地下轨道交通隧道场景中列车车体对无线信道特性影响的研究
发布时间：2021-02-03 14:34
近年来,地下轨道交通凭借其安全便捷的突出优势,逐渐成为缓解城市交通拥堵问题的最佳方案。作为智慧交通的关键,通信系统是保障轨道交通正常运营调度、状态监控和高质量乘客信息服务等业务能力的重要环节。如此多样化的业务需求不断地挑战着无线通信系统的设计研究。无线信道建模是无线通信系统设计的基础,准确认知信道中无线电波的传播特性对研究设计更高性能的通信系统至关重要。在此背景下,本文针对拥有列车车体存在的地下轨道交通隧道场景,展开无线信道特性的深入研究。应用与实测对比验证的射线跟踪仿真方法,仿真研究采用中继覆盖的通信方式,车-地和车内通信信道中无线电波的传播特性。（1）在车-地通信信道中,通过改变收发天线位置、载波频率等条件,对比分析得到:地下轨道交通隧道场景中,载频选在40GHz与1.4GHz相比,接收信号要经历更多衰减,路径损耗会随着收发天线间距的增加波动更为剧烈,高阶反射径的衰减速度更快,不同的多径信号经历的传播路径损耗区别更加明显。（2）在车-地通信信道中,对比列车车体加入前后无线电波传播的大小尺度衰落结果。发现列车车体对信号传播的路径损耗改变不明显,而对均方根（Root Mean Squa...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?２种介质间计算反射和透射系数示意图：（ａ）垂直极化（ｂ）平行极化??
线电波波长的相互作用体的平滑表面建模成反射面。在实际的传播环境中，还有??很多表面粗糙的、形状不规则的作用体，比如亭台、楼宇、树木等，由于散射的??存在将会产生不同的传播效果，如图２－２所示。当无线电波入射到如图２－２?（ｂ）中??所示比较粗糙的相互作用体表面时，将会同时发生散射现象，此时无线电波的传??播能量将可能散布于任何方向，导致接收机位置接收到的信号能量超出单独绕射??和反射模型预测的结果，接收到的信号强度也要强于两种模型的预测。与反射和??绕射现象相比，无线电波传播过程中发生的散射现象更为复杂，也更加难以预测。??镜面反射?镜面反射??光滑表面?粗糙表面??⑷?（ｂ）??图２＿２反射和散射示意图：（ａ）镜面反射（ｂ）镜面反射和散射??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ：?（ａ）?Ｓｐｅｃｕｌａｒ?ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ??（ｂ）?Ｓｐｅｃｕｌａｒ?ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ??１０??
．有别于任何开阔的地上传播环境，地下轨道交通隧道场景是一个狭长受限空??间。受到隧道的形状、曲率半径、截面积，隧道壁的粗糙度、倾斜度，以及收发??天线的极化方式，发送信号的频率，列车车体，车站，人流等诸多因素的综合影??响，无线电波在地下轨道交通隧道场景中的传播特性也会明显区别于地面上的传??播环境。在地下轨道交通隧道场景中，无线电波除了通过直射径到达接收端，还??会受到隧道壁及隧道中的反射物体的多次反射，这就造成接收端接收到的无线电??波经历严重的多径衰落。如果隧道是弯曲结构，还会引起额外损耗。与其他地上??传播环境相比，地下轨道交通隧道场景中无线电波传播的特殊性主要体现在［６，２８］：??（１）环境多样。地下轨道交通隧道场景中环境丰富多变，转换频繁。在地下??轨道交通中列车运行时，可能会频繁切换环境，如直道与弯道、车站与隧道、单??双轨隧道等，而且不同曲率半径的弯道，不同截面形状（拱形、矩形、马蹄形，??如图２－３所示）或者截面积的直隧道也是不一样的［２８］。这么多环境的变化给信道??的测量带来了极大困难，对信道建模方法的选取提出较大挑战。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年中国城市轨道交通运营线路统计和分析——中国城市轨道交通“年报快递”之五[J]. 王有发,杨照,庞瑾. 城市轨道交通研究. 2018(01)
[2]隧道环境下无线信道特性分析[J]. 孙溶辰,宋坤,陶成,刘留,谈振辉,汤斌. 铁道学报. 2017(02)
[3]无线信道建模方法综述[J]. 朱春华,姚金魁,杨铁军. 无线互联科技. 2015(16)
[4]高速铁路专用通信信道电波传播特性[J]. 单秦,闻映红,李滟. 中国铁道科学. 2013(02)
[5]圆形隧道中电磁波的传输特性[J]. 孙继平,张长森. 电波科学学报. 2003(04)
博士论文
[1]隧道场景无线自由波信道测量、特性分析和建模研究[D]. 孙溶辰.北京交通大学 2018
[2]高速铁路无线信道传播特性、建模与测量方法研究[D]. 周涛.北京交通大学 2016
[3]地铁隧道环境毫米波传播特性的研究[D]. 贾明华.上海大学 2010
硕士论文
[1]隧道环境下无线信道特性仿真分析[D]. 宋坤.北京交通大学 2017
[2]基于射线跟踪法的隧道无线信道特性研究[D]. 由明昕.北京交通大学 2016
[3]受限空间环境无线信道理论建模与仿真方法[D]. 张嘉驰.北京交通大学 2016
[4]60GHz毫米波无线信道传输特性研究[D]. 刘盛尧.华北电力大学 2015
[5]隧道环境下无线信道建模和容量分析[D]. 张静.北京交通大学 2014
[6]基于射线追踪法的3D无线信道研究与仿真[D]. 余鑫.北京邮电大学 2014
本文编号：3016674
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?２种介质间计算反射和透射系数示意图：（ａ）垂直极化（ｂ）平行极化??
