数；
[0046]
m2：切换频率计算完成，对切换速率进行计算，其具体计算公式如下：
[0047][0048]
其中，v
ho
代表切换速率，l代表列车运行的总长度，v代表列车行驶速度；
[0049]
m2：对列车在正常行驶过程中发生的信号切换次数进行统计，并将切换次数标记为z1，将微基站覆盖区域合并后列车在行驶过程中发生的信号切换次数进行统计，并将切换次数标记为z2；
[0050]
m3：生成切换方案，并对比z1与z2，若z1＞z2，则判断切换方案存在异常，同时开始对切换方案进行修复更新，并对更新完成的切换方案进行仿真测试，同时将测试结果与切换方案反馈给管理人员，若z1＜z2，则将对比结果以及切换方案反馈给管理人员。
[0051]
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
[0052]
1、该基于cu平面分离和波束赋形的5g无缝切换方法，相较于以往对单一列车进行方案设计，管理人员向管理平台输入列车号，管理平台统计列车号数量，并开始调用对应列车数据，自行生成列车记录表，并将列车数据按照速度、行驶时间、行驶方向以及车厢材质进行分类，同时将各项数据录入记录表中，构建虚拟地图，同时对各组列车行驶路线周围的信号基站数量进行收集，并将收集到的信号基站按照不同商家进行分类，同时自行生成基站记录表，并将各商家的信号基站数量录入表中，并依据收集到的数据对各组列车进行算
法设计，能够同时对多组列车进行数据提取以及算法设计，保证了方案的多样性，降低使用局限性，提高切换方案的普及性，减少工作人员工作量；
[0053]
2、该基于cu平面分离和波束赋形的5g无缝切换方法，对各组列车在行驶过程中区域切换发生的频率进行计算，切换频率计算完成，对切换速率进行计算，对列车在正常行驶过程中发生的信号切换次数以及微基站覆盖区域合并后列车在行驶过程中发生的信号切换次数进行统计，并分别进行标记，同时生成切换方案，并对比两组切换次数，同时依据对比结果对切换方案进行修复更新，能够节省管理人员时间，提高管理人员的工作质量。
附图说明
[0054]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
[0055]
图1为本发明提出的一种基于cu平面分离和波束赋形的5g无缝切换方法的流程框图。
具体实施方式
[0056]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0057]
实施例1
[0058]
参照图1，一种基于cu平面分离和波束赋形的5g无缝切换方法，本实施例具体公开了一种分类处理的方法：
[0059]
列车数据收集，基站信息收集：管理人员登录管理平台，并对列车数据进行检索收集，并通过gps卫星收集对应列车行驶路线基站信息，并对其进行分类处理。
[0060]
具体的，首先，管理人员向管理平台输入列车号，管理平台统计列车号数量，并开始调用对应列车数据，同时管理平台自行生成列车记录表，并将列车数据按照速度、行驶时间、行驶方向以及车厢材质进行分类，同时将各项数据录入记录表中。
[0061]
具体的，依据gps卫星传输的影像构建虚拟地图，并将各列车行驶路线智能绘制在虚拟地图上，对行驶路线周围的信号基站数量进行收集，并将收集到的信号基站按照不同商家进行分类，同时自行生成基站记录表，并将各商家的信号基站数量录入表中，收集各组基站的覆盖范围数据，并将其进行覆盖区域划分，同时将覆盖范围数据录入基站记录表中。
[0062]
实时收集列车行驶速度，并计算相应多普勒频移：通过测速雷达对列车实时速度进行收集，同时对列车经过各基站所产生的多普勒频移进行计算记录。
[0063]
具体的，依据列车记录表所搜集的信息在虚拟地图上构建列车模型，同时将测速雷达收集的列车实时速度同步至列车模型，当列车经过基站覆盖区域，开始计算其对应的多普勒频移，将列车经过各组基站产生的多普勒频移值录入基站记录表中。
[0064]
其中，需要进一步说明的是多普勒频移具体计算公式如下：
[0065][0066]
其中，f
d
代表多普勒频移值，f代表基站发出电磁波频率，c代表电磁波传播速率，v代表列车行驶速度，θ代表列车行驶方向与接收信号方向的夹角，λ代表电磁波波长。
[0067]
构建路损模型，并依据列车行驶速度进行算法分类：计算列车行驶过程中产生的信号损失，并开始构建对应路损模型，同时依据实时收集的列车行驶速度进行算法分类。
[0068]
