CN114095111A

CN114095111A - 一种基于位置信息的同频干扰抑制方法及通信终端

Info

Publication number: CN114095111A
Application number: CN202210008658.1A
Authority: CN
Inventors: 艾渤; 费丹
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2022-01-06
Filing date: 2022-01-06
Publication date: 2022-02-25

Abstract

本发明公开了一种基于位置信息的同频干扰抑制方法，包括如下步骤：S1：根据全线场强覆盖测试数据、服务质量测试数据，预先确定最佳天线切换位置；S2：测算通信终端的当前位置；S3：根据所述当前位置与所述最佳天线切换位置来判断是否切换定向天线；如果所述当前位置在所述最佳天线切换位置内，则进入下一步骤；否则返回步骤S2；S4：执行所述通信终端的定向天线的切换。本发明不需要对现有网络进行改动，仅改变通信终端的结构，即可实现使得用户只通过一个定向天线与服务小区进行数据交换，而无法与非服务小区进行数据交换，保证了频谱利用率的同时有效抑制带状覆盖小区的同频干扰问题。

Description

一种基于位置信息的同频干扰抑制方法及通信终端

技术领域

本发明涉及一种基于位置信息的同频干扰抑制方法，同时也涉及使用该基于位置信息的同频干扰抑制方法的通信终端，属于通信技术领域。

背景技术

所谓同频干扰，即当无用信号和有用信号使用相同的载频时，无用信号对接收同频有用信号的接收机造成的干扰。针对小区制通信系统，为了提高频率的利用率，增加系统的容量，一般采用频率复用的方式实现数据传输。这就导致在供应商覆盖的服务区域内，存在着很多使用同一频率的小地理区域，因此小地理区域就被称为同频小区。而这些同频小区之间产生的干扰就被称为同频干扰。当前我国的通信系统一般都采用频率复用的技术，以增加频谱的效率。当小地理区域不断地分裂，使得基站的服务区不断被缩小，同频复用的系数不断增加，大量的同频干扰就会取代人为噪声及其它的干扰，成为对小区制通信系统最主要的约束。这时候，移动无线电环境就会由过去的噪声受限环境转变为干扰受限环境。

在铁路、公路、海岸等场景中，小区常常采用带状覆盖方式。如铁路场景中的LTE-R系统，该系统为带状覆盖，多采用同频组网模式，这是一种灵活的组网方式，不需要对频谱进行规划。同频组网的方式使频率复用系数为1或者接近于1，从而有效地提升了频谱利用率。然而，两个相邻小区之间的通信用户在与基站进行通信时使用相同的频谱资源，会让使用该频谱资源的用户受到严重的小区间干扰。因此，带状覆盖小区同频组网提升系统频谱利用率的同时也随之引入同频干扰问题也亟待解决。

目前，抑制LTE-R系统小区间同频干扰的办法主要为部分频率方案以及软频率复用方案，这两种方案具有部署灵活简单，抗干扰效果明显的优点，但都有频谱资源利用不充分的缺点。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种基于位置信息的同频干扰抑制方法。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种使用基于位置信息的同频干扰抑制方法的通信终端。

为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于位置信息的同频干扰抑制方法，包括如下步骤：

S1：根据全线场强覆盖测试数据、服务质量测试数据，预先确定最佳天线切换位置；

S2：测算通信终端的当前位置；

S3：根据所述当前位置与所述最佳天线切换位置来判断是否切换定向天线；如果所述当前位置在所述最佳天线切换位置内，则进入下一步骤；否则返回步骤S2；

S4：执行所述通信终端的定向天线的切换。

其中较优地，判断所述通信终端的当前位置是否在最佳天线切换位置内，是基于通信终端所在的经度和纬度来判断，如果通信终端的当前位置的经度X1和纬度Y1均在最佳天线切换位置的经度范围X和纬度范围Y内则判断为所述通信终端的当前位置与最佳天线切换位置内。

