高速鐵路無線信道特性研究.pdf

1、隨著京廣高鐵的全線開通，我國投入運(yùn)營的高速鐵路已達(dá)9339公里，高速鐵路網(wǎng)已初步形成。目前我國高速鐵路的運(yùn)行速度已經(jīng)達(dá)到300km/h以上。列車的高速運(yùn)行給高速鐵路網(wǎng)的運(yùn)行控制帶來了許多挑戰(zhàn)。列車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。無線信道特性的研究一直在無線通信領(lǐng)域中扮演著重要的角色。高速鐵路的傳播場景與

2、公眾移動(dòng)通信場景差別較大，且列車的高速移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致無線信道呈現(xiàn)快速變化特征。為此，對高速鐵路典型場景進(jìn)行信道測試和建模對于鐵路移動(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景的大量信道測試為基礎(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。所研究的傳播場景包括高架橋場景、路塹場景以及高架橋和路塹混合場景。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)分析了各種場景的結(jié)構(gòu)參數(shù)對這些信道參數(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景的路徑損耗，并分析了場景的結(jié)構(gòu)參數(shù)對路徑損耗的影響。對于高架橋場景，分析了高架橋高度、基站天線相對高度、周邊環(huán)境對高架橋場景路徑損耗的影響。結(jié)果表明，路徑損耗指數(shù)隨高架橋高度的增加而增大，隨基站天線相對高度的增加而減小。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)。對于路塹場景，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。此外，論文還提出了路塹場景橫跨橋的簡化幾何模型。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、切換門限等切換參數(shù)，對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。該方法比通常的畫圖比較方法更為快速和準(zhǔn)確。隨后針對高架橋場景，論文提出了以500 m為界的分段線性回歸模型，用于分析萊斯因子隨距離的變化特性。針對路塹場景，提出了三段線性回歸模型用

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。針對高架橋和路塹混合場景，論文重點(diǎn)分析了萊斯因子在先高架橋后路塹場景和先路塹后高架橋場景下隨距離的變化特性的異同。結(jié)果顯示，先高架橋后路塹場景的萊斯因子隨距離逐漸減小，而先路塹后高架橋場景的萊斯因子隨距離逐漸增大。
　　3)研究了高速鐵路典型場景的小尺度衰落二階統(tǒng)計(jì)特性。論文首先基于實(shí)測數(shù)據(jù)研究了電平通過