隧道环境下无线信道建模和容量分析

发布时间：2019-10-07 20:40

【摘要】：信息时代人们对随时随地可靠通信的要求越来越高,无线通信是实现这一目标的重要方式。轨道交通隧道环境已经是一种不可忽略的通信环境,且它与陆上移动通信显著不同,需要对其无线信道特性进行研究。本文首先详细介绍了隧道中无线电波传播的方式和无线信道建模的主要方法,并且重点介绍了几种常见的射线跟踪法。然后,本文基于入射及反弹射线法提出一种改进的射线跟踪法,能够对隧道环境中无线信道特性高效地仿真,降低了射线跟踪的计算复杂度,同时采用一种新方法描述弯道的几何形状,便于对弯道部分进行射线跟踪。通过对比矩形隧道中不同测试场景下镜像法和改进算法的仿真结果验证了改进算法的有效性,并比较了仿真方法改进前后的求交次数,验证了改进算法的高效性。其次,本文采用仿真算法对北京地铁14号线大瓦窑至郭庄子段进行仿真,分别得到了直道和弯道环境下的路径损耗、K因子、功率时延谱等仿真结果,对隧道中的无线信道特性进行分析。直道和弯道中路径损耗的仿真结果与实测结果基本一致。此外,本文首次对隧道中的累积干扰进行仿真分析。最后,本文采用射线跟踪实现了MIMO信道的容量仿真,仿真了不同天线数及不同天线间隔情况下的信道容量,并观察到了隧道环境中的孔径效应。
【图文】：

射线,障碍物,接收点,球半径

在跟踪过程中，射线管的行为和射线也不完全相同。考虑在发射点和接收点之间靠近接收点的位置有一个障碍物面，如图2-7所示。射线管的跟踪没有问题，射线管从Tx出发，直到与障碍物的面相交，如图2-7 (a)所示，但对于射线跟踪，从Tx发射的射线和障碍物表面相交后，由于距离Rx较近，算法将根据接收球原理对射线和Rx之间的距离和接收球半径进行比较，判决射线能否到达接收点。如果接收球半径太大，就会接收到实际不能到达接收点的射线，如图2-7 (b)所示。然而

施工图,地铁,隧道环境,环境

4.1仿真实例实测中的地铁隧道环境如图4-1所示。用射线跟踪法对环境进行几何建模的时候主要考虑环境中的平面或曲面，从这个角度来说，隧道环境是一个简单的环境，因为柂道走向固定，形状固定，用来进行相交测试的面数量很少，但实际上隧道环境是一个很复杂的环境，从图4-1中可以看到，柂道底面有铁轨，轨道两侧有凹槽，隧道右面侧壁有一个预防紧急事故的疏散平台，柂道侧壁上海架设有用来固定各种电缆的金属架、黑色管道及照明设施等。柂道的施工图给出隧道的底面中心处的高为5.3 m，最宽的地方为5.18 m。图4-1地铁柂道内部场景Figure 4-1 The Interior Scene of Subway Tunnel实际测量中大瓦窗至郭庄子段的地铁柂道平面示意图如图4-2所示,地铁14号线为双车道
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U453.7;TN929.5

【参考文献】