具体的，首先，对各种不同场景下的大量无线信道进行测量，并依据测量中提取的信息进行统计分析，将衰落参数与天线参数进行分离，并自行生成信道特性参量的统计分布，同时开始对列车路径损耗进行计算，构建路径损耗模型表，并将其反馈给管理人员。
[0069]
其中，需要进一步说明的是路径损耗具体计算公式如下：
[0070][0071]
其中，pl代表列车路径损耗，d代表列车天线与基站间的距离，a代表路径损耗指数，b代表截距，c代表路径损耗频率的依赖性，f
c
代表载波频率，x代表特定于环境的项。
[0072]
具体的，将收集到的列车实时速度标记为x，并对其进行速度分类，若列车行驶速度为低速，则开始对其进行切换判断，当判断列车离开事件，则将列车信号切换为下一基站区域，若列车行驶速度为中速，将列车从目标微基站接收到的信号质量与从原微基站接收到的信号质量进行对比，若高于从原微基站接收到的信号质量，宏基站向目标基站发送协作请求，目标基站接收协作请求，同时宏基站向移动管理实体发送协作集更新指令，移动管理实体接收协作集更新指令，并控制服务网关复制并同时双重传输用户面数据给原微基站和目标微基站，原微基站和目标微基站使两相邻微基站同时与列车trs通信，同时将相邻微基站覆盖区域合并为更大的覆盖区域，当列车离开原微基站覆盖区域，原微基站释放列车相关资源，若列车行驶速度为高速，宏基站向移动管理实体发送协作集更新指令，移动管理实体接收协作集更新指令，并控制服务网关复制并同时双重传输用户面数据给原微基站和目标微基站，原微基站和目标微基站使两相邻微基站同时与列车trs通信，同时将多个相邻微基站覆盖区域合并为更大的覆盖区域，当列车离开各组微基站覆盖区域，相关微基站释放列车相关资源。
[0073]
其中，需要进一步说明的是速度分类具体步骤如下：若200km/h≤x＜250km/h，则判断该列车行驶速度为低速，若250km/h≤x＜290km/h，则判断该列车行驶速度为中速，若290km/h≤x≤310km/h，则判断该列车行驶速度为高速。
[0074][0075]
其中，切换事件具体判断条件如下：具体判断条件如下：
[0076]
mn ofn ocn
‑
hys＞mp ofp ocp off
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0077]
mn ofn ocn hys＜mp ofp ocp off
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0078]
其中，mn代表相邻覆盖区域的特殊值，ofn代表相邻覆盖区域的特殊区域偏移测量值，ocn代表相邻覆盖区域的特殊扇区偏置，hys代表对应事件滞后参数，mp代表服务区的测量值，ofp代表服务区的特殊频率偏移，ocp代表服务区的特殊区域偏移，off代表该事件的偏移，(3)为进入事件的条件，(4)为离开事件的条件。
[0079]
实施例2
[0080]
参照图1，一种基于cu平面分离和波束赋形的5g无缝切换方法，除与上述相同的结构外，本实施例公开了一种模拟优化方法：
[0081]
计算基站切换频率，并进行仿真优化：对列车行驶过程中的基站切换频率进行计算，并将切换频率反馈给管理人员，同时构建仿真模型对各算法进行模拟优化。
[0082]
具体的，对各组列车在行驶过程中区域切换发生的频率进行计算，切换频率计算完成，对切换速率进行计算，对列车在正常行驶过程中发生的信号切换次数进行统计，并将切换次数标记为z1，将微基站覆盖区域合并后列车在行驶过程中发生的信号切换次数进行统计，并将切换次数标记为z2，生成切换方案，并对比z1与z2，若z1＞z2，则判断切换方案存在异常，同时开始对切换方案进行修复更新，并对更新完成的切换方案进行仿真测试，同时将测试结果与切换方案反馈给管理人员，若z1＜z2，则将对比结果以及切换方案反馈给管理人员。
[0083]
此外，需要进一步说明的是，切换频率具体计算公式如下：
[0084][0085]
其中，f
ho
代表列车信号切换频率，n
s_ho
代表代表发生在各区域内微基站间的切换的总次数,n
m_ho
代表各区域间发生切换的总次数的值,n
s
代表微基站的总个数。
[0086]
其中，切换速率具体计算公式如下：
[0087][0088]
其中，v
ho
代表切换速率，l代表列车运行的总长度，v代表列车行驶速度。
[0089]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。