轨道交通场景MIMO信道特性分析与性能评估

发布时间：2020-11-21 23:02

　　 当前以高速铁路和城市轨道交通为代表的轨道交通得到了飞速发展。高速铁路正在向智能铁路“Smart Rail Mobility”方向发展。构建超高速率、高可靠低时延、无缝的通信连接,实现地面基础设施、列车、乘客和货物的广泛互联,是实现智能铁路的关键因素。而信道特性是无线通信研究不可或缺的内容。本论文针对轨道交通典型场景(包括高架桥、隧道和列车车厢),采用射线追踪技术,研究电波传播与无线信道特性,包括路径损耗、阴影衰落、多径和空间色散等,分析MIMO系统性能,为轨道交通场景无线通信网络部署提供建议。本论文的主要内容如下:(1)针对高架桥场景,基于修正的SFNMIMO信道模型,针对列车移动过程中不同位置信道特性非平稳造成的系统性能差异化的问题,分析天线阵列类型、阵元间距、旋转角度等因素对MIMO系统性能的影响机理,研究提出对于2天线阵列,垂直铁轨放置的线性阵列可获得更好的系统性能,对于4天线阵列,具有最佳旋转角arctan(l/3)的圆形阵列较优,相比线性阵列可带来9 dB的增益(达到饱和吞吐量的最低SNR降低9 dB)。(2)针对隧道场景,基于射线追踪技术分析了泄漏电缆覆盖条件下的电波传播和无线信道特性,得出以下结论:隧道场景中无线信道基本可认为广义平稳,且不同隧道横截面的无线信道特性较为相似,可采用普适性的信道模型;当采用SISO系统时,建议漏缆与车体同高,保证直射径的存在,降低损耗和时延;当采用MIMO系统时,平行放置的漏缆间距应大于0.6 m。(3)针对列车车厢内场景,基于射线追踪技术分析了电波传播和无线信道特性,提出车载中继天线阵列应垂直铁轨方向放置,可实现较低的空间相关性,从而提升MIMO系统增益。本论文的研究成果可以为轨道交通场景公网和专网关键技术研究和实际网络部署提供参考。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.5;U285.2
【部分图文】：

??地下的方式解决地势地形的差异造成的轨道起伏，如图２－１所示。高架桥的建设带??来了诸多优势：保证线路的平直，满足３５０ｋｍ／ｈ以上的行驶速度安全需要；避免??线路沉降，深达六七十米的粧基可以有效地避免线路沉降造成的行驶颠簸；节省??土地资源，避免异物侵入界限，实现桥上行车，桥下耕作或其他建筑路途。高架??桥通常高出地面十几米或几十米，传播环境较少遮挡物。但桥面上存在一些散射??物，如铁轨、排水沟和电线架等，会造成电波的散射［４６］。??图２－１高架桥场景??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｖｉａｄｕｃｔ?ｓｃｅｎａｒｉｏ??２．１．２隧道场景??隧道场景是轨道交通场景之一，特别是在市区和多山峦丘陵地区。采用泄漏??电缆悬挂在隧道侧壁的方式，均匀开槽实现电波的辐射，如图２－２所示。隧道建设??的横截面通常有矩形、圆形、马蹄形和拱形

图２－１高架桥场景??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｖｉａｄｕｃｔ?ｓｃｅｎａｒｉｏ??道场景??景是轨道交通场景之一，特别是在市区和多山峦丘陵地区。隧道侧壁的方式，均匀开槽实现电波的辐射，如图２－２所示。常有矩形、圆形、马蹄形和拱形，且有单线和双线两种类型

北京交通大学硕士学位论文厢场景??接通过基站与移动终端进行通信，车体的屏蔽造成高达２０?ｄＢ盖性能。在列车顶部安装外置天线接收基站的信号，然后通过信号转发，即采用中继通信方式，可以明显改善车厢内的信号能，因此成为当前公网ＬＴＥ和５Ｇ等系统极有可能采用的覆盖方组也将这种覆盖场景列入高速铁路标准场景之一。??
【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 方旭明;崔亚平;闫莉;宋昊;;高速铁路移动通信系统关键技术的演进与发展[J];电子与信息学报;2015年01期

2 刘留;陶成;邱佳慧;陈后金;;高速铁路平原场景无线信道小尺度衰落特征的研究[J];铁道学报;2012年05期

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1 逯静辉;高速铁路无线信道特性研究[D];北京交通大学;2013年

相关硕士学位论文 前2条

1 张瑜;高速铁路宽带无线信道特性分析与仿真方法研究[D];北京交通大学;2017年

2 马占书;高速铁路高架桥场景下无线通信信道建模与研究[D];兰州交通大学;2017年

本文编号：2893736