【摘要】：作為全球智慧交通系統(tǒng)的重要組成部分,軌道交通是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì),促進(jìn)交通便利的重要基礎(chǔ)設(shè)施。軌道交通無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)能夠保障軌道交通運(yùn)營(yíng)安全、高效、舒適,是實(shí)現(xiàn)“智慧出行”的關(guān)鍵所在。軌道交通無(wú)線(xiàn)通信業(yè)務(wù)需求主要包括三大類(lèi):列車(chē)控制與調(diào)度、運(yùn)營(yíng)狀態(tài)監(jiān)控與高清回傳和乘客信息服務(wù)體驗(yàn)。多樣化業(yè)務(wù)需求產(chǎn)生的差異化性能指標(biāo)為軌道交通無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。無(wú)線(xiàn)信道研究是無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。準(zhǔn)確建模無(wú)線(xiàn)信道能夠?yàn)檐壍澜煌o(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)評(píng)估、系統(tǒng)和鏈路級(jí)仿真以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供理論支撐。多鏈路通信指的是在一定空間范圍內(nèi)包含超過(guò)兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行通信的技術(shù)。多鏈路通信可以分為多基站通信和多用戶(hù)通信,多鏈路通信技術(shù)引入到軌道交通無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中可以降低小區(qū)切換頻率、提高數(shù)據(jù)傳輸效率和增大信道容量。因此,在軌道交通多鏈路通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,需要研究適用于軌道交通多鏈路通信的無(wú)線(xiàn)信道測(cè)量方法和建模理論。本文圍繞上述軌道交通三類(lèi)無(wú)線(xiàn)通信業(yè)務(wù)需求開(kāi)展了無(wú)線(xiàn)信道測(cè)量和多鏈路信道建模研究。本文主要工作歸納如下:1)針對(duì)如何測(cè)量軌道交通場(chǎng)景中的無(wú)線(xiàn)信道問(wèn)題,開(kāi)展了面向軌道交通場(chǎng)景的無(wú)線(xiàn)信道測(cè)量方法研究。提出了軌道交通場(chǎng)景中無(wú)線(xiàn)信號(hào)功率的本地均值估計(jì)方法,包括樣本統(tǒng)計(jì)平均區(qū)間上、下邊界推導(dǎo)和采樣樣本個(gè)數(shù)計(jì)算�；诙噍d波技術(shù),設(shè)計(jì)了一種信道測(cè)量信號(hào),通過(guò)軟件無(wú)線(xiàn)電平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了支持并行多天線(xiàn)的信道測(cè)量系統(tǒng),并利用無(wú)線(xiàn)信道仿真儀對(duì)信道測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了校準(zhǔn)和驗(yàn)證。2)針對(duì)如何表征軌道交通遮擋場(chǎng)景中的信道衰落問(wèn)題,開(kāi)展了高速鐵路遮擋場(chǎng)景下的無(wú)線(xiàn)信道衰落建模研究。根據(jù)多重散射電波傳播機(jī)制,建立了二階散射衰落(Second-Order Scattering Fading,SOSF)模型�？紤]遮擋場(chǎng)景的多徑傳播特點(diǎn),引入了“雙瑞利”分布來(lái)描述遮擋場(chǎng)景中的信道衰落特性。利用包含橫跨橋影響的路塹場(chǎng)景中的信道測(cè)量數(shù)據(jù),將SOSF模型進(jìn)行了參數(shù)化分析和仿真實(shí)現(xiàn),討論了不同衰落分布之間的馬爾科夫狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率,并對(duì)SOSF模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證。3)針對(duì)如何描述軌道交通多基站通信場(chǎng)景中的信道相關(guān)特性問(wèn)題,開(kāi)展了城際鐵路多基站通信場(chǎng)景下的無(wú)線(xiàn)信道測(cè)量與建模研究。在城際鐵路高架橋場(chǎng)景中,設(shè)計(jì)實(shí)施了雙基站信道測(cè)量活動(dòng)。根據(jù)實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù),提取了信道大尺度參數(shù)(Large-Scale Parameter,LSP),并對(duì)各個(gè)LSP進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分布建模和相關(guān)性建模�；谝浑A二狀態(tài)馬爾科夫鏈,描述城際鐵路時(shí)變信道的多徑生滅過(guò)程,并根據(jù)抽頭延遲線(xiàn)結(jié)構(gòu)引入了抽頭相關(guān)矩陣,建立了能夠反映多基站信道相關(guān)性的時(shí)變多鏈路信道模型。4)針對(duì)如何度量軌道交通多用戶(hù)通信場(chǎng)景中的信道空間特性問(wèn)題,開(kāi)展了地下鐵路大規(guī)模天線(xiàn)陣列系統(tǒng)中多用戶(hù)通信場(chǎng)景下的無(wú)線(xiàn)信道測(cè)量與建模研究。在地下鐵路站臺(tái)場(chǎng)景中,設(shè)計(jì)實(shí)施了大規(guī)模天線(xiàn)陣列系統(tǒng)的多用戶(hù)信道測(cè)量活動(dòng)。根據(jù)實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù),研究了多用戶(hù)信道的空間相關(guān)性參數(shù)和其指數(shù)變化規(guī)律,探討了影響多用戶(hù)信道空間特性變化的因素。建立了一個(gè)基于相關(guān)矩陣的多用戶(hù)信道模型,并完成了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與信道仿真結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證。
【圖文】：

Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｒａｉｌ邋ｔｒａｆｆｉｃ邋ｗｉｒｅｌｅｓｓ邋ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ邋ｓｅｒｖｉｃｅ邋ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ逡逑高速鐵路系統(tǒng)中的列車(chē)行駛安全至關(guān)重要，列控列調(diào)系統(tǒng)一旦出現(xiàn)信號(hào)中斷，逡逑駕駛員將無(wú)法采用常規(guī)目測(cè)方式正常駕駛列車(chē)，會(huì)導(dǎo)致列車(chē)的緊急制動(dòng)和停逡逑止運(yùn)行。因此，此類(lèi)業(yè)務(wù)的主要特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)可靠性高、端到端時(shí)延低、網(wǎng)絡(luò)逡逑覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)速率低。目前，，ＧＳＭ－Ｒ和ＴＥＴＲＡ系統(tǒng)主要用于承載列車(chē)控逡逑制與調(diào)度業(yè)務(wù)。逡逑２）運(yùn)營(yíng)狀態(tài)監(jiān)控與高清回傳：運(yùn)營(yíng)狀態(tài)監(jiān)控與高清回傳業(yè)務(wù)主要包括鐵路列逡逑車(chē)與地面設(shè)施高清監(jiān)控視頻傳輸和寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及城市軌道交通智能化逡逑調(diào)度和運(yùn)營(yíng)管理等高數(shù)據(jù)速率業(yè)務(wù)。為了保證軌道交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的高效與安逡逑全，需要將列車(chē)關(guān)鍵部件的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、車(chē)內(nèi)駕駛員和設(shè)備的狀態(tài)信息實(shí)時(shí)傳逡逑送到地面運(yùn)營(yíng)中心。此類(lèi)業(yè)務(wù)的主要特點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速率高、系統(tǒng)帶寬要求逡逑大、需滿(mǎn)足列車(chē)高速運(yùn)行的快速小區(qū)切換和城市環(huán)境中的通信穩(wěn)健性。目前，逡逑ＬＴＥ－Ｒ和ＬＴＥ＿Ｍ系統(tǒng)主要用于承載運(yùn)營(yíng)狀態(tài)監(jiān)控與高清回傳業(yè)務(wù)。逡逑

路多基站通信場(chǎng)景和地下鐵路多用戶(hù)通信場(chǎng)景，結(jié)合軌道交通場(chǎng)景無(wú)線(xiàn)信道研究逡逑中存在的問(wèn)題，采用無(wú)線(xiàn)信道實(shí)地測(cè)量的手段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)性信道建模研究。文章主逡逑要工作和創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)如圖１．２所示，本文在以下四個(gè)方面做出了貢獻(xiàn)：逡逑１）軌道交通場(chǎng)景無(wú)線(xiàn)信道測(cè)量方法：為了滿(mǎn)足未來(lái)軌道交通無(wú)線(xiàn)信道測(cè)量系統(tǒng)逡逑需支持寬帶、多天線(xiàn)、多鏈路的要求，研宄了面向軌道交通場(chǎng)景的無(wú)線(xiàn)信道逡逑測(cè)量方法。根據(jù)軌道交通場(chǎng)景眾多的特點(diǎn)，在Ｌｅｅ氏定理的基礎(chǔ)上，考慮了大逡逑尺度衰落相關(guān)性的影響，推導(dǎo)了軌道交通場(chǎng)景本地均值估計(jì)中樣本統(tǒng)計(jì)平均逡逑區(qū)間的上、下界和采樣樣本個(gè)數(shù)的表達(dá)式。結(jié)合軌道交通場(chǎng)景的信道參數(shù)分逡逑布特性，給出了不同場(chǎng)景下樣本統(tǒng)計(jì)平均區(qū)間長(zhǎng)度和采樣樣本個(gè)數(shù)。根據(jù)軌逡逑１２逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U285.2;TN92

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9 郭t

本文編號(hào)：2589663