【摘要】：隨著中國城鎮(zhèn)化步伐加快,城市交通的發(fā)展空間受到了嚴(yán)格制約,城市軌道交通能夠緩解城市交通壓力,提升城市經(jīng)濟(jì)活力,實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。不斷增長(zhǎng)的客運(yùn)量對(duì)城軌的運(yùn)行車輛密度及列車運(yùn)行的自動(dòng)化和智能化提出了更高要求。另外,對(duì)城市地下空間的有效利用和發(fā)展帶來了如防火防災(zāi)、治安監(jiān)測(cè)、乘客的通信需求等更多的問題,同時(shí)也隱藏著巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。這些無疑都需要承載在高傳輸速率和可靠性的無線通信系統(tǒng)之上,對(duì)新的無線通信技術(shù)在地下空間中的應(yīng)用提出了更高的要求。無線信道是無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),準(zhǔn)確認(rèn)知無線信道的傳播特性是設(shè)計(jì)無線通信系統(tǒng)的前提條件。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)隧道環(huán)境下的電波傳播特性進(jìn)行了大量研究,但對(duì)于多天線(Multiple Input Multiple Output,MIMO)信道特性的研究還不夠充分,尤其缺乏隧道內(nèi)的角度特征研究。借助對(duì)角度、多徑時(shí)延以及多徑功率的聯(lián)合判斷才能夠直觀地了解隧道內(nèi)反射、衍射、散射的傳播現(xiàn)象,從更深層次去理解波導(dǎo)效應(yīng)、鎖孔效應(yīng)的成因。另外,目前地下軌道交通隧道場(chǎng)景還沒有標(biāo)準(zhǔn)化的信道模型。信道模型的準(zhǔn)確與否主要體現(xiàn)在,是否能夠根據(jù)該環(huán)境的特殊性選取合適的建模方法,因此在模型建立前要對(duì)所測(cè)環(huán)境的特點(diǎn)有較為充分的認(rèn)識(shí)。有別于任何一類地面蜂窩及其它軌道交通移動(dòng)通信傳播環(huán)境,在城市軌道交通中,地下隧道是一個(gè)主要的場(chǎng)景。與其他場(chǎng)景相比,該場(chǎng)景的特殊性主要體現(xiàn)在:狹長(zhǎng)受限、結(jié)構(gòu)多變、場(chǎng)景固定等特點(diǎn)。通過對(duì)以往文獻(xiàn)的分析,目前已有的信道模型在適用性上都有一定的局限。針對(duì)以上問題,本文在如下幾個(gè)方面展開研究:1)搭建了基于商用儀表的單天線測(cè)量平臺(tái)與自制虛擬MIMO測(cè)量系統(tǒng)。總結(jié)了在隧道環(huán)境中各信道特征參數(shù)的提取方法。并在彎曲隧道實(shí)驗(yàn)室環(huán)境進(jìn)行了驗(yàn)證測(cè)量。從路徑損耗、信道沖激響應(yīng)(Channel Impulse Response,CIR)、均方根(Root Mean Square,RMS)時(shí)延擴(kuò)展、角度、MIMO幅度矩陣、信道矩陣奇異值及信道容量等方面,給出了彎隧道中直射(Line of Sight,LOS)向非直射(Non Line ofSight,NLOS)條件過渡時(shí)不同頻點(diǎn)信道特征變化的過程,同時(shí)也為后續(xù)長(zhǎng)直隧道場(chǎng)景信道測(cè)量提供了對(duì)比基礎(chǔ)。2)分別采用單天線與虛擬MIMO測(cè)量平臺(tái)對(duì)長(zhǎng)直隧道中LOS條件的電波傳播以及MIMO信道特性進(jìn)行了測(cè)量分析。獲得了包括路徑損耗、CIR、RMS時(shí)延擴(kuò)展、角度、MIMO幅度矩陣、信道矩陣奇異值及信道容量等參數(shù)。通過多徑信號(hào)角度-時(shí)延-功率的聯(lián)合分析,并結(jié)合彎曲隧道中的測(cè)量結(jié)果,總結(jié)隧道內(nèi)信號(hào)反射和散射規(guī)律,為建立模型提供測(cè)量依據(jù)。3)分析了隧道環(huán)境下信道的特殊性,列舉了采用統(tǒng)計(jì)模型、半確定性模型、確定性模型在隧道環(huán)境下建模的優(yōu)缺點(diǎn),指明了在隧道場(chǎng)景下采用確定性模型和半確定性模型是最合適的建模方法。采用射線跟蹤法對(duì)長(zhǎng)直隧道信道建模。以測(cè)量結(jié)果分析所得隧道內(nèi)的反射次數(shù)為依據(jù),調(diào)整仿真參數(shù),得到仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比,討論射線跟蹤方法在隧道場(chǎng)景信道建模方面的可行性,并分析該方法的優(yōu)缺點(diǎn),以便后續(xù)改進(jìn)。采用一種基于分面法的改進(jìn)傳播圖模型對(duì)長(zhǎng)直隧道信道建模。將原來不加區(qū)分的散射點(diǎn)改進(jìn)為以面為單位的散射點(diǎn)集合,使其更加符合反射規(guī)律,降低了能見度矩陣的計(jì)算量,增加了該模型的實(shí)用性。采用一種射線跟蹤法與傳播圖法相結(jié)合的混合模型對(duì)長(zhǎng)直隧道信道建模。分析了射線跟蹤法和傳播圖法在隧道場(chǎng)景信道建模的優(yōu)缺點(diǎn),取兩種方法的優(yōu)勢(shì),提出一種精度更好,同時(shí)也能保證靈活性的混合模型,并與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比,驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。
【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
【分類號(hào)】：TN92
【圖文】：

