一种城市轨道交通的车地可靠通信方法及通信系统与流程

1.本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种城市轨道交通的车地可靠通信方法及通信系统。


背景技术：

2.随着现代通信技术发展，城市轨道交通通信系统逐步将网络通信、计算机控制、音视频传输融为一体，同时具备调度指挥、行车控制和数据交换功能。车地通信系统作为城市轨道交通运营控制系统中的重要组成部分，直接关系着行车安全与行车效率，运营监控中心必须准确可靠的获取车辆实时运行状态才能完成对车辆的运行状况全程追踪及故障告警和预警等任务，从而高效地进行运行调度指挥。
3.城市轨道交通车地通信承载的业务主要有语音集群调度系统、cbtc系统、pis系统、车载视频监控系统及其他数据信息传输等。现有的城市轨道交通车地通信技术主要包括wi－fi、lte－m和dvb－t等，近些年也开始出现基于5g网络的车地通信技术。虽然具有一定的可靠性和安全性，但在城市轨道交通的高密度和高速运行环境下仍存在一些问题。例如，wi－fi技术在高密度环境下易受到干扰，信号传输受限；gsm－r技术虽然具有较强的抗干扰能力，但传输带宽难以满足车地通信业务承载的需要；dvb－t虽然传输带宽比较大，覆盖效果好，但能仅用于车地视频传输，也存在着成本高和频率申请的问题。
4.因此，需要提供一种城市轨道的交通车地通信方法及通信系统，以解决现有技术存在的问题。


