CN102624431B - 一种提升车载端多天线通信容量的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种提升车载端多天线通信容量的方法和系统，该方法包括计算车载端配置的所有天线阵列中的其他各天线阵列与参考阵列之间的目标权重差，所述参考阵列为车载端配置的所有天线阵列中的其中任一个天线阵列；调整其他各天线阵列与参考阵列之间的权重差至相应的目标权重差；完整调整之后，将各天线阵列接收的信号进行合并。本发明通过以上技术方案，提供一种更加完善的提升车载端多天线通信容量的方法和系统。

Description

一种提升车载端多天线通信容量的方法和系统

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种提升车载端多天线通信容量的方法和系统。

背景技术

随着世界各国铁路，特别是高速铁路的建设和发展，铁路通信面临着巨大的挑战。列车的无线通信关系着列车的可靠运行和乘客的通信服务体验。同时，由于理论和技术限制，现有的移动通信技术在高速移动情况下面临通信性能的急剧下降的问题。高铁沿线的地形多种多样，如开阔平原、高架桥、山区、城区、隧道等，对于快速运动的列车来说，不同的地形下的无线信道差别很大。不管是何种地形，速度越高，对无线通信的影响越大，解决难度也越大，对技术要求也越高。

随着LTE-R(Long Term Evolution for Railway)和智能交通系统的发展，使得车载端多天线技术在交通运输场景(如车对车通信、高速铁路车地通信等)的应用成为一个热点。铁路无线通信要求更可靠的通信链路和更高的数据率，在保障行车安全的同时，满足车内旅客各种各样的通信业务。因此，在铁路场景下揭示多天线技术应用的有效性、挖掘多天线技术的应用潜力具有非常重要的意义。

铁路无线通信网络沿铁路采用线性覆盖。同时，为了避免列车车体对无线信号的巨大衰减，车内用户与地面基站之间一般采用两跳链路传输，即“车载中继站-地面基站”链路与“车内”链路。如果车载中继站采用多天线阵列，在高架桥和开阔地时，列车周围几乎没有反射体和散射体，可以认为基站和车载中继站视距LOS(Line-of-Sight)传输，该结论也与工程实际测试结果吻合。在LOS传输下，无线信道多径分量较少且延迟不大，可以认为是K因子较大的莱斯信道。也就是说，多径效应在高架桥和开阔地的铁路环境下并不明显。

无线通信中(包括铁路无线通信)，面临信道的多径效应，通信终端移动造成的多普勒效应等问题的挑战。多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output，MIMO)多天线系统不需要增加频率资源，利用多经效应来提高数据吞吐量，也提高了无线通信的可靠性。

现有的与通信容量有关、车载环境下的多天线应用的方案包括以下几种：

(1)公开号为102324958A，名称为一种用于高速铁路环境下的MIMO系统中的无线通信方法中，提出一种基于分布式光载无线的高速铁路宽带无线接入系统，通过在铁路沿线布置一定间隔的射频拉远单元(RRU)，RRU与基带单元(BBU)用光纤连接，同时利用车载GPS获得列车位置信息，来激活所需的RRU进行车地通信。该方案需要改造现有铁路沿线网络，建设密集的RRU，同时依靠准确的GPS定位，其成本会非常高，可能会破坏铁路现场已有的任何地面硬件设施和设备，而且在隧道、山区等铁路特殊地段会存在GPS盲区，这些将影响到该方案的整体性能。

(2)公开号为101771455A，名称为一种采用双天线分集接收技术的GSM-R通信模块中，提出采用双天线分集接收技术的GSM-R通信模块，通过对传统的GSM-R通信模块的改进，采用两根天线进行信号接收来获得分集增益。该方案是在现在GSM通信模块的改进，不满足未来铁路网络LTE-R的发展趋势，在大多数信号条件较好的铁路LOS环境下，也没有获得多天线的容量增益。

(3)公开号为102201893A，名称为多天线组播系统基于最大最小波束成型的容量估计方法中，提出利用延迟信道状态信息和多普勒频移对每个用户的接收信噪比进行估计，然后补偿延迟信道状态信息对系统容量的影响，获得较大的系统传输速率的提升。该专利需要对用户的信道状态信息进行估计获得匹配系统容量，在铁路环境下信道状态信息的估计比较困难，难以获得多天线系统的容量提升。