线电波波长的相互作用体的平滑表面建模成反射面。在实际的传播环境中，还有??很多表面粗糙的、形状不规则的作用体，比如亭台、楼宇、树木等，由于散射的??存在将会产生不同的传播效果，如图２－２所示。当无线电波入射到如图２－２?（ｂ）中??所示比较粗糙的相互作用体表面时，将会同时发生散射现象，此时无线电波的传??播能量将可能散布于任何方向，导致接收机位置接收到的信号能量超出单独绕射??和反射模型预测的结果，接收到的信号强度也要强于两种模型的预测。与反射和??绕射现象相比，无线电波传播过程中发生的散射现象更为复杂，也更加难以预测。??镜面反射?镜面反射??光滑表面?粗糙表面??⑷?（ｂ）??图２＿２反射和散射示意图：（ａ）镜面反射（ｂ）镜面反射和散射??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ：?（ａ）?Ｓｐｅｃｕｌａｒ?ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ??（ｂ）?Ｓｐｅｃｕｌａｒ?ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ??１０??
．有别于任何开阔的地上传播环境，地下轨道交通隧道场景是一个狭长受限空??间。受到隧道的形状、曲率半径、截面积，隧道壁的粗糙度、倾斜度，以及收发??天线的极化方式，发送信号的频率，列车车体，车站，人流等诸多因素的综合影??响，无线电波在地下轨道交通隧道场景中的传播特性也会明显区别于地面上的传??播环境。在地下轨道交通隧道场景中，无线电波除了通过直射径到达接收端，还??会受到隧道壁及隧道中的反射物体的多次反射，这就造成接收端接收到的无线电??波经历严重的多径衰落。如果隧道是弯曲结构，还会引起额外损耗。与其他地上??传播环境相比，地下轨道交通隧道场景中无线电波传播的特殊性主要体现在［６，２８］：??（１）环境多样。地下轨道交通隧道场景中环境丰富多变，转换频繁。在地下??轨道交通中列车运行时，可能会频繁切换环境，如直道与弯道、车站与隧道、单??双轨隧道等，而且不同曲率半径的弯道，不同截面形状（拱形、矩形、马蹄形，??如图２－３所示）或者截面积的直隧道也是不一样的［２８］。这么多环境的变化给信道??的测量带来了极大困难，对信道建模方法的选取提出较大挑战。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年中国城市轨道交通运营线路统计和分析——中国城市轨道交通“年报快递”之五[J]. 王有发,杨照,庞瑾. 城市轨道交通研究. 2018(01)
[2]隧道环境下无线信道特性分析[J]. 孙溶辰,宋坤,陶成,刘留,谈振辉,汤斌. 铁道学报. 2017(02)
[3]无线信道建模方法综述[J]. 朱春华,姚金魁,杨铁军. 无线互联科技. 2015(16)
[4]高速铁路专用通信信道电波传播特性[J]. 单秦,闻映红,李滟. 中国铁道科学. 2013(02)
[5]圆形隧道中电磁波的传输特性[J]. 孙继平,张长森. 电波科学学报. 2003(04)
博士论文
[1]隧道场景无线自由波信道测量、特性分析和建模研究[D]. 孙溶辰.北京交通大学 2018
[2]高速铁路无线信道传播特性、建模与测量方法研究[D]. 周涛.北京交通大学 2016
[3]地铁隧道环境毫米波传播特性的研究[D]. 贾明华.上海大学 2010
硕士论文
[1]隧道环境下无线信道特性仿真分析[D]. 宋坤.北京交通大学 2017
[2]基于射线跟踪法的隧道无线信道特性研究[D]. 由明昕.北京交通大学 2016
[3]受限空间环境无线信道理论建模与仿真方法[D]. 张嘉驰.北京交通大学 2016
[4]60GHz毫米波无线信道传输特性研究[D]. 刘盛尧.华北电力大学 2015
[5]隧道环境下无线信道建模和容量分析[D]. 张静.北京交通大学 2014
[6]基于射线追踪法的3D无线信道研究与仿真[D]. 余鑫.北京邮电大学 2014
本文编号：3016674
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