本文關(guān)鍵詞：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

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【摘要】：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(diǎn)和邊的關(guān)系進(jìn)行描述。傳統(tǒng)圖論的點(diǎn)只分為三類：發(fā)射天線、接收天線和散射物體,在引入地鐵環(huán)境前需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)馗脑臁Ｆ浯?本文針對隧道環(huán)境的特點(diǎn),對傳播圖理論的散射物進(jìn)行適當(dāng)?shù)貏澐痔幚�。第�?引入隧道彎道劃分的方法,根據(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(diǎn)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(diǎn),用以表示隧道壁的散射點(diǎn)。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(diǎn)相互之間是否可見。之后,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(shí)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(shí)際測量值均方根誤差在10dB以內(nèi)。然后使用SAGE(Space-Alternating Generalized EM)算法計(jì)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(gè)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(gè)位置的相關(guān)矩陣,隨后計(jì)算三個(gè)位置所得的離開角和到達(dá)角,并進(jìn)一步計(jì)算獲得角度擴(kuò)展,結(jié)合相關(guān)矩陣分析其特點(diǎn)。最后計(jì)算獲得三者的信道容量,并對比直道場景處相同收發(fā)距離的信道容量,得到在相同收發(fā)距離的條件下,彎道的信道容量比直道的信道容量高的結(jié)論。對信道矩陣進(jìn)行了SVD(Singular Value Decomposition)分解,發(fā)現(xiàn)信道矩陣出現(xiàn)降秩的情況。最后,本文總結(jié)前文的研究成果,并提出傳播圖理論在隧道環(huán)境下的其他研究方向。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U453.7;U231.7

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本文編號：1275137