(4)文献号为US2008227387，名称为LOS MIMO BEAMFORMING中，提出MIMO系统一般用于NLOS(non-LOS)环境，其给出了一种LOS环境下点到点通信系统，包含第一发射机通过电磁波发送信息给发送第一接收机。第一发射机使用一定数量的天线，通过不同频率的波束将信息发射出去。收发端之间的中继放大器(repea ter)根据发送端所用的波束将信息进行中继放大，达到点到点通信的目的。该专利利用不同中继放大器，将LOS环境下的点到点通信，通过使用不同频率的波束来实现，但是并没有涉及容量提升问题。

(5)文献号为US007181167B2，名称为HIGH DATA RATE CLOSED LOOP MIMOSCHEME COMBINING TRASNMIT DIVERSITY AND DATA MULTIPLEXING中，提出通过最大化合成的信道信噪比来决定闭环多天线无线通信系统的天线权重。天线子集上复用信号流提升了吞吐率。该专利需要对物理信道的系数进行估计，再计算天线的权重，然后将符号流调制到改变了权重的天线上，最后是进行扩频发送。该专利需要信道估计信息，而且只能应用于CDMA(Code-Division MultipleAccess)系统。

(6)文献号为US006870515B2，名称为MIMO WIRELESS COMMUNICATIONSYSTEM中，提出利用极化分集，得到体积更小的MIMO系统(相比其他的空间分集MIMO系统)，可以在LOS下提升容量，也可以用于多波束天线系统。该专利用极化分集减小了MIMO系统的体积，但是增加了MIMO系统实现的复杂性，在铁路环境下，其多波束在目前技术条件下也存在着可操作性的问题。

因此，现有的车载环境下的多天线应用方案还不够完善。

发明内容

本发明提供一种更加完善的提升车载端多天线通信容量的方法和系统。

本发明采用以下技术方案：

一种提升车载端多天线通信容量的方法，车载端配置有多个天线阵列，每个天线阵列包括多根天线，该方法包括：计算车载端配置的所有天线阵列中的其他各天线阵列与参考阵列之间的目标权重差，所述参考阵列为车载端配置的所有天线阵列中的其中任一个天线阵列；调整其他各天线阵列与参考阵列之间的权重差至相应的目标权重差；完整调整之后，将各天线阵列接收的信号进行合并。

在本发明一实施例中，计算车载端配置的所有天线阵列中的其他各天线阵列与参考阵列之间的目标权重差的过程包括：根据当前车载端所配置的天线阵列数、各天线阵列内天线间的间距，及当前车载端和基站之间形成的无线通信网络的实际拓扑参数，计算车载端配置的所有天线阵列中的其他各天线阵列与参考阵列之间的目标权重差。

在本发明一实施例中，拓扑参数包括基站高度、车载台高度、基站与车载端所运行的轨道的垂直距离和小区大小。

在本发明一实施例中，调整其他各天线阵列与参考阵列之间的权重差至相应的目标权重差的方法为：通过调整其他各天线阵列的信号幅度和相位，调整其与参考阵列之间的权重差至相应的目标权重差。

一种提升车载端多天线通信容量的系统，车载端配置有多个天线阵列，每个天线阵列包括多个天线，该系统包括目标权重差计算模块、调整模块和收发合并模块，其中，所述目标权重差计算模块用于计算车载端配置的所有天线阵列中的其他各天线阵列与参考阵列之间的目标权重差，所述参考阵列为车载端配置的所有天线阵列中的其中任一个天线阵列；所述调整模块用于调整其他各天线阵列与参考阵列之间的权重差至相应的目标权重差；所述收发合并模块用于所述调整模块完整调整之后，将各天线阵列接收的信号进行合并。

在本发明一实施例中，所述目标权重差计算模块用于根据当前车载端所配置的天线阵列数、各天线阵列内天线间的间距，及当前车载端和基站之间形成的无线通信网络的实际拓扑参数，计算车载端配置的所有天线阵列中的其他各天线阵列与参考阵列之间的目标权重差。

