地铁车地通信增强方法和系统与流程

1.本技术涉及轨道交通通信技术领域，尤其是一种地铁车地通信增强方法和系统。


背景技术：

2.随着智慧轨道交通行业的快速发展，大量智能设备如高清摄像头、车载高清动态地图、车载多媒体等系统对车地通信传输带宽的需求急剧增加，大流量应用会超过千兆，急需更高带宽的新的网络技术。随着调制解调、空口制式、大规模mimo、芯片等方面技术的发展逐步趋于瓶颈，未来要实现更大的带宽的最直接方式就是增大频谱带宽。由于低频段频谱已经分配殆尽，未来5g-a/6g最主要的趋势就是高频段频谱如太赫兹。
3.因此，未来下一代通信5g-a/6g应用的城市轨道交通领域时也不可避免的要应用高频段频谱。但是高频通信的最大问题是自由空间传播损耗大，信号绕射能力差，在封闭多金属的隧道环境,信号经历复杂的反射、折射、散射、绕射、穿透、干扰等一系列复杂的过程,信号多径效应明显，对无线通信质量影响很大。目前随着地铁里网络的增加，有限的环境里网络无线环境更加复杂恶劣，射频干扰逐步增加如杂散、交调、阻塞、底噪抬升等，对车地通信空口环境影响逐步增大，产生诸如覆盖信号弱、盲区、信号干扰、切换失败等因素引起的问题，有可能导致车载通信终端性能变差甚至脱网，导致通信中断。所以有必要提出一种增强通信的技术方案。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术缺陷之一，本技术实施例中提供了一种地铁车地通信增强方法和系统，解决了随着地铁里网络的增加，有限的环境里网络无线环境更加复杂恶劣，射频干扰逐步增加，对车地通信空口环境影响逐步增大，产生诸多问题，有可能导致车载通信终端性能变差甚至脱网，导致通信中断的技术缺陷。
5.根据本技术实施例的第一个方面，提供了一种地铁车地通信增强方法，包括：
6.获取目标环境中待敷设位置对应的第一信号特性和地铁车辆接收终端位置对应的第二信号特性；其中，所述第一信号特征和所述第二信号特性均包括反射特性、折射特性和多径传输特性；
7.根据所述第一信号特征和所述第二信号特性确定ris智能超表面产品的参数，所述ris智能超表面产品敷设在所述待敷设位置处，用于实现通信增强。
8.在一个实施例中，所述获取目标环境中待敷设位置对应的第一信号特性和地铁车辆接收终端位置对应的第二信号特性，包括：
9.获取隧道环境中待敷设位置对应的第一信号特性和地铁车辆接收终端位置对应的第二信号特性。
10.在一个实施例中，在所述隧道环境中，隧道一侧敷设有漏缆，另一侧敷设有与所述漏缆等高平行的所述ris智能超表面产品，所述ris智能超表面产品为带状ris反射面。
11.在一个实施例中，所述根据所述第一信号特征和所述第二信号特性确定ris智能
超表面产品的参数，包括：
12.根据所述第一信号特征和所述第二信号特性确定所述带状ris反射面的频率参数、相位参数、极化参数。
13.在一个实施例中，在所述隧道环境中分段设置待敷设位置。
14.在一个实施例中，所述获取目标环境中待敷设位置对应的第一信号特性和地铁车辆接收终端位置对应的第二信号特性，包括：
15.获取高架环境中待敷设位置对应的第一信号特性和地铁车辆接收终端位置对应的第二信号特性。
16.在一个实施例中，在所述高架环境中，高架一侧设有定向天线，另一侧设有与所述定向天线等高平行的所述ris智能超表面产品，所述ris智能超表面产品为背靠背ris反射面。
17.在一个实施例中，所述根据所述第一信号特征和所述第二信号特性确定ris智能超表面产品的参数，包括：
18.根据所述第一信号特征和所述第二信号特性确定所述背靠背ris反射面的频率参数、相位参数、极化参数。
19.在一个实施例中，在所述高架环境中分段设置待敷设位置。
20.根据本技术实施例的第二个方面，提供了一种地铁车地通信增强系统，包括：
21.ris智能超表面产品，设于目标环境中的待敷设位置处，用于实现通信增强，其参数根据目标环境中待敷设位置对应的第一信号特性和地铁车辆接收终端位置对应的第二信号特性确定，其中，所述第一信号特征和所述第二信号特性均包括反射特性、折射特性和多径传输特性。
22.采用本技术实施例中提供的地铁车地通信增强方法和系统，提供了一套全新的基于ris智能超表面技术的地铁车地通信增强方案，有效解决了高频段网络通信的空口多径效应、高衰减等车地通信面临的空口风险，在不改变现有组网架构的前提下改善通信性能，为地铁运营提供稳定可靠的网络技术支撑。
附图说明
23.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
24.图1为本技术实施例提供的地铁车地通信增强方法的流程示意图；
25.图2为本技术实施例提供的地铁车地通信增强方法一个实施例的示意图；
26.图3为本技术实施例提供的地铁车地通信增强方法另一个实施例的示意图。