技术实现要素：

5.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
6.鉴于上述一种城市轨道交通的车地可靠通信方法及通信系统的问题，提出了本发明。
7.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种城市轨道交通的车地可靠通信方法，该方法包括以下步骤：
8.步骤1：车辆向请求地面设备建立通信连接；
9.步骤2：地面设备接收到请求信号后，向车辆发送确认信号，建立通信连接；
10.步骤3：车辆和地面设备之间通过无线电波进行通信，包括传输数据和控制信号，通信过程采用以下技术：
11.a.自适应调制技术，根据通信环境自动调整调制方式和传输速率；
12.b.身份认证技术，对数据进行加密并对数据发送者进行身份认证；
13.c.多路径传输技术，利用多条不同的通信路径进行数据传输；
14.d.信道预测技术，对通信信道进行预测和优化；
15.e.自适应传输功率技术，根据通信距离和信号强度自动调整传输功率。
16.本发明还提供一种城市轨道交通的车地可靠通信系统，包括：
17.车辆通信模块：负责车辆与地面设备之间的通信，包括建立连接、数据传输和控制信号传输等功能；
18.地面设备通信模块：负责地面设备与车辆之间的通信，包括接收请求信号、发送确认信号、数据传输和控制信号传输等功能；
19.调制模块：根据通信环境自动调整调制方式和传输速率，优化通信质量和稳定性；
20.认证模块：对数据进行加密并对数据发送者进行身份认证；
21.传输模块：利用多条不同的通信路径进行数据传输，提高通信的可靠性和鲁棒性；
22.信道预测模块：对通信信道进行预测和优化，提高通信质量和稳定性；
23.自适应传输功率模块：根据通信距离和信号强度自动调整传输功率，提高通信质量和稳定性。
24.作为本发明所述一种城市轨道交通的车地可靠通信系统的一种优选方案，其中：所述车辆通信模块与地面设备通信模块采用无线电波通信，所述调制模块采用自适应调制技术，所述认证模块采用身份认证技术，所述传输模块采用多路径传输技术，所述自适应传输功率模块采用自适应传输功率技术。
25.作为本发明所述一种城市轨道交通的车地可靠通信系统的一种优选方案，其中：所述地面设备包括但不限于基站、中继器。
26.作为本发明所述一种城市轨道交通的车地可靠通信系统的一种优选方案，其中：所述无线电波包括但不限于射频信号、微波信号。
27.作为本发明所述一种城市轨道交通的车地可靠通信系统的一种优选方案，其中：所述自适应调制技术通过自适应算法实现，所述自适应算法为最小均方差算法，其用于根据误差信号的均方差来更新调制参数。
28.需要说明的是：最小均方差算法根据当前的输入信号和期望输出信号，计算出当前的预测输出信号，并将其与实际输出信号之间的误差作为调整滤波器权值的参考，通过不断迭代并调整滤波器的权值，使得预测输出信号与期望输出信号之间的均方误差不断减小，最终达到最优解。
29.作为本发明所述一种城市轨道交通的车地可靠通信系统的一种优选方案，其中：所述身份认证技术通过数字证书、数字签名技术实现，所述数字证书技术用于验证数据发送者身份，其格式为x.509，所述数字签名技术用于验证数据完整性和真实性，其采用rsa算法实现。
30.作为本发明所述一种城市轨道交通的车地可靠通信系统的一种优选方案，其中：所述多路径传输技术采用基于源路由的多路径路由协议和基于tcp协议的多路径传输协议实现。
31.作为本发明所述一种城市轨道交通的车地可靠通信系统的一种优选方案，其中：所述信道预测技术通过最小二乘算法实现，所述最小二乘算法通过对信道状态的线性回归分析实现对信道状态的估计和预测。
32.需要说明的是：最小二乘算法通过收集的历史信道状态和接收信号数据，拟合出用于描述信道状态与接收信号之间的关系的信道模型，从而根据该模型预测未来的信道状
态。
33.作为本发明所述一种城市轨道交通的车地可靠通信系统的一种优选方案，其中：所述自适应传输功率技术通过自适应功率控制算法来实现，所述自适应功率控制算法用于信道条件的变化动态地调整传输功率。
34.本发明的有益效果：采用自适应调制技术、数据加密技术、身份认证技术、多路径传输技术、信道预测技术和自适应传输功率技术等多种技术手段，以提高城市轨道交通车地通信的可靠性、安全性和稳定性，满足城市轨道交通系统对车地通信的高要求。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
36.图1为本发明一种城市轨道交通的车地可靠通信方法及通信系统的流程图。
具体实施方式
37.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
38.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
39.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
40.再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
41.实施例1
42.一种城市轨道交通的车地可靠通信方法，该方法包括以下步骤：
43.步骤1：车辆向请求地面设备建立通信连接；
44.步骤2：地面设备接收到请求信号后，向车辆发送确认信号，建立通信连接；
45.步骤3：车辆和地面设备之间通过无线电波进行通信，包括传输数据和控制信号，通信过程采用以下技术：
46.a.自适应调制技术，根据通信环境自动调整调制方式和传输速率，自适应调制技术通过自适应算法实现，自适应算法为最小均方差算法，其用于根据误差信号的均方差来更新调制参数；
47.b.身份认证技术，对数据进行加密并对数据发送者进行身份认证，身份认证技术通过数字证书、数字签名技术实现，数字证书技术用于验证数据发送者身份，其格式为x.509，数字签名技术用于验证数据完整性和真实性，其采用rsa算法实现；
48.c.多路径传输技术，利用多条不同的通信路径进行数据传输，多路径传输技术采用基于源路由的多路径路由协议和基于tcp协议的多路径传输协议实现；
49.k.信道预测技术，对通信信道进行预测和优化，信道预测技术通过最小二乘算法实现，最小二乘算法通过对信道状态的线性回归分析实现对信道状态的估计和预测；