在本发明一实施例中，所述调整模块用于通过调整其他各天线阵列的信号幅度和相位，调整其与参考阵列之间的权重差至相应的目标权重差。

在本发明一实施例中，组成每个天线阵列内的天线数等于天线阵列数。

在本发明一实施例中，每根天线均与车体平行配置。

本发明提供一种提升车载端多天线通信容量的方法和系统，调整车载端配置的所有天线阵列中的其他各天线阵列与参考阵列之间的权重差至相应的目标权重差，使得各天线阵列之间的信号不相关，再将各天线阵列接收的信号进行合并，便可提升车载端多天线通信容量。与现有技术相比，本发明在铁路环境或者带状无线通信拓扑环境下，能够克服列车在穿越带状小区时的容量抖动，而且容量的提升不会受到列车运行信道环境的影响，即性能稳定。

附图说明

图1为本发明实施例铁路环境下车载端与基站端构成的无线通信系统的示意图；

图2为图1所示无线通信系统中车载端多天线的结构示意图；

图3为图1所示无线通信系统中LOS视距多天线接收关系的示意图；

图4为本发明实施例一种提升车载端多天线通信容量系统的示意图；

图5为本发明实施例在车载端配置两个天线阵列时，图4所示系统提升车载端多天线通信容量的方法的流程图；

图6为本发明实施例经过权重差调整之后列车在行驶中获得的容量示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明适用于铁路环境(普通铁路、高速铁路、城市轻轨、地铁)或者带状无线通信拓扑环境(如高速公路)。在带状无线通信拓扑环境下，基站沿铁路线放置。如图1所示，为本发明实施例铁路环境下车载端与基站端构成的无线通信系统，该无线通信系统可以是LTE、WiMAX、其演进系统和LTE-R系统，该无线通信系统包括基站11、列车12和列车12所运行的轨道13。

基站11可以配置单个天线阵列，该天线阵列包括多根天线，列车12可以配置多个天线阵列，每个天线阵列包括多根天线。如图2所示，为图1所示无线通信系统中车载端多天线的结构，列车12上配置的天线阵列为121、122至12N。组成每个天线阵列内的天线数等于天线阵列数N。每根天线均与车体平行配置，各天线阵列内天线间的间距分别是Δ_r1，Δ_r2，...，Δ_rN，Δ_r1，Δ_r2，...，Δ_rN是对载波波长的归一化值，即天线阵列121内天线间的间距归一化处理后是Δ_r1，天线阵列122内天线间的间距归一化处理后是Δ_r2，......天线阵列12N内天线间的间距归一化处理后是Δ_rN。Δ_r1，Δ_r2，...，Δ_rN其最小值要保证各个天线间的接收相互独立，即不相关。

如图3所示，为图1所示无线通信系统中LOS视距多天线接收关系示意图，

假设基站11和列车12上配置的天线均为全向天线，在图3中均简化为阵元，一个阵元表示一根天线。基站11中的天线阵列的阵元数为n_t，列车12上每个天线阵列中的阵元数为n_r。任何多天线阵列的远场场强总可以分解为天线阵元因子和天线阵因子的乘积。不失一般性，假设基站11为发射端，列车12的车载台为接收端。将列车12的天线阵列(121、122至12N)放置在x轴上，其第一个阵元与三维坐标系的原点o重合，假设与原点o重合的发射天线阵元和与原点o重合的接收天线阵元之间的距离为d₁₁，第k个发射天线阵元与第i个接收阵元之间的距离为d_ki，发射与接收天线阵列阵元之间的距离分别为Δ_t·λ和Δ_r·λ，λ为载波波长，则阵元间距关于载波波长的归一化距离分别为Δ_t和Δ_r，天线阵列归一化长度分别为n_t·Δ_t和n_r·Δ_r。在实际场景中，发射天线与接收多天线阵列之间的距离远远大于阵列长度，即满足d₁₁＞＞n_t·Δ_t·λ和d₁₁＞＞n_r·Δ_r·λ。基站发射端天线阵列的发射角为(φ_t，θ_t)，φ_t是视距接收方向上与z轴正向夹角，θ_t是视距接收方向在xy平面上的投影与y轴正向夹角，(φ_t，θ_t)分别是发射角的仰角(elevation angle)和方位角(azimuth angle)。阵列法线在xy平面上，并且与y轴平行，因此θ_t也是视距接收方向在xy平面上的投影与阵列法线的夹角。同理，车载台接收端天线阵列的接收角为(φ_r，θ_r)，发射端和接收端的天线阵列相互平行，因此，φ_t+φ_r＝π，θ_t+θ_r＝π。AA″是基站高度，A′A″是车载天线阵列高度，则d₁₁的投影d′₁₁、d_ki的投影d′_ki和车载天线阵列在同一个水平面上。d′₁₁＝d₁₁·sinφ_r，d′_ki＝d_ki·Sinφ_r。因此，多天线阵列收发矩阵只与接收角(sinφ_r，sinθ_r)有关，与发射角(sinφ_r，sinθ_r)无关。

