【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。軌道交通無線通信系統(tǒng)能夠保障軌道交通運(yùn)營安全、高效、舒適,是實現(xiàn)“智慧出行”的關(guān)鍵所在。軌道交通無線通信業(yè)務(wù)需求主要包括三大類:列車控制與調(diào)度、運(yùn)營狀態(tài)監(jiān)控與高清回傳和乘客信息服務(wù)體驗。多樣化業(yè)務(wù)需求產(chǎn)生的差異化性能指標(biāo)為軌道交通無線通信系統(tǒng)設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)。無線信道研究是無線通信系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。準(zhǔn)確建模無線信道能夠為軌道交通無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)評估、系統(tǒng)和鏈路級仿真以及網(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)包含超過兩個通信節(jié)點同時進(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通信,多鏈路通信技術(shù)引入到軌道交通無線通信系統(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)計中,需要研究適用于軌道交通多鏈路通信的無線信道測量方法和建模理論。本文圍繞上述軌道交通三類無線通信業(yè)務(wù)需求開展了無線信道測量和多鏈路信道建模研究。本文主要工作歸納如下:1)針對如何測量軌道交通場景中的無線信道問題,開展了面向軌道交通場景的無線信道測量方法研究。提出了軌道交通場景中無線信號功率的本地均值估計方法,包括樣本統(tǒng)計平均區(qū)間上、下邊界推導(dǎo)和采樣樣本個數(shù)計算�；诙噍d波技術(shù),設(shè)計了一種信道測量信號,通過軟件無線電平臺,實現(xiàn)了支持并行多天線的信道測量系統(tǒng),并利用無線信道仿真儀對信道測量系統(tǒng)進(jìn)行了校準(zhǔn)和驗證。2)針對如何表征軌道交通遮擋場景中的信道衰落問題,開展了高速鐵路遮擋場景下的無線信道衰落建模研究。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]遮擋場景的多徑傳播特點,引入了“雙瑞利”分布來描述遮擋場景中的信道衰落特性。利用包含橫跨橋影響的路塹場景中的信道測量數(shù)據(jù),將SOSF模型進(jìn)行了參數(shù)化分析和仿真實現(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SOSF模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗證。3)針對如何描述軌道交通多基站通信場景中的信道相關(guān)特性問題,開展了城際鐵路多基站通信場景下的無線信道測量與建模研究。在城際鐵路高架橋場景中,設(shè)計實施了雙基站信道測量活動。根據(jù)實地測量數(shù)據(jù),提取了信道大尺度參數(shù)(Large-Scale Parameter,LSP),并對各個LSP進(jìn)行了統(tǒng)計分布建模和相關(guān)性建模�；谝浑A二狀態(tài)馬爾科夫鏈,描述城際鐵路時變信道的多徑生滅過程,并根據(jù)抽頭延遲線結(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)性的時變多鏈路信道模型。4)針對如何度量軌道交通多用戶通信場景中的信道空間特性問題,開展了地下鐵路大規(guī)模天線陣列系統(tǒng)中多用戶通信場景下的無線信道測量與建模研究。在地下鐵路站臺場景中,設(shè)計實施了大規(guī)模天線陣列系統(tǒng)的多用戶信道測量活動。根據(jù)實地測量數(shù)據(jù),研究了多用戶信道的空間相關(guān)性參數(shù)和其指數(shù)變化規(guī)律,探討了影響多用戶信道空間特性變化的因素。建立了一個基于相關(guān)矩陣的多用戶信道模型,并完成了實測數(shù)據(jù)與信道仿真結(jié)果的對比驗證。
【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)中的列車行駛安全至關(guān)重要，列控列調(diào)系統(tǒng)一旦出現(xiàn)信號中斷，逡逑駕駛員將無法采用常規(guī)目測方式正常駕駛列車，會導(dǎo)致列車的緊急制動和停逡逑止運(yùn)行。因此，此類業(yè)務(wù)的主要特點是網(wǎng)絡(luò)可靠性高、端到端時延低、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)主要用于承載列車控逡逑制與調(diào)度業(yè)務(wù)。逡逑２）運(yùn)營狀態(tài)監(jiān)控與高清回傳：運(yùn)營狀態(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)營的高效與安逡逑全，需要將列車關(guān)鍵部件的監(jiān)測數(shù)據(jù)、車內(nèi)駕駛員和設(shè)備的狀態(tài)信息實時傳逡逑送到地面運(yùn)營中心。此類業(yè)務(wù)的主要特點是數(shù)據(jù)傳輸速率高、系統(tǒng)帶寬要求逡逑大、需滿足列車高速運(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)營狀態(tài)監(jiān)控與高清回傳業(yè)務(wù)。逡逑

路多基站通信場景和地下鐵路多用戶通信場景，結(jié)合軌道交通場景無線信道研究逡逑中存在的問題，采用無線信道實地測量的手段進(jìn)行統(tǒng)計性信道建模研究。文章主逡逑要工作和創(chuàng)新點總結(jié)如圖１．２所示，本文在以下四個方面做出了貢獻(xiàn)：逡逑１）軌道交通場景無線信道測量方法：為了滿足未來軌道交通無線信道測量系統(tǒng)逡逑需支持寬帶、多天線、多鏈路的要求，研宄了面向軌道交通場景的無線信道逡逑測量方法。根據(jù)軌道交通場景眾多的特點，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)了軌道交通場景本地均值估計中樣本統(tǒng)計平均逡逑區(qū)間的上、下界和采樣樣本個數(shù)的表達(dá)式。結(jié)合軌道交通場景的信道參數(shù)分逡逑布特性，給出了不同場景下樣本統(tǒng)計平均區(qū)間長度和采樣樣本個數(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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U285.2;TN92

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9 郭t

本文編號：2589663