高速鐵路無(wú)線(xiàn)信道特性研究.pdf

1、隨著京廣高鐵的全線(xiàn)開(kāi)通，我國(guó)投入運(yùn)營(yíng)的高速鐵路已達(dá)9339公里，高速鐵路網(wǎng)已初步形成。目前我國(guó)高速鐵路的運(yùn)行速度已經(jīng)達(dá)到300km/h以上。列車(chē)的高速運(yùn)行給高速鐵路網(wǎng)的運(yùn)行控制帶來(lái)了許多挑戰(zhàn)。列車(chē)控制信息的傳送需要高度可靠和高度安全的移動(dòng)通信系統(tǒng)。因此，鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)于服務(wù)質(zhì)量包括呼叫建立時(shí)間、端到端傳輸時(shí)延、越區(qū)切換時(shí)間、連接丟失概率等，提出了更高的要求。無(wú)線(xiàn)信道特性的研究一直在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域中扮演著重要的角色。高速鐵路的傳播場(chǎng)景與

2、公眾移動(dòng)通信場(chǎng)景差別較大，且列車(chē)的高速移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致無(wú)線(xiàn)信道呈現(xiàn)快速變化特征。為此，對(duì)高速鐵路典型場(chǎng)景進(jìn)行信道測(cè)試和建模對(duì)于鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和性能改進(jìn)都具有重要的意義。
　　本論文以高速鐵路場(chǎng)景的大量信道測(cè)試為基礎(chǔ)，結(jié)合電波傳播理論和統(tǒng)計(jì)分析方法，著重研究了高速鐵路場(chǎng)景的大尺度傳播特性、小尺度衰落包絡(luò)特性和小尺度衰落二階統(tǒng)計(jì)特性。所研究的傳播場(chǎng)景包括高架橋場(chǎng)景、路塹場(chǎng)景以及高架橋和路塹混合場(chǎng)景。論文不僅給出了路徑損耗指數(shù)、陰

3、影衰落標(biāo)準(zhǔn)差、萊斯因子、電平通過(guò)率、平均衰落持續(xù)時(shí)間等信道參數(shù)，更重點(diǎn)分析了各種場(chǎng)景的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)這些信道參數(shù)的影響。論文的創(chuàng)新性工作主要包括以下幾個(gè)方面:
　　1)研究了高速鐵路典型場(chǎng)景的路徑損耗，并分析了場(chǎng)景的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)路徑損耗的影響。對(duì)于高架橋場(chǎng)景，分析了高架橋高度、基站天線(xiàn)相對(duì)高度、周邊環(huán)境對(duì)高架橋場(chǎng)景路徑損耗的影響。結(jié)果表明，路徑損耗指數(shù)隨高架橋高度的增加而增大，隨基站天線(xiàn)相對(duì)高度的增加而減小。同時(shí)，周邊環(huán)境有較多散射體的

4、高架橋會(huì)具有較大的路徑損耗指數(shù)。對(duì)于路塹場(chǎng)景，論文新定義了邊坡等效高度，用于反映整段路塹邊坡高度的平均效果，并指出路徑損耗指數(shù)基本符合隨路塹邊坡等效高度增大而減小的趨勢(shì)。此外，論文還提出了路塹場(chǎng)景橫跨橋的簡(jiǎn)化幾何模型。該模型可以有效估計(jì)橫跨橋造成的信號(hào)平均功率突然衰減的位置，并指出橫跨橋產(chǎn)生的信號(hào)的突然衰減大約可達(dá)5-13 dB。提出的模型可用于設(shè)計(jì)算術(shù)平均窗口、切換門(mén)限等切換參數(shù)，對(duì)于提高高速鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)的切換質(zhì)量具有重要的意義。

5、
　　2)研究了高速鐵路典型場(chǎng)景的小尺度包絡(luò)分布模型，并分析了萊斯因子隨距離的變化特性。論文首先引入K-S(Kolmogorov-Smirnov)擬合優(yōu)度檢驗(yàn)方法，確定了描述高速鐵路場(chǎng)景小尺度包絡(luò)分布特性的最佳分布模型，即萊斯分布和Nakagami分布。該方法比通常的畫(huà)圖比較方法更為快速和準(zhǔn)確。隨后針對(duì)高架橋場(chǎng)景，論文提出了以500 m為界的分段線(xiàn)性回歸模型，用于分析萊斯因子隨距離的變化特性。針對(duì)路塹場(chǎng)景，提出了三段線(xiàn)性回歸模型用

6、于分析萊斯因子隨距離的變化特性，并在此基礎(chǔ)上分析了路塹邊坡高度對(duì)萊斯因子的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，萊斯因子會(huì)隨路塹邊坡高度的減小而增大。針對(duì)高架橋和路塹混合場(chǎng)景，論文重點(diǎn)分析了萊斯因子在先高架橋后路塹場(chǎng)景和先路塹后高架橋場(chǎng)景下隨距離的變化特性的異同。結(jié)果顯示，先高架橋后路塹場(chǎng)景的萊斯因子隨距離逐漸減小，而先路塹后高架橋場(chǎng)景的萊斯因子隨距離逐漸增大。
　　3)研究了高速鐵路典型場(chǎng)景的小尺度衰落二階統(tǒng)計(jì)特性。論文首先基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)研究了電平通過(guò)