發(fā)布時間：2020-08-08 10:55

【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)濟活力,實現(xiàn)社會、經(jīng)濟和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。不斷增長的客運量對城軌的運行車輛密度及列車運行的自動化和智能化提出了更高要求。另外,對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、乘客的通信需求等更多的問題,同時也隱藏著巨大的經(jīng)濟和社會效益。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)計的基礎(chǔ),準確認知無線信道的傳播特性是設(shè)計無線通信系統(tǒng)的前提條件。國內(nèi)外學者對隧道環(huán)境下的電波傳播特性進行了大量研究,但對于多天線(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。借助對角度、多徑時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效應(yīng)、鎖孔效應(yīng)的成因。另外,目前地下軌道交通隧道場景還沒有標準化的信道模型。信道模型的準確與否主要體現(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所測環(huán)境的特點有較為充分的認識。有別于任何一類地面蜂窩及其它軌道交通移動通信傳播環(huán)境,在城市軌道交通中,地下隧道是一個主要的場景。與其他場景相比,該場景的特殊性主要體現(xiàn)在:狹長受限、結(jié)構(gòu)多變、場景固定等特點。通過對以往文獻的分析,目前已有的信道模型在適用性上都有一定的局限。針對以上問題,本文在如下幾個方面展開研究:1)搭建了基于商用儀表的單天線測量平臺與自制虛擬MIMO測量系統(tǒng)�？偨Y(jié)了在隧道環(huán)境中各信道特征參數(shù)的提取方法。并在彎曲隧道實驗室環(huán)境進行了驗證測量。從路徑損耗、信道沖激響應(yīng)(Channel Impulse Response,CIR)、均方根(Root Mean Square,RMS)時延擴展、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)條件過渡時不同頻點信道特征變化的過程,同時也為后續(xù)長直隧道場景信道測量提供了對比基礎(chǔ)。2)分別采用單天線與虛擬MIMO測量平臺對長直隧道中LOS條件的電波傳播以及MIMO信道特性進行了測量分析。獲得了包括路徑損耗、CIR、RMS時延擴展、角度、MIMO幅度矩陣、信道矩陣奇異值及信道容量等參數(shù)。通過多徑信號角度-時延-功率的聯(lián)合分析,并結(jié)合彎曲隧道中的測量結(jié)果,總結(jié)隧道內(nèi)信號反射和散射規(guī)律,為建立模型提供測量依據(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,指明了在隧道場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。采用射線跟蹤法對長直隧道信道建模。以測量結(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)果與實測數(shù)據(jù)對比,討論射線跟蹤方法在隧道場景信道建模方面的可行性,并分析該方法的優(yōu)缺點,以便后續(xù)改進。采用一種基于分面法的改進傳播圖模型對長直隧道信道建模。將原來不加區(qū)分的散射點改進為以面為單位的散射點集合,使其更加符合反射規(guī)律,降低了能見度矩陣的計算量,增加了該模型的實用性。采用一種射線跟蹤法與傳播圖法相結(jié)合的混合模型對長直隧道信道建模。分析了射線跟蹤法和傳播圖法在隧道場景信道建模的優(yōu)缺點,取兩種方法的優(yōu)勢,提出一種精度更好,同時也能保證靈活性的混合模型,并與實測數(shù)據(jù)對比,驗證了模型的準確性。
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN92
【圖文】：

為了列車的安全運行，在軌道交通中要采用閉塞機制，以避免生碰撞。上世紀主要采用的是基于軌道電路的固定閉塞方法。隨著運量提升，固定閉塞系統(tǒng)己經(jīng)無法滿足運行列車密度需求，從本世紀初我國引國外基于通信的移動閉塞系統(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。為了滿足未來列車運行信息化、自動化、智能化的需求，列車運行狀態(tài)進行實施監(jiān)測和安全預警。在途監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容包器網(wǎng)絡(luò)、故障診斷、在途預警、大容量傳輸技術(shù)等等，是全自動駕駛系提和保障。通過列車關(guān)鍵部位建立傳感器網(wǎng)絡(luò)，感知列車運行安全狀態(tài)，大容量無線傳輸技術(shù)實時傳送至管理中心，當故障發(fā)生時，能夠快速檢斷及發(fā)出預警信息，提高列車的安全性和維修效率。在列車自動駕駛系統(tǒng)夠進行能量優(yōu)化控制、人誤預測以及人機適配等功能，實現(xiàn)軌道交通的

一地鐵WiFi千擾測試Figure1-2WiFiinte

漏泄電纜是采用同軸漏泄電纜來傳輸信號，通過電纜所開縫隙對外輻射來傳逡逑播無線信號。漏泄電纜一般鋪設(shè)于兩旁隧道壁，收發(fā)機間距１．５－２ｍ，傳輸損耗＞逡逑０．０６ｄＢ／ｍ，工作頻段為９００ＭＨｚ、１８００ＭＨｚ、２．４ＧＨｚ，信號覆蓋平穩(wěn)，抗干擾能逡逑力強。缺點是造價較高，安裝復雜，且在工作頻率較高時傳輸損耗過大，只適用逡逑于較低頻點［４］。逡逑漏泄波導與漏泄電纜相似，鋪設(shè)于軌旁，采用開縫波導的方式向外輻射信號，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，其特點在于信號覆逡逑蓋更加平穩(wěn)，且支持氋頻信號傳輸。缺點在于，其造價比漏泄電纜更高，安裝復逡逑雜，維護成本較高［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。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沿著隧道方向傳播，而非以上兩種通過間距較短的開縫實現(xiàn)覆蓋，其信號幅度逡逑較前兩種波動更加劇烈。其優(yōu)勢也十分明顯，造價較低，且安裝與維護方便，不逡逑受頻點限制，甚至可以使用多天線配置。逡逑－

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7 沈s

本文編號：2785469