本文選題：軌道交通　切入點：電波傳播與建模　出處：《北京交通大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：經(jīng)過10多年的發(fā)展,中國已經(jīng)建成了世界上最長里程的高速鐵路網(wǎng),同時具有自主知識產(chǎn)權(quán)的中國高鐵技術(shù)正在日益成熟,高鐵已經(jīng)成為中國軌道交通崛起的名片和代名詞。保障安全是高速鐵路運行中的重中之重,而這要以列車的狀態(tài)信息和控制信息及時地傳輸和交互為基礎(chǔ),因此負責(zé)高鐵信息傳輸?shù)臒o線通信系統(tǒng)的性能就顯得尤為重要。與此同時,隨著高鐵線路覆蓋的日益完善,人們選擇高鐵出行的常態(tài)化,面向旅客的信息化服務(wù)也將提上日程。這些新業(yè)務(wù)對高鐵無線通信系統(tǒng)提出了更高的要求,其不但能夠保證列控信息準確、可靠地傳輸,更需要向旅客提供高速的數(shù)據(jù)通信服務(wù)。因此在新的趨勢下,需要使用新的無線通信技術(shù)。MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)是4G LTE (Long Term Evolution)通信系統(tǒng)的主要物理層技術(shù),可以為系統(tǒng)提供分集與復(fù)用增益。因此將MIMO技術(shù)應(yīng)用到高鐵通信中,可以降低傳輸?shù)恼`碼率,同時提高信道容量。MIMO系統(tǒng)的性能會受到電波傳播環(huán)境和信道的影響,而高鐵這一特殊場景所呈現(xiàn)出的不同電波傳播特性,使得之前的MIMO信道模型無法直接應(yīng)用在高速鐵路上。同時目前針對高速鐵路信道的研究,尤其是影響MIMO性能的信道空間和角度特性的研究還很少。本文在現(xiàn)有高速鐵路窄帶單天線測試數(shù)據(jù)和其特殊場景分析的基礎(chǔ)上,首先分析高鐵信道的時變非平穩(wěn)特性,之后利用半確定MIMO信道建模方法對高速鐵路場景進行信道建模,并分析信道的空間相關(guān)性,同時考慮天線陣列的結(jié)構(gòu)對MIMO信道容量的影響,為高鐵MIMO無線通信系統(tǒng)的設(shè)計和仿真提供依據(jù)。本文的主要工作如下：1)針對列車的高速移動性,利用鄭西高鐵客運專線的窄帶信道測試數(shù)據(jù),采用信號幅度相關(guān)性定義的信道平穩(wěn)區(qū)間,研究不同列車速度、不同場景下的信道平穩(wěn)區(qū)間長度統(tǒng)計特性,并將這一結(jié)果與五種標準MIMO信道模型的平穩(wěn)區(qū)間統(tǒng)計特性作對比,這一對比結(jié)果可以指導(dǎo)高速鐵路場景下無線通信系統(tǒng)的仿真與設(shè)計。2)基于高速鐵路場景的調(diào)研和信道測試,選取了其中的高架橋與路塹場景進行分析,對于這兩種高鐵特色場景使用MIMO半確定性信道建模方法,提出了針對高架橋場景的規(guī)則球形MIMO信道模型,同時根據(jù)高鐵路塹場景的結(jié)構(gòu)特點,提出基于路塹結(jié)構(gòu)的散射體MIMO信道模型。模型中的大尺度參數(shù)基于鄭西高鐵的測試數(shù)據(jù),小尺度信道參數(shù)基于散射體簇的分析,最后利用模型得到這兩種場景下的空間相關(guān)特性。3)針對高速鐵路場景的小區(qū)覆蓋特點,使用包含多種天線參數(shù)的模型,研究多種天線結(jié)構(gòu)對MIMO信道容量的影響。并針對其中的線性陣列,給出其中使信道容量最優(yōu)的方向角度。4)針對目前高速鐵路多天線信道測試所面臨的困難和限制條件,研究多種MIMO信道測試方案在鐵路上的適用性,并根據(jù)高速鐵路場景的特點,綜合了單天線虛擬測試和切換開關(guān)MIMO測試的原理,提出了適用于高速鐵路場景的移動虛擬MIMO測試方案,并給出了單根虛擬天線可以等效天線陣個數(shù)的條件,通過搭建1×3 SIMO (Single-Input Multiple-Output)信道測試平臺以及實際的測試驗證了這一方案的可行性。
[Abstract]:After 10 years of development, China has built the world's longest mileage of high-speed railway network, and has independent intellectual property rights China high iron technology is increasingly mature, high-speed rail has become China rail transit and the rise of the name card synonymous. Safety is the priority among priorities of high-speed railway transport line, and this to be based on the state information and control information of train timely transmission and interaction, so the performance of wireless communication system for high-speed transmission of information is particularly important. At the same time, along with the high-speed rail line coverage has improved, people choose the normalization of high-speed rail travel, information service for travelers will also be put on the agenda the new business has put forward higher requirements for high speed wireless communication system, which can not only ensure the train control information is accurate, reliable transmission, to provide high-speed data communication services to passengers. So in the new trend, need to use the new wireless communication technology.MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) 4G LTE (Long Term Evolution) communication system physical layer technology, can provide diversity and multiplexing gain for the system. So MIMO technology will be applied to the high-speed communication, can reduce the bit error rate, and improve the the performance of the channel