具体实施方式
27.为了使本技术实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本技术的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.图1为本技术实施例提供的地铁车地通信增强方法的流程示意图，参照图1，本申
请提供了一种地铁车地通信增强方法，包括：
29.s110，获取目标环境中待敷设位置对应的第一信号特性和地铁车辆接收终端位置对应的第二信号特性；其中，所述第一信号特征和所述第二信号特性均包括反射特性、折射特性和多径传输特性。
30.s120，根据所述第一信号特征和所述第二信号特性确定ris智能超表面产品的参数，所述ris智能超表面产品敷设在所述待敷设位置处，用于实现通信增强。
31.在步骤s110中，可通过车载终端进行实际信号的路测，重点测试待敷设位置和实际列车车地通信接收终端位置的信号特征，包括频率、相位、极化等特性，分析轨道不同区域列车车地通信接收终端位置的信号(实际车地通信接收信号)与ris敷设区域信号的参数差异，再分别计算得出ris智能超表面产品需要设定的反射参数。
32.在步骤s120中，ris(re-configurable intelligent surface，智能超表面技术)具有调控无线信道的能力，包括信号幅度和相位，为通信系统的设计提供了一种新的范式，也是未来5g-a/6g中颇有前景的关键技术之一。未来在高频网络应用于城市轨道交通之后，可以采用智能超表面技术产品部署在与漏缆平行的隧道、高架等区域。实际应用中，智能超表面技术产品可以是矩形或长条形薄板，根据实际地铁环境需要灵活部署在隧道或地铁高架沿线，实现对反射或者折射电磁波的频率、相位、极化等特征的操控，从而达到重塑无线信道的目的，使得反射信号与直接传输的信号叠加增强，从而减少多径效应、信号抵消和衰减，提升无线传输环境质量，在不改变现有组网架构的前提下提高通信效果。
33.如图2所示，在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，所述获取目标环境中待敷设位置对应的第一信号特性和地铁车辆接收终端位置对应的第二信号特性，包括：
34.获取隧道环境中待敷设位置对应的第一信号特性和地铁车辆接收终端位置对应的第二信号特性。
35.可选的，在所述隧道环境中，隧道一侧敷设有漏缆210，另一侧敷设有与所述漏缆等高平行的所述ris智能超表面产品，所述ris智能超表面产品为带状ris反射面220。
36.可选的，所述根据所述第一信号特征和所述第二信号特性确定ris智能超表面产品的参数，包括：
37.根据所述第一信号特征和所述第二信号特性确定所述带状ris反射面220的频率参数、相位参数、极化参数。
38.可选的，在所述隧道环境中分段设置待敷设位置。隧道中ris产品的敷设分段与漏缆部署保持一致，在漏缆的poi处或小区边缘处ris产品也保持断开，避免对不同小区的信号产生影响。同时针对不同路段、不同环境的线路信号反射折射特性也不同，需要分段设置ris产品的频率、相位、极化等特征参数，实现根据不同路段定制化的反射特性。
39.基于隧道环境的智能超表面技术通信增强方案的主要工作流程如下；
40.1)漏缆信号辐射出来进行正常的车地通信；
41.2)隧道另外一侧的矩形ris反射面通过预置的反射参数对隧道内信号进行重塑和反射，预设参数通过实际路测的2个位置的信号特征对比计算得出；
42.3)经ris重塑和反射的信号在到达车载终端位置时，刚好与漏缆直射的信号形成叠加，相位相同，幅度叠加增强，提高了信号传输环境和通信效果。
43.可以理解的是，本技术根据提前路测到的隧道内的信号的反射和折射特性，通过
在线调整ris产品反射或者折射电磁波的频率、相位、极化等特征的操控，从而达到重塑无线信道的目的，使得反射信号与直接传输的信号在车载终端运行的位置实现最大程度的叠加增强，从而达到改善信号质量、提高通信质量的目的。以信号相位为例，如果测试时刻车地通信接收终端位置的信号相位角为a，ris敷设区域的信号由于反射、折射、多径等原因造成相位角变成了a b，两者相位相差b，这时ris进行信号反射时需要考虑消除掉这b的相位差，使得反射到车地通信接收终端位置的信号的相位恢复为a，这样2个信号可以正向叠加信号增强。通过这种方式，使得ris反射到车地通信接收终端位置的信号与远车载终端接收到的信号特征参数保持一致，达到信号正向叠加的效果，降低信号反射、折射、多径传输等信号的不利衰减，提高接收信号质量。信号频率、极化等参数的设置流程类似。
44.如图3所示，在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，所述获取目标环境中待敷设位置对应的第一信号特性和地铁车辆接收终端位置对应的第二信号特性，包括：
