隧道环境下基于传播图理论的信道建模与仿真方法研究

发布时间：2017-12-10 16:18

  本文关键词：隧道环境下基于传播图理论的信道建模与仿真方法研究

  更多相关文章： 地铁环境 几何分割法 能见度矩阵 容量分析 角度分析

【摘要】：地铁是大众出行选择的重要交通工具之一。研究地铁运行环境的无线信道特性、建立可靠的通信系统能为地铁高效运行保驾护航。本文针对地铁隧道场景引入传播图理论建模方法,并对地铁隧道无线环境进行建模仿真。首先,本文介绍了已知几何尺寸的无线环境适用传播图理论建模。隧道环境结构简单,几何尺寸较好确认,适合传播图理论建模。传播图理论的主要思想是将信号传递过程用点和边的关系进行描述。传统图论的点只分为三类：发射天线、接收天线和散射物体,在引入地铁环境前需要进行适当地改造。其次,本文针对隧道环境的特点,对传播图理论的散射物进行适当地划分处理。第一,引入隧道弯道划分的方法,根据隧道弯曲半径和弯曲角度划分隧道弯道。第二,引入隧道壁几何分割方法,根据不同的隧道横截面,将隧道划分成不同的面。第三,引入隧道壁点集合化的方法,根据划分好的隧道壁几何形状,在其面取点,用以表示隧道壁的散射点。第四,引入隧道壁能见度矩阵,根据隧道的几何形状,判断隧道壁上的散射点相互之间是否可见。之后,将原始图论与改造的图论仿真对比,发现改造后的几何分割法对多径信息有更好的表达。接着,本文对中天集团南通隧道中心进行实地测量,该隧道由矩形隧道和拱形隧道构成。通过测量获得信道冲击响应(CIR, Channel Impulse Response)。使用传播图理论对该隧道进行仿真建模获得信道冲击响应。对比两者的信道冲击响应,并进行误差分析,发现几何分割法得到的仿真结果与实际测量值均方根误差在10dB以内。然后使用SAGE(Space-Alternating Generalized EM)算法计算离开角与到达角,比对两者的结果,发现两者结果相近。然后,本文根据地铁建筑国标建立地铁隧道模型,使用传播图理论进行模型仿真。将发射天线置于列车车头顶部,选择列车经过隧道三个典型位置进行研究分析。首先对比三者的能见度矩阵,发现发射天线具有抹消能见度矩阵的作用。接着对比三个位置的相关矩阵,随后计算三个位置所得的离开角和到达角,并进一步计算获得角度扩展,结合相关矩阵分析其特点。最后计算获得三者的信道容量,并对比直道场景处相同收发距离的信道容量,得到在相同收发距离的条件下,弯道的信道容量比直道的信道容量高的结论。对信道矩阵进行了SVD(Singular Value Decomposition)分解,发现信道矩阵出现降秩的情况。最后,本文总结前文的研究成果,并提出传播图理论在隧道环境下的其他研究方向。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U453.7;U231.7

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本文编号：1275137