為了列車的安全運(yùn)行，在軌道交通中要采用閉塞機(jī)制，以避免生碰撞。上世紀(jì)主要采用的是基于軌道電路的固定閉塞方法。隨著運(yùn)量提升，固定閉塞系統(tǒng)己經(jīng)無法滿足運(yùn)行列車密度需求，從本世紀(jì)初我國引國外基于通信的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ邋Ｂａｓｅｄ邋Ｔｒａｉｎ邋Ｃｏｎｔｒｏｌ邋ＳｙｓｔｅＢＴＣ），從而吸收并發(fā)展了中國鐵路控制系統(tǒng)（Ｃｈｉｎｅｓｅ邋Ｔｒａｉｎ邋Ｃｏｎｔｒｏｌ邋ＳｙｓｔｅＴＣＳ）。由于對(duì)傳輸速率、技術(shù)成熟度、兼容性有較高的要求，該系統(tǒng)采局域網(wǎng)（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ邋Ｌｏｃａｌ邋Ａｒｅａ邋Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ＷＬＡＮ）技術(shù)作為主要通信制式車在途監(jiān)測(cè)。為了滿足未來列車運(yùn)行信息化、自動(dòng)化、智能化的需求，列車運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)和安全預(yù)警。在途監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容包器網(wǎng)絡(luò)、故障診斷、在途預(yù)警、大容量傳輸技術(shù)等等，是全自動(dòng)駕駛系提和保障。通過列車關(guān)鍵部位建立傳感器網(wǎng)絡(luò)，感知列車運(yùn)行安全狀態(tài)，大容量無線傳輸技術(shù)實(shí)時(shí)傳送至管理中心，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，能夠快速檢斷及發(fā)出預(yù)警信息，提高列車的安全性和維修效率。在列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)夠進(jìn)行能量?jī)?yōu)化控制、人誤預(yù)測(cè)以及人機(jī)適配等功能，實(shí)現(xiàn)軌道交通的

一地鐵WiFi千擾測(cè)試Figure1-2WiFiinte

漏泄電纜是采用同軸漏泄電纜來傳輸信號(hào)，通過電纜所開縫隙對(duì)外輻射來傳逡逑播無線信號(hào)。漏泄電纜一般鋪設(shè)于兩旁隧道壁，收發(fā)機(jī)間距１．５－２ｍ，傳輸損耗＞逡逑０．０６ｄＢ／ｍ，工作頻段為９００ＭＨｚ、１８００ＭＨｚ、２．４ＧＨｚ，信號(hào)覆蓋平穩(wěn)，抗干擾能逡逑力強(qiáng)。缺點(diǎn)是造價(jià)較高，安裝復(fù)雜，且在工作頻率較高時(shí)傳輸損耗過大，只適用逡逑于較低頻點(diǎn)［４］。逡逑漏泄波導(dǎo)與漏泄電纜相似，鋪設(shè)于軌旁，采用開縫波導(dǎo)的方式向外輻射信號(hào)，逡逑一般收發(fā)天線相距較近，為３０－５０ｃｍ，傳輸損耗約０．０２邋ｄＢ／ｍ，其特點(diǎn)在于信號(hào)覆逡逑蓋更加平穩(wěn)，且支持氋頻信號(hào)傳輸。缺點(diǎn)在于，其造價(jià)比漏泄電纜更高，安裝復(fù)逡逑雜，維護(hù)成本較高［４］。逡逑無線自由波方式，其命名方式是為了區(qū)別于漏泄電纜和漏泄波導(dǎo)。該方式采逡逑用隧道壁上安裝的定向天線，收發(fā)天線間距通常小于３００ｍ。由于該方式是任由信逡逑號(hào)沿著隧道方向傳播，而非以上兩種通過間距較短的開縫實(shí)現(xiàn)覆蓋，其信號(hào)幅度逡逑較前兩種波動(dòng)更加劇烈。其優(yōu)勢(shì)也十分明顯，造價(jià)較低，且安裝與維護(hù)方便，不逡逑受頻點(diǎn)限制，甚至可以使用多天線配置。逡逑－

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7 沈s

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