隧道电波传播的交替方向隐式抛物方程方法

发布时间：2020-09-15 15:15

　　 随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提升,移动用户对无线网络通信质量的要求日益提高,希望在乘坐地铁、火车等交通工具通过隧道时能够使用更稳定的移动通信网络。移动通信运营商在进行隧道无线网络规划时,需要消除信号盲区、优化基站位置来提供可靠的无线通信信道,以上工作的展开都是以电波传播特性的分析为基础。因此针对隧道环境进行电波传播特性研究显得格外重要。 本文以隧道环境GSM-R系统为应用背景,研究了900MHz电磁波在隧道中的传播规律,采用交替方向隐式抛物方程方法(ADI-PE)对隧道内电波传播特性进行了探讨,主要研究内容和创新工作有： 1.对隧道环境下的ADI-PE算法进行了探讨,提出了一种求解矢量抛物方程加载阻抗边界条件的高精度(MF)-ADI-PE新算法。在应用抛物方程方法计算隧道内电场值时,步进面上所有离散网格处电场值均由算法计算得出,从而将ADI-PE算法在步进面上的计算精度从一阶提高至四阶,同时能够维持原有ADI-PE算法的计算效率不变。 2.提出了一种计算隧道内电波覆盖特性的新混合模型,将隧道内无线信道分为三个区域：近场区、多模传播区域和远场区,并在对应的区域内分别利用时域有限差分方法(FDTD)、抛物方程方法(PE)和模式分析方法求解电波传播特性。该混合模型在近场区可以精确求解电场的幅度、相位特性;在多模传播区域利用抛物方程方法快速求解场分布；远场区可以利用少量低阶主导模式快速建模仿真电波传播。 3.提出了路径损耗模型,利用公式快速预测近场区、远场区路径损耗,利用该模型研究了隧道内天线特性对电波传播影响,给出了分界点位置与发射天线特性之间的关系以及电波传播的衰减因子(MAFs)与隧道截面尺寸、天线特性之间的关系,从而为后续天线结构优化提供了依据。 4.利用本文提出的混合模型建模仿真了900MHz和450MHz电波传播特性,仿真结果能够很好地吻合法国中部Massif Central隧道内的实测数据,验证了混合模型的准确性。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TN011
【部分图文】：

很容易通过追赶法求解。如图2-3所示，a)与b)为第一类边界条件的隧道100 m处横截面，由ADI-PE仿真结果与解析解的场分布，C)与d)为第二类边界条件下数值解与已知解析解。由图2-3可以看出距离发射天线100 m位置处，第一类边界、第二类边界条件下数值解均能够与解析解很好地吻合。3.5. ? _ _ ‘ I. - mm 垂 1.23.rWJh 3丨IP 罾r> I2.5 ^ -i「01s 2.5 ? ? ? ； 1o.15|2 _ ? _ r|2_ _ _ ,L1.5 h ‘<^1^ “ ，_0-1 1-5 ‘ 泰 U1冰：}鑮琛！

本文编号：2819129