依据上述车载端与基站端构成的无线通信系统，如图4所示，为本发明实施例一种提升车载端多天线通信容量系统，其包括目标权重差计算模块41、调整模块42和收发合并模块43，其中，

目标权重差计算模块41用于计算车载端配置的所有天线阵列中的其他各天线阵列与参考阵列之间的目标权重差，参考阵列为车载端配置的所有天线阵列中的其中任一个天线阵列。

调整模块42用于调整其他各天线阵列与参考阵列之间的权重差至相应的目标权重差。

由于车载端天线阵列之间的权重差与天线阵列的信号幅度和相位有关，天线阵列的信号幅度、相位与天线阵列结构(天线阵列数、天线阵列内天线间的间距Δ_r1，Δ_r2，...，Δ_rN等)及具体的无线通信网络的实际拓扑参数(如基站高度、车载台高度、基站与车载端所运行的轨道的垂直距离、小区大小等)有关。由此，目标权重差计算模块41可以根据当前车载端所配置的天线阵列数、天线阵列内天线间的间距Δ_r1，Δ_r2，...，Δ_rN，及当前车载端和基站之间形成的无线通信网络的实际拓扑参数计算车载端配置的所有天线阵列中的其他各天线阵列与参考阵列之间的目标权重差，使得各个天线阵列之间的信号接收相互独立，不相关。调整模块42可以通过调整当前天线阵列数、天线阵列内天线间的间距Δ_r1，Δ_r2，..，Δ_rN，或具体的无线通信网络的实际拓扑参数调整其他各天线阵列与参考阵列之间的信号幅度差或相位差，既而调整其他各天线阵列与参考阵列之间的权重差至相应的目标权重差。

调整模块42可以是一个总模块，也可以包括多个子调整模块组成，子调整模块的个数与车载端配置的天线阵列的个数相同，与车载端配置的天线阵列一一对应，分别用于调整相应天线阵列与参考阵列之间的权重差至相应的目标权重差。本实施例假设调整模块42包括上述的多个子调整模块421、422至42N，分别对应车载端配置的天线阵列121、122至12N，子调整模块421用于调整天线阵列121与参考阵列之间的权重差至相应的目标权重差，子调整模块422用于调整天线阵列122与参考阵列之间的权重差至相应的目标权重差，子调整模块42N用于调整天线阵列12N与参考阵列之间的权重差至相应的目标权重差。

收发合并模块43用于调整模块42完整调整之后，将各天线阵列接收的信号进行合并。收发合并模块43还可以具有一般收发机的基带处理、调制/解调处理、射频收发等功能。

如图5所示，为本发明实施例在车载端配置两个天线阵列(即N＝2，分别为天线阵列121和122，每个天线阵列内的天线数也为2)时，图4所示系统提升车载端多天线通信容量的方法，其过程如下：

S501、目标权重差计算模块41计算天线阵列121和122之间的目标权重差，使得两天线阵列之间的信号接收相互独立，不相关。

计算方法可以是：为了简化计算过程，假设天线阵列121和122的信号幅度均为1，天线阵列121和122之间的相位差为Δβ，令两者的权重差为Δω＝sin(Δβ)，则N＝2时，可以预算收发合并模块43将天线阵列121和122接收的信号合并后，其接收矩阵为：