其中较优地，根据所述通信终端的运行速度以及所述通信终端的当前位置，预先判断所述通信终端的当前位置是否在最佳天线切换位置内。

其中较优地，发生同频干扰的干扰区域仅出现在小区边缘，并且该干扰区域呈带状不连续分布。

一种通信终端，包括控制端、两个定向天线及对应于每个定向天线分别设置的切换端；所述控制端分别与所述切换端连接，每个所述切换端与对应的所述定向天线连接；

所述控制端使用如前述的基于位置信息的同频干扰抑制方法来控制所述定向天线的切换。

其中较优地，所述控制端，获得所述通信终端的运行过程中的车载应答器传递的当前位置信息，并根据所述当前位置信息，以判断是否选择相应的定向天线进行切换。

其中较优地，所述两个定向天线被配置为：在与所述通信终端的行进方向垂直的平面内，其中一个定向天线的主瓣与行进方向夹角约25-50°；另一个定向天线的主瓣与行进方向夹角约145-115°。

其中较优地，所述两个定向天线被配置为：在与所述通信终端的行进方向垂直的平面内，所述两个定向天线的主瓣互相垂直，并且一个朝向行进方向的前方；另一个朝向行进方向的后方。

其中较优地，所述切换端采用可调衰减器实现，所述控制端控制所述可调衰减器调至最大，以关闭与所述可调衰减器连接的天线所在的通信通路，所述控制端控制可调衰减器调至最小，以通过与所述可调衰减器连接的天线实现数据的收发。

本发明具有以下技术优势：1）不需要对现有网络进行改动，仅改变通信终端本身的结构，就能实现同频干扰抑制，因此成本低，可靠性高；2）本发明采用的通信终端包括两个定向天线、用于控制天线的软件无线电模块及其可调衰减器，设备结构简单，成本低，具有广泛应用前景；3）根据车载应答器获得的位置信息，判断是否选择相应的天线进行切换，使得用户只通过一个定向天线与服务小区进行数据交换，而无法与非服务小区进行数据交换，提高频谱利用率的同时有效抑制带状覆盖小区的同频干扰问题。

附图说明

图1为带状覆盖小区的基站分布示意图；

图2为本发明实施例提供的同频干扰抑制方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的通信终端进行定向天线切换的示意图；

图4为本发明实施例提供的通信终端的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容做进一步的详细说明。

为了解决带状覆盖小区同频组网提升系统频谱利用率的同时随之引入的同频干扰问题，如图1所示，本发明提供一种基于位置信息的同频干扰抑制方法，应用于如图4所示的通信终端10。通信终端10包括控制端15和两个天线12A和12B。

本发明的基于位置信息的同频干扰抑制方法包括如下步骤：

步骤S1：预先确定最佳天线切换位置。

由于各个基站覆盖的小区呈带状分布，例如沿铁路、海岸线分布，所以相邻小区发生同频干扰的区域（简称为：干扰区域）仅出现在小区边缘，并且该干扰区域呈带状不连续分布。因此，利用对全线场强覆盖测试以及全线服务质量测试，就可以基于测试后的数据确定最佳天线切换位置。

该最佳天线切换位置位于干扰区域内，并且具有确定的经度和纬度范围，作为天线切换位置范围。在该最佳天线切换位置，待切换基站的参考信号功率（RSRP）大于-105dBm。最佳天线切换位置是由经度范围和纬度范围构成的位置区域（例如东经112°20′至东经112°40′并且北纬39°56′至39°57′之间的区域，以下称为经度范围X和纬度范围Y），从待切换基站的参考信号功率（RSRP）大于-105dBm到当前服务基站的参考信号功率（RSRP）小于-105dBm止。在最佳天线切换位置内，执行通信基站的切换以确保通信质量。

步骤S2：对通信终端的当前位置进行测算

控制端通过车载应答器读取沿线定位参考应答器（简称LRBG）信息，就可以实现对通信终端的当前位置进行测算。以图1所示铁路场景中的LTE-R系统为例，用户与某一服务小区进行数据交互时，通过位于列车11上的通信终端10，选择与该服务小区的基站对应的天线12，并且从该基站获得下行信号。然后对该下行信号进行解调，得到基站发送的数据。之后，通信终端10根据所接收的来自基站的数据，通过通信终端的定向天线12，向对应的基站发送上行信号，以便基站解调上行信号后，得到通信终端10反馈的数据。

由于用户在与某一服务小区进行数据交互的过程中一直随着列车处于移动的状态，也就是说用户不是原地不动的站在一个位置上实现与某一服务小区进行数据交互。如图1中所示，天线12随着列车11的行进而沿着道路移动。那么，用户与某一服务小区进行数据交互时，通信终端10选择与某一服务小区的基站对应的天线与基站实现数据交互，在该天线与基站之间建立通信通路。