capacity of.MIMO system will be affected by the electromagnetic wave propagation environment and channel, and different propagation characteristics of this special scene showing a high iron, the MIMO channel model can not be used directly before in high speed railway. At the same time for the high-speed railway channel research, especially the influence of channel space performance MIMO the characteristics and angle are rare. The paper analyses the existing high-speed railway narrowband single antenna test data and the special scene on the first channel of high speed railway The non-stationary and time-varying characteristics, using semi deterministic MIMO channel modeling method for channel modeling of high-speed railway scene, and analyze the spatial correlation of the channel, considering the impact of the structure of the antenna array on the MIMO channel capacity, for the design and Simulation of high-speed MIMO wireless communication system is to provide the basis. The main works of this paper are as follows: 1 for high speed trains) mobility, using the narrowband channel test data of Zhengzhou-Xi'an high-speed rail passenger line, smooth channel interval by signal amplitude correlation definition, study the different train speed, Xin Daoping stable interval length statistical characteristics under different scenarios, and the stable interval of the statistic results and five standard MIMO channel model for contrast, the contrast results can be.2 simulation and design of wireless communication system under the guidance of high-speed railway scene investigation) and channel of high-speed railway scene test based on Selection Take the viaduct and cut the scene analysis, for the two kinds of characteristics of high iron scene using MIMO semi deterministic channel modeling method, puts forward the rule of spherical MIMO channel model for viaduct scene, at the same time according to the structural characteristics of high railway cut scenes, put forward scattering MIMO channel model based on the structure of large scale cutting. The parameters in the model test data of Zhengzhou-Xi'an high-speed rail based on small scale channel parameter analysis of scatterers based on clusters, and finally get the two scenarios of the spatial correlation characteristics using.3 model) based on high-speed railway scene of small area coverage characteristics, use contain a variety of antenna parameters model, research the influence of antenna structure on MIMO channel capacity. According to the linear array, which gives the channel capacity optimal direction angle.4) aiming at the high-speed railway multi antenna channel test difficulty Constraints and applicability of various MIMO channel test scheme on the railway, and according to the characteristics of high-speed railway scene, the principle of single antenna switch virtual test and MIMO test, the MIMO test scheme for mobile virtual high-speed railway scene, and gives a virtual antenna array can be equivalent to a the number of conditions, by building a 1 x 3 SIMO (Single-Input Multiple-Output) channel test platform and the actual test to verify the feasibility of this scheme.

【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U285

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本文編號：1725764