$Z_{\mathrm{r\ω}}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ e^{-j2\mathrm{\π}{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{rl}}\·\mathrm{\κ}}& e^{-j2\mathrm{\π}[{\mathrm{\Δ}}_{r2}\·(\mathrm{\κ}+\mathrm{\Δ\ω})]}\end{array}\right]---\left(2\right)$

由公式(1)和(2)可知，

$Z_{\mathrm{r\ω}}^H{Z}_{\mathrm{r\ω}}=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cc}1& \frac{1}{2}(e^{j2\mathrm{\π}{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{rl}}\·\mathrm{\κ}}+e^{j2\mathrm{\π}[{\mathrm{\Δ}}_{r2}\·(\mathrm{\κ}+\mathrm{\Δ\ω})]})\\ \frac{1}{2}(e^{-j2\mathrm{\π}{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{rl}}\·\mathrm{\κ}}+e^{-j2\mathrm{\π}[{\mathrm{\Δ}}_{r2}\·(\mathrm{\κ}+\mathrm{\Δ\ω})]})& 1\end{array}\right]---\left(3\right)$

由 $|Z_{\text{r\ω}}^H{Z}_{\mathrm{r\ω}}-\mathrm{\μI}|=0,$ 得 $Z_{\mathrm{r\ω}}^H{Z}_{\mathrm{r\ω}}$ 的两个特征值：

${\mathrm{\μ}}_1=\frac{1}{2}+\frac{\sqrt{2}}{4}(1+\cos \{2\mathrm{\π}[({\mathrm{\Δ}}_{r2}-{\mathrm{\Δ}}_{r1})\·\mathrm{\κ}+{\mathrm{\Δ}}_{r2}\·\mathrm{\Δ\ω}]\left\}\right)---\left(4\right)$

${\mathrm{\μ}}_2=\frac{1}{2}-\frac{\sqrt{2}}{4}(1+\cos \{2\mathrm{\π}[({\mathrm{\Δ}}_{r2}-{\mathrm{\Δ}}_{r1})\·\mathrm{\κ}+{\mathrm{\Δ}}_{r2}\·\mathrm{\Δ\ω}]\left\}\right)---\left(5\right)$

那么，Z_rω的条件数为

$\mathrm{\η}=\sqrt{\frac{\frac{1}{2}+\frac{\sqrt{2}}{4}\{1+\cos [2\mathrm{\π}({\mathrm{\Δ}}_{r2}-{\mathrm{\Δ}}_{r1})\·\mathrm{\κ}+2\mathrm{\π}\·{\mathrm{\Δ}}_{r2}\·\mathrm{\Δ\ω}\left]\right\}}{\frac{1}{2}-\frac{\sqrt{2}}{4}\{1+\cos [2\mathrm{\π}({\mathrm{\Δ}}_{r2}-{\mathrm{\Δ}}_{r1})\·\mathrm{\κ}+2\mathrm{\π}\·{\mathrm{\Δ}}_{r2}\·\mathrm{\Δ\ω}\left]\right\}}}---\left(6\right)$

又因为

cos[2π(Δ_r2-Δ_r1)·κ+2π·Δ_r2·Δω]＝cos[2π(Δ_r2-Δ_r1)·κ]·cos(2π·Δ_r2·Δω)

                                                                                         (7)

                                         -sin[2π(Δ_r2-Δ_r1)·κ]·sin(2π·Δ_r2·Δω)

要使得合并后的容量得到提升，则要使得η→1，则要使得cos[2π(Δ_r2-Δ_r1)·κ+2π·Δ_r2·Δω]→-1，那么两个阵列内天线间的间距要相等，即Δ_r2＝Δ_r1时，才能使得cos[2π(Δ_r2-Δ_r1)·κ]＝1，sin[2π(Δ_r2-Δ_r1)·κ]＝0，才能消除高速移动带来的剧烈角度抖动。当Δ_r2＝Δ_r1时，则(6)式转换为

$\mathrm{\η}=\sqrt{\frac{\frac{1}{2}+\frac{\sqrt{2}}{4}[1+\cos (2\mathrm{\π}\·{\mathrm{\Δ}}_r\·\mathrm{\Δ\ω})]}{\frac{1}{2}-\frac{\sqrt{2}}{4}[1+\cos (2\mathrm{\π}\·{\mathrm{\Δ}}_r\·\mathrm{\Δ\ω})]}}---\left(8\right)$

