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在高速铁路环境下电波传播特性的模型分析

赵庆安  
【摘要】:在前人的研究基础上,根据陆地移动通信电波传播的基本特性,将无线电波从发射、 传播至接收的具体过程模式化,针对高速铁路的地理和人为环境,把不同的地域地貌特 征、近区移动接收环境中的电波传播共性参数化,提出了高速铁路移动环境下的电波传 播模型的设想。重点放在模型参数的合理化,并和实际移动环境情况有机结合。最终描 述在高速铁路环境下的无线衰落信道,并讨论了模型在衰落特性分析和误码率分析中的 应用。 首先,从理论上探讨了电波传播高速移动台动态接收模型。在综合分析和讨论的基 础上,初步确定了模型结构,定义了重要的参数并指明其各自的实际物理意义。分析了 高速铁路的客观环境和机车台高速移动的特点。从模型的实用生存性出发,把天线方向 图参数、地形分类参数、基站和移动台距离参数、接收机灵敏度指标参数与多径模型的 径数参数、时延参数、衰减系数等融合在一起考虑,即将电波传播中的慢衰落和快衰落 同时考虑。并以此为基础从无线传播系统的角度讨论了电波多径传播、接收电波各个参 数的统计特性、以及衰落信道特性对数字信号传输的影响。 在一定客观环境条件下,深入研究和分析高速移动体接收电波的各个参变量的随机 性和必然性。根据随机过程的基本理论,采用射线追踪法,从电波散射和绕射原理,推 导出高速移动台无线通信多径传播的径数、入射角、散(绕)射次数和衰减系数、多径 传播路程和时延等的概率分布。同时本文指出在高速铁路环境下与普通意义上的陆地移 动通信(城市、郊区)的电波统计特性的不同之处。 在上述分析和研究的基础上,本文进行了初步的数值仿真。通过调整模型的参数, 模拟多径传播环境,进行了初步的仿真,并得出了具有参考价值的数值分析和仿真结果。 在理论分析应用中,本文模型可以分析衰落信道的多径失真、独立误码率和突发误码率。 仿真分析了多路径信号的包络和相位的概率分布。结果表明信道呈现瑞利衰落或莱 斯衰落是有一定条件的。在大多数路段或移动时间里,信道并不明显的呈现瑞利衰落或 莱斯衰落;同时,衰落信号是否服从莱斯分布,不是取决于是否存在直射波,而是取决 于最大入射波的幅度与所有散射波的均方根之比、散射波之间的相对幅值以及最大入射 波的概率生存时间等因素。接着,针对衰落信道条件下接收电波的一些特性,如衰落率, 时延散布等做了理论上的分析和探讨,并得出具有一定参考价值的结论。 理论分析和已有的测量结果表明本模型在高速铁路无线通信规划和工程设计中具有 广阔的应用前景。


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