随着用户的移动，通信终端10的控制端15会利用通信数据得到当前的位置信息。因此，在用户移动的过程中，图3所示通信终端10中的控制端15通过车载应答器的通信数据来实时获取位置点的经度和纬度。其中，控制端15可以采用软件无线电模块(简称软件无线电)实现。

可选的，通信终端10的每一个天线12可以采用定向天线。该定向天线具有指向性，仅在一个或多个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而在其它方向上发射及接收电磁波则为零或极小。例如，该定向天线的前后比，即定向天线前后功率增益的比值大于35分贝；该定向天线的旁瓣比大于26分贝。如图3所示，两个定向天线12设置在通信终端10内，并被配置为：在与通信终端10的行进方向垂直的平面内，一个定向天线12A的主瓣与行进方向夹角约25-50°，优选为45°；另一个定向天线12B的主瓣与行进方向夹角约145-115°，优选为135°，这样使得两个定向天线分别指向通信终端的行进方向的前方和后方。优选的是，在与通信终端10的行进方向垂直的平面内，两个定向天线12的主瓣互相垂直，并且一个朝向行进方向的前方；另一个朝向行进方向的后方。前述夹角范围可以根据道路两侧的基站布局情况而调整。以铁路为例，基站通常设置在道路两侧30-50米以内，因此前述定向天线的指向性可以保证位于列车上的两个定向天线能够以较高的通信质量与道路沿线的基站之间进行通信，并且两个定向天线之间没有强干扰。

这样，设置定向天线的好处是，在用户移动的过程中，保证每个定向天线仅向该天线方向的基站接收下行信号或发送上行信号。这是因为基站是沿铁路呈带状分布，所以相邻两基站位于通信终端10的行进方向的前面和后面（相对通信终端的前进方向而言）。

步骤S3: 判断通信终端的当前位置是否进入最佳天线切换位置，以决定是否切换定向天线。

将控制端获得的通信终端的当前位置，与预先设定的最佳天线切换位置进行比较，确定是否选择相应的天线进行切换。具体的说，如图3所示，当控制端得到的通信终端当前位置与最佳天线切换位置一致时，控制端控制将当前进行数据收发的天线切换至另一个天线进行数据收发，从而通过另一个天线与同一个服务小区进行数据交互。在此，通信终端当前位置与最佳天线切换位置是否一致，是基于通信终端所在的经度和纬度来判断。如果通信终端的当前位置的经度X1和纬度Y1均在最佳天线切换位置的经度范围X和纬度范围Y内（即X1∈X且Y1∈Y），则进入下一步骤S4执行定向天线的切换。

如图3所示，当控制端获得的位置信息不在最佳天线切换位置时，说明用户未移动到小区的边缘，因此不需要从当前数据收发的天线切换至另一个天线，用户继续与当前服务小区进行数据交互。也就是说，用户不需要从当前服务小区切换至另一个服务小区进行数据交互，继续通过控制端获得当前位置（执行步骤S2）。该过程同样只通过一个定向天线与服务小区进行数据交换，而无法与非服务小区进行数据交换，有效降低了来自非服务小区对用户的同频干扰。

步骤S4：执行定向天线的切换。

在步骤S3中，根据通信终端的当前位置判断出通信终端已行进到最佳天线切换位置的范围内时，或者即将进入该范围内时，控制端就发出天线切换信息，使得两个定向天线进行切换。

如图3所示，当控制端获得的位置信息与确定的最佳天线切换位置时候，说明用户移动到小区边缘，需要进行越区切换，此时需要从当前数据收发的天线切换至另一个天线，以实现用户与下一个服务小区进行数据交互，并继续通过控制端获得位置信息（执行步骤S2）。该过程也保证了只通过一个定向天线与服务小区进行数据交换，而无法与非服务小区进行数据交换，有效降低了来自非服务小区对用户的同频干扰。

下面结合附图说明本发明提供的使用基于位置信息的同频干扰抑制方法的通信终端。

此外，如图3和图4所示，本发明还提供了一种通信终端10，其包括控制端15、至少两个定向天线及与定向天线一一连接的切换端13A或13B。控制端15与所有切换端13A或13B连接，每个切换端13A或13B与对应的一个定向天线12A或12B连接。