要保证Z_rω满秩，cos(2π·Δ_r·Δω)不能为零，即Δ_r·Δω不能等于0.5，而应该是Δ_r·Δω＝±0.5+δ，δ是一个尽量小的小数，使得Z_rω满秩且两个奇异值尽可能地相等。此时两个阵列的归一化相位差(对于Δ_r归一化，即Δr·sin(Δβ)→0.5)Δβ不能等于π/6，而应该是越接近π/6越好。只有这样，才能保证Z_rω满秩且条件数趋于1。因此，当两阵列的信号幅度均为1，且Δ_r2＝Δ_r1，且Δβ＝0.16677π，即Δω＝sin(Δβ)＝0.5003时，收发合并模块43合并后的信号其容量得到了提升。因此，通过该计算过程可预算出天线阵列121和122之间的目标权重差为Δω＝0.5003。

S502、在得出目标权重差之后，调整模块42调整天线阵列121和122之间的信号幅度差或相位差，既而调整天线阵列121和122之间的权重差至相应的目标权重差。

S503、调整模块42完整调整之后，收发合并模块43将天线阵列121和122接收的信号进行合并，由将步骤S501DE计算过程反推算，可知Z_rω满秩且条件数趋于1，收发合并模块43合并后的信号其容量得到提升。

当车载端配置3个天线阵列(即N＝3，分别为天线阵列121、122和123，每个天线阵列内的天线数也为3)时，假设天线阵列121为参考阵列，天线阵列121、122和123的信号幅度均为1，天线阵列122与天线阵列121之间的相位差为Δβ₁，权重差为Δω₁＝sin(Δβ₁)；天线阵列123与天线阵列121之间的相位差为Δβ₂，权重差为Δω₂＝sin(Δβ₂)。那么根据以上实施例的方法可计算当Δ_r1＝Δ_r2＝Δ_r3，且Δω₂＝sin(-0.23π)，Δω₂＝sin(0.23π)时，合并后的信号容量得到提升。

当车载端配置4个天线阵列(即N＝4，分别为天线阵列121、122、123和124，每个天线阵列内的天线数也为4)时，假设天线阵列121为参考阵列，天线阵列121、122、123和124的信号幅度均为1，天线阵列122与天线阵列121之间的相位差为Δβ₁，权重差为Δω₁＝sin(Δβ₁)；天线阵列123与天线阵列121之间的相位差为Δβ₂，权重差为Δω₂＝sin(Δβ₂)；天线阵列124与天线阵列121之间的相位差为Δβ₃，权重差为Δω₃＝sin(Δβ₃)。那么根据以上实施例的方法可计算当Δ_r1＝Δ_r2＝Δ_r3＝Δ_r4，且相位差Δβ₁、Δβ₂、Δβ₃如表1所示时，合并后的信号容量得到提升。

表1

	Δβ1	Δβ2	Δβ3
				第一种组合	-0.2700π	0.1650π	0.2700π
第二种组合	-0.2700π	0.2700π	-0.1650π
				第三种组合	-0.2700π	0.2700π	0.1650π
第四种组合	0.2700π	-0.2700π	-0.1650π
				第五种组合	0.2700π	-0.2700π	0.1650π
第六种组合	0.2700π	-0.1650π	-0.2700π

当车载端配置5个天线阵列(即N＝5，分别为天线阵列121、122、123、124和125，每个天线阵列内的天线数也为5)时，假设天线阵列121为参考阵列，天线阵列121、122、123、124和125的信号幅度均为1，天线阵列122与天线阵列121之间的相位差为Δβ₁，权重差为Δω¹＝sin(Δβ₁)；天线阵列123与天线阵列121之间的相位差为Δβ₂，权重差为Δω²＝sin(Δβ₂)；天线阵列124与天线阵列121之间的相位差为Δβ₃，权重差为Δω³＝sin(Δβ₃)；天线阵列125与天线阵列121之间的相位差为Δβ₄，权重差为Δω⁴＝sin(Δβ₄)。那么根据以上实施例的方法可计算当Δ_r1＝Δ_r2＝Δ_r3＝Δ_r4＝Δ_r5，且相位差Δβ₁、Δβ₂、Δβ₃、Δβ₄如表2所示时，合并后的信号容量得到提升。

