隧道環(huán)境下基于傳播圖理論的信道建模與仿真方法研究.pdf

1、地鐵是大眾出行選擇的重要交通工具之一。研究地鐵運(yùn)行環(huán)境的無線信道特性、建立可靠的通信系統(tǒng)能為地鐵高效運(yùn)行保駕護(hù)航。本文針對地鐵隧道場景引入傳播圖理論建模方法，并對地鐵隧道無線環(huán)境進(jìn)行建模仿真。
　　首先，本文介紹了已知幾何尺寸的無線環(huán)境適用傳播圖理論建模。隧道環(huán)境結(jié)構(gòu)簡單，幾何尺寸較好確認(rèn)，適合傳播圖理論建模。傳播圖理論的主要思想是將信號傳遞過程用點和邊的關(guān)系進(jìn)行描述。傳統(tǒng)圖論的點只分為三類:發(fā)射天線、接收天線和散射物體，在引入地

2、鐵環(huán)境前需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)馗脑臁?br>　　其次，本文針對隧道環(huán)境的特點，對傳播圖理論的散射物進(jìn)行適當(dāng)?shù)貏澐痔幚怼５谝?，引入隧道彎道劃分的方法，根?jù)隧道彎曲半徑和彎曲角度劃分隧道彎道。第二，引入隧道壁幾何分割方法，根據(jù)不同的隧道橫截面，將隧道劃分成不同的面。第三，引入隧道壁點集合化的方法，根據(jù)劃分好的隧道壁幾何形狀，在其面取點，用以表示隧道壁的散射點。第四，引入隧道壁能見度矩陣，根據(jù)隧道的幾何形狀，判斷隧道壁上的散射點相互之間是否可見。之后

3、，將原始圖論與改造的圖論仿真對比，發(fā)現(xiàn)改造后的幾何分割法對多徑信息有更好的表達(dá)。
　　接著，本文對中天集團(tuán)南通隧道中心進(jìn)行實地測量，該隧道由矩形隧道和拱形隧道構(gòu)成。通過測量獲得信道沖擊響應(yīng)(CIR，Channel Impulse Response)。使用傳播圖理論對該隧道進(jìn)行仿真建模獲得信道沖擊響應(yīng)。對比兩者的信道沖擊響應(yīng)，并進(jìn)行誤差分析，發(fā)現(xiàn)幾何分割法得到的仿真結(jié)果與實際測量值均方根誤差在10dB以內(nèi)。然后使用SAGE(Spac

4、e-AltematingGeneralized EM)算法計算離開角與到達(dá)角，比對兩者的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)兩者結(jié)果相近。
　　然后，本文根據(jù)地鐵建筑國標(biāo)建立地鐵隧道模型，使用傳播圖理論進(jìn)行模型仿真。將發(fā)射天線置于列車車頭頂部，選擇列車經(jīng)過隧道三個典型位置進(jìn)行研究分析。首先對比三者的能見度矩陣，發(fā)現(xiàn)發(fā)射天線具有抹消能見度矩陣的作用。接著對比三個位置的相關(guān)矩陣，隨后計算三個位置所得的離開角和到達(dá)角，并進(jìn)一步計算獲得角度擴(kuò)展，結(jié)合相關(guān)矩陣分析其