50.e.自适应传输功率技术，根据通信距离和信号强度自动调整传输功率，自适应传输功率技术通过自适应功率控制算法来实现，自适应功率控制算法用于信道条件的变化动态地调整传输功率。
51.实施例二
52.基于实施例一的一种城市轨道交通的车地可靠通信系统，包括：
53.车辆通信模块：负责车辆与地面设备之间的通信，包括建立连接、数据传输和控制信号传输等功能；
54.地面设备通信模块：负责地面设备与车辆之间的通信，包括接收请求信号、发送确认信号、数据传输和控制信号传输等功能；
55.调制模块：根据通信环境自动调整调制方式和传输速率，优化通信质量和稳定性，调制模块采用自适应调制技术，自适应调制技术通过自适应算法实现，自适应算法为最小均方差算法，其用于根据误差信号的均方差来更新调制参数；
56.认证模块：对数据进行加密并对数据发送者进行身份认证，认证模块采用身份认证技术，身份认证技术通过数字证书、数字签名技术实现，数字证书技术用于验证数据发送者身份，其格式为x.509，数字签名技术用于验证数据完整性和真实性，其采用rsa算法实现；
57.传输模块：利用多条不同的通信路径进行数据传输，提高通信的可靠性和鲁棒性，传输模块采用多路径传输技术，多路径传输技术采用基于源路由的多路径路由协议和基于tcp协议的多路径传输协议实现；
58.信道预测模块：对通信信道进行预测和优化，提高通信质量和稳定性，信道预测模块采用信道预测技术，信道预测技术通过最小二乘算法实现，最小二乘算法通过对信道状态的线性回归分析实现对信道状态的估计和预测；
59.自适应传输功率模块：根据通信距离和信号强度自动调整传输功率，提高通信质量和稳定性，自适应传输功率模块采用自适应传输功率技术，自适应传输功率技术通过自适应功率控制算法来实现，自适应功率控制算法用于信道条件的变化动态地调整传输功率。
60.需要说明的是，地面设备包括但不限于基站、中继器，无线电波包括但不限于射频信号、微波信号。
61.应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种城市轨道交通的车地可靠通信方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：车辆向请求地面设备建立通信连接；步骤2：地面设备接收到请求信号后，向车辆发送确认信号，建立通信连接；步骤3：车辆和地面设备之间通过无线电波进行通信，包括传输数据和控制信号，通信过程采用以下技术：a.自适应调制技术，根据通信环境自动调整调制方式和传输速率；b.身份认证技术，对数据进行加密并对数据发送者进行身份认证；c.多路径传输技术，利用多条不同的通信路径进行数据传输；d.信道预测技术，对通信信道进行预测和优化；e.自适应传输功率技术，根据通信距离和信号强度自动调整传输功率。2.一种城市轨道交通的车地可靠通信系统，其特征在于，包括：车辆通信模块：负责车辆与地面设备之间的通信，包括建立连接、数据传输和控制信号传输等功能；地面设备通信模块：负责地面设备与车辆之间的通信，包括接收请求信号、发送确认信号、数据传输和控制信号传输等功能；调制模块：根据通信环境自动调整调制方式和传输速率，优化通信质量和稳定性；认证模块：对数据进行加密并对数据发送者进行身份认证；传输模块：利用多条不同的通信路径进行数据传输，提高通信的可靠性和鲁棒性；信道预测模块：对通信信道进行预测和优化，提高通信质量和稳定性；自适应传输功率模块：根据通信距离和信号强度自动调整传输功率，提高通信质量和稳定性。3.根据权利要求2所述的一种城市轨道交通的车地可靠通信系统，其特征在于，所述车辆通信模块与地面设备通信模块采用无线电波通信，所述调制模块采用自适应调制技术，所述认证模块采用身份认证技术，所述信道预测模块采用信道预测技术，所述传输模块采用多路径传输技术，所述自适应传输功率模块采用自适应传输功率技术。4.根据权利要求3所述的一种城市轨道交通的车地可靠通信系统，其特征在于：所述地面设备包括但不限于基站、中继器。5.根据权利要求3所述的一种城市轨道交通的车地可靠通信系统，其特征在于：所述无线电波包括但不限于射频信号、微波信号。6.根据权利要求3所述的一种城市轨道交通的车地可靠通信系统，其特征在于：所述自适应调制技术通过自适应算法实现，所述自适应算法为最小均方差算法，其用于根据误差信号的均方差来更新调制参数。7.根据权利要求3所述的一种城市轨道交通的车地可靠通信系统，其特征在于：所述身份认证技术通过数字证书、数字签名技术实现，所述数字证书技术用于验证数据发送者身份，其格式为x.509，所述数字签名技术用于验证数据完整性和真实性，其采用rsa算法实现。8.根据权利要求3所述的一种城市轨道交通的车地可靠通信系统，其特征在于：所述多路径传输技术采用基于源路由的多路径路由协议和基于tcp协议的多路径传输协议实现。9.根据权利要求3所述的一种城市轨道交通的车地可靠通信系统，其特征在于：所述信
道预测技术通过最小二乘算法实现，所述最小二乘算法通过对信道状态的线性回归分析实现对信道状态的估计和预测。10.根据权利要求3所述的一种城市轨道交通的车地可靠通信系统，其特征在于：所述自适应传输功率技术通过自适应功率控制算法来实现，所述自适应功率控制算法用于信道条件的变化动态地调整传输功率。

技术总结
本发明公开了一种城市轨道交通的车地可靠通信方法及通信系统，该方法包括以下步骤：车辆向请求地面设备建立通信连接、地面设备接收到请求信号后，向车辆发送确认信号，建立通信连接、车辆和地面设备之间通过无线电波进行通信，包括传输数据和控制信号，通信过程采用以下技术：自适应调制技术、身份认证技术、多路径传输技术、自适应传输功率技术，其有益效果为：采用自适应调制技术、数据加密技术、身份认证技术、多路径传输技术、信道预测技术和自适应传输功率技术等多种技术手段，以提高城市轨道交通车地通信的可靠性、安全性和稳定性，满足城市轨道交通系统对车地通信的高要求。足城市轨道交通系统对车地通信的高要求。足城市轨道交通系统对车地通信的高要求。


技术研发人员：滑瀚
受保护的技术使用者：南京品淳通信科技有限公司
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/9/20