控制端15，用于获得当前列车所在位置，并根据当前位置与最佳切换位置作比较，判断是否控制切换端13A或13B，以选择相应的天线进行切换。

具体的说，控制端15可以采用软件无线电模块(简称软件无线电)实现，通过软件无线电模块实现对列车的位置信息进行实时监测，以获得列车当前的位置信息。

控制端将获得的通信终端的当前位置与最佳切换位置信息进行比较，确定是否选择相应的天线进行切换。当控制端判断出其获得的通信终端的当前位置与最佳切换天线位置一致时，控制端控制与当前定向天线12A连接的第一切换端13A，以关闭当前通信通路；并控制与另一个定向天线12B连接的第二切换端13B，以使得通信终端10通过另一个定向天线与同一个服务小区进行数据交互。其中，切换端可以采用可调衰减器实现，通过控制端来控制可调衰减器使其调至最大，就可以关闭与该可调衰减器连接的天线所在的通信通路；控制端控制可调衰减器使其调至最小，就可以使得与该可调衰减器连接的天线实现数据的收发。并且，控制端在通信中就可以获得用户通信过程中的参考信号接收功率。

当控制端获得的当前位置与最佳切换天线位置不一致时，说明用户未移动到小区的边缘，用户继续与当前服务小区进行数据交互，不需要进行越区切换，继续通过控制端获得用户通信过程中的参考信号接收功率。

本发明所提供的基于位置信息的同频干扰抑制方法及相应的通信终端，具有以下技术优势：1）不需要对现有网络进行改动，仅改变通信终端本身的结构，就能实现同频干扰抑制，因此成本低，可靠性高；2）本发明采用的通信终端包括两个定向天线、用于控制天线的软件无线电模块及其可调衰减器，设备结构简单，成本低，具有广泛应用前景；3）根据车载应答器获得的位置信息，判断是否选择相应的天线进行切换，使得用户只通过一个定向天线与服务小区进行数据交换，而无法与非服务小区进行数据交换，提高频谱利用率的同时有效抑制带状覆盖小区的同频干扰问题。

以上对本发明的技术方案进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本发明专利权的保护范围。

Claims

1.一种基于位置信息的同频干扰抑制方法，其特征在于包括如下步骤：

S2：测算通信终端的当前位置；

S4：执行所述通信终端的定向天线的切换。

2.如权利要求1所述的同频干扰抑制方法，其特征在于：

判断所述通信终端的当前位置是否在最佳天线切换位置内，是基于通信终端所在的经度和纬度来判断，如果通信终端的当前位置的经度X1和纬度Y1均在最佳天线切换位置的经度范围X和纬度范围Y内则判断为所述通信终端的当前位置与最佳天线切换位置内。

3.如权利要求2所述的同频干扰抑制方法，其特征在于：

根据所述通信终端的运行速度以及所述通信终端的当前位置，预先判断所述通信终端的当前位置是否在最佳天线切换位置内。

4.如权利要求3所述的同频干扰抑制方法，其特征在于：

发生同频干扰的干扰区域仅出现在小区边缘，并且该干扰区域呈带状不连续分布。

5.一种通信终端，其特征在于包括控制端、两个定向天线及对应于每个定向天线分别设置的切换端；所述控制端分别与所述切换端连接，每个所述切换端与对应的所述定向天线连接；

所述控制端使用如权利要求1-4中任一项所述的基于位置信息的同频干扰抑制方法来控制所述定向天线的切换。

6.如权利要求5所述的通信终端，其特征在于：

所述控制端，获得所述通信终端的运行过程中的车载应答器传递的当前位置信息，并根据所述当前位置信息，以判断是否选择相应的定向天线进行切换。

7.如权利要求6所述的通信终端，其特征在于：

所述两个定向天线被配置为：在与所述通信终端的行进方向垂直的平面内，其中一个定向天线的主瓣与行进方向夹角约25-50°；另一个定向天线的主瓣与行进方向夹角约145-115°。

8.如权利要求7所述的通信终端，其特征在于：

所述两个定向天线被配置为：在与所述通信终端的行进方向垂直的平面内，所述两个定向天线的主瓣互相垂直，并且一个朝向行进方向的前方；另一个朝向行进方向的后方。

9.如权利要求7所述的通信终端，其特征在于：

所述切换端采用可调衰减器实现，所述控制端控制所述可调衰减器调至最大，以关闭与所述可调衰减器连接的天线所在的通信通路，所述控制端控制可调衰减器调至最小，以通过与所述可调衰减器连接的天线实现数据的收发。