表2

	Δβ1	Δβ2	Δβ3	Δβ4
					第一种组合	-0.2050π	0.2050π	-0.2950π	0.2950π
第二种组合	0.2050π	-0.2050π	0.2950π	-0.2950π

当车载端配置6个天线阵列(即N＝6，分别为天线阵列121、122、123、124、125和126，每个天线阵列内的天线数也为6)时，假设没有计算出合适的权重差使得各个天线阵列之间的信号线性无关。则表明N＝6时不能得到容量的提升，那么最多只能采用5个天线阵列来提升容量。

本发明经过权重差调整之后，在一定的网络拓扑下，获得的容量得到提升，而且是稳定的，如图6所示，为本发明实施例经过权重差调整之后列车在行驶中获得的容量示意图。由该图可知，不管车载端配置的天线阵列数N是多少，经过权重差调整，其信号合并后通信容量随信噪比(SNR)增大而增大，在同一SNR的条件下，通信容量随着车载端配置的天线阵列数N的增大而增大，而且在一定的网络拓扑下，获得的容量是稳定的。

本发明通过调整车载端配置的所有天线阵列中的其他各天线阵列与参考阵列之间的权重差至相应的目标权重差，使得各天线阵列之间的信号不相关，再将各天线阵列接收的信号进行合并，可提升车载端多天线通信容量。与现有技术相比，本发明在铁路环境或者带状无线通信拓扑环境下，能够克服列车在穿越带状小区时的容量抖动，而且容量的提升不会受到列车运行信道环境的影响，即性能稳定。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种提升车载端多天线通信容量的方法，其特征在于，车载端配置有多个天线阵列，每个天线阵列包括多根天线，该方法包括：

根据当前车载端所配置的天线阵列数、各天线阵列内天线间的间距，及当前车载端和基站之间形成的无线通信网络的实际拓扑参数，计算车载端配置的所有天线阵列中的其他各天线阵列与参考阵列之间的目标权重差，所述拓扑参数包括基站高度、车载台高度、基站与车载端所运行的轨道的垂直距离和小区大小，所述参考阵列为车载端配置的所有天线阵列中的其中任一个天线阵列；

通过调整当前天线阵列数、天线阵列内天线间的间距，或具体的无线通信网络的实际拓扑参数调整其他各天线阵列与参考阵列之间的信号幅度差或相位差，调整其与参考阵列之间的权重差至相应的目标权重差；

完整调整之后，将各天线阵列接收的信号进行合并。

2.权利要求1所述的提升车载端多天线通信容量的方法，其特征在于，组成每个天线阵列的天线数量等于配置的天线阵列的数量。

3.权利要求1所述的提升车载端多天线通信容量的方法，其特征在于，每根天线均与车体平行配置。

4.一种提升车载端多天线通信容量的系统，其特征在于，车载端配置有多个天线阵列，每个天线阵列包括多个天线，该系统包括目标权重差计算模块、调整模块和收发合并模块，其中，

所述目标权重差计算模块用于根据当前车载端所配置的天线阵列数、各天线阵列内天线间的间距，及当前车载端和基站之间形成的无线通信网络的实际拓扑参数，计算车载端配置的所有天线阵列中的其他各天线阵列与参考阵列之间的目标权重差，所述拓扑参数包括基站高度、车载台高度、基站与车载端所运行的轨道的垂直距离和小区大小，所述参考阵列为车载端配置的所有天线阵列中的其中任一个天线阵列；

所述调整模块用于通过调整当前天线阵列数、天线阵列内天线间的间距，或具体的无线通信网络的实际拓扑参数调整其他各天线阵列与参考阵列之间的信号幅度差或相位差，调整其与参考阵列之间的权重差至相应的目标权重差；

所述收发合并模块用于所述调整模块完整调整之后，将各天线阵列接收的信号进行合并。

5.如权利要求4所述的提升车载端多天线通信容量的系统，其特征在于，组成每个天线阵列的天线数量等于配置的天线阵列的数量。

6.如权利要求4所述的提升车载端多天线通信容量的系统，其特征在于，每根天线均与车体平行配置。