45.获取高架环境中待敷设位置对应的第一信号特性和地铁车辆接收终端位置对应的第二信号特性。
46.可选的，在所述高架环境中，高架一侧设有基站的定向天线310，另一侧设有与所述定向天线310等高平行的所述ris智能超表面产品，所述ris智能超表面产品为背靠背ris反射面320。
47.可选的，所述根据所述第一信号特征和所述第二信号特性确定ris智能超表面产品的参数，包括：
48.根据所述第一信号特征和所述第二信号特性确定所述背靠背ris反射面的频率参数、相位参数、极化参数。
49.可选的，在所述高架环境中分段设置待敷设位置。
50.基于高架环境的智能超表面技术通信增强方案的主要工作流程如下；
51.1)基站背靠背信号辐射出来进行正常的车地通信；
52.2)隧道另外一侧的背靠背ris反射面通过预置的反射参数对高架上内信号进行重塑和反射，预设参数通过实际路测的2个位置的信号特征对比计算得出；
53.3)经ris重塑和反射的信号在到达车载终端位置时，刚好与定向天线直射的信号形成叠加，相位相同，幅度叠加增强，提高了信号传输环境和通信效果。
54.可以理解的是，根据提前路测到的不同高架路段内的信号的反射和折射等特性，通过在线调整ris产品反射或者折射电磁波的频率、相位、极化等特征的操控，从而达到重塑无线信道的目的，使得反射信号与直接传输的信号在车载终端运行的位置实现最大程度的叠加增强，从而达到改善信号质量、提高通信质量的目的。高架中ris产品的敷设分段与定向天线部署保持一致，避免对不同小区的信号产生影响，在某一小区内，主要通过背靠背的ris反射面反射的信号与对面轨道的定向天线发射的信号产生叠加增强，达到提升通信效果的目的。同时针对不同路段、不同环境的线路信号反射折射特性也不同，需要分段设置ris产品的频率、相位、极化等特征参数，实现根据不同路段定制化的反射特性。
55.以上提到的2种通信增强方案，有各自的应用场景。基于隧道环境的智能超表面技术通信增强方案适用于隧道漏缆环境，带状ris反射面适用于漏缆这种连续的长条状均匀信号发射，背靠背ris反射面适用于基站的背靠背定向天线，方向性强，但是信号强度不均匀，背靠背ris反射面刚好可以弥补信号不均匀带来的问题。总体来说2种方案各有特点和
适用的场景，需要根据实际应用场景合理选择，为了提高可靠性，也可以2种方案组合同时启用。
56.下面对本发明提供的地铁车地通信增强系统进行描述，下文描述的地铁车地通信增强系统与上文描述的地铁车地通信增强方法可相互对应参照。
57.本技术提供了一种地铁车地通信增强系统，包括：
58.ris智能超表面产品，设于目标环境中的待敷设位置处，用于实现通信增强，其参数根据目标环境中待敷设位置对应的第一信号特性和地铁车辆接收终端位置对应的第二信号特性确定，其中，所述第一信号特征和所述第二信号特性均包括反射特性、折射特性和多径传输特性。
59.本技术设计的基于ris智能超表面技术的地铁车地通信增强方案可以带来的好处包括：
60.1)首次基于ris智能超表面技术设计了地铁车地通信增强方案，适用于隧道或高架等地铁环境，在不改变现有组网架构的前提下减少多径效应、信号抵消和衰减，提高车地通信效果。
61.2)全新设计了基于隧道环境的盲区消除方案，可以在漏缆敷设困难或有不可逾越的障碍物的区域灵活部署ris产品，操控反射波束对准位于盲区的终端并动态跟踪，这就相当于创建了虚拟的视距路径，扩展了小区的覆盖范围，实现了覆盖盲区的消除。该方案不用改动已商用的5g专网，对新建网络和改造网络都适用，有利于方案大量推广复制，成本低。
62.3)首次设计了2种灵活可选的ris产品部署模式模式，可以基于实际线路环境灵活选择。
63.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
64.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
65.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
66.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
67.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
68.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
69.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
70.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。