高铁站场景2100 MHz信道仿真与传播特性分析

随着铁路通信系统的发展需要和第五代移动通信技术(5G)的快速推进,5G-Railway(5G-R)有望成为铁路通信系统的下一代标准。2 100 MHz作为5G-R的潜在频段,其在经典铁路场景中的传播特性亟待研究。构建符合场景典型特征的三维模型,基于射线跟踪仿真法研究半封闭式高铁站台场景2 100 MHz无线信道的传播特性。在车站立柱、扶梯旁部署发射机,定义传播模型参数,分别在手持移动设备与车载移动台处进行大量仿真。计算路径损耗、时延扩展、角度扩展等信道特性,为5G-R部署的覆盖功率预测和网络规划与优化提供参考,弥补该频段在铁路应用方面研究的短缺。     

基于5G-R系统的高铁站台场景信道特性

为推进智能铁路总体建设,实现高速铁路智能化,高铁信息基础设施将应用第五代移动通信技术(5G)建设铁路5G专用移动通信系统,2.1 GHz有望成为铁路5G专用移动通信系统的承载频段。高铁站台作为客货乘降与调度中转的功能核心,其在2.1 GHz下的电波传播特性亟待研究。本文以厦门北站高铁站台为研究场景,利用射线跟踪(RT)技术仿真2.1 GHz频段下的电波传播,基于仿真结果分析此场景无线信道特性,包括均方根时延扩展(RMS DS)、到达/离开方位角扩展、到达/离开俯仰角扩展(ASA/ASD, ESA/ESD)、交叉极化比(XPR)和以上参数的互相关。根据以上结果,对高铁站台场景中铁路5G专用移动通信系统的设计和评估提出相关建议。     

试分析铁路5G-R的网络特点及网络规划

为解决4G网络技术无法满足当今社会发展要求的问题,主要对铁路5G-R的网络特点及网络规划进行研究,分析5G网络技术的发展情况与技术特点,并提出铁路专用移动通信技术创新的思路,以期为相关人员提供参考。     

太赫兹电波传播及信道特性

首先,综述太赫兹电波相较于低频电波传播的不同特性,包括气象因素和材料粗糙表面对电磁波的影响。接着,提出利用射线跟踪技术仅通过有限的信道测量数据校准目标场景中的三维环境模型以及材料电磁参数;然后,利用从射线跟踪仿真反演出的参数在类似场景中进行大量仿真,代替信道测量生成大量真实有效的全维度信道数据;最后,提取并分析信道特性,例如路径损耗、阴影衰落、莱斯K因子、均方根时延扩展、角度扩展及多普勒参数。2个案例研究是从室内桌面通信到室外智能车联网场景,分别代表了6G移动通信从近到远用例的两端,对于室外场景还额外考虑了不同气象条件下对信道参数的影响,对太赫兹系统的设计和评估具有重大意义。     

铁路5G-R基站太阳能供电架构及应用

针对铁路5G专用移动通信(5G-R)系统基站布置密集、单体功耗高的特点,结合铁路无线通信的需求,研究采用太阳能(PV)为5G-R系统基站的射频拉远单元(RRU)设备供电的方案。对比分析5G-R系统RRU设备日用电规律及太阳能电池日发电规律,确定了采用太阳能结合储能与外电源的供电体系,通过比较几种太阳能电池与外电源组合供电架构的经济性与可靠性,推荐采用直流侧切换的供电架构,并进一步提出了采用直流侧智能配电的太阳能供电方案。本研究在保证5G-R系统运行安全可靠的同时,通过采用太阳能供电方式降低了铁路5G-R系统对外电源的需求。     

智能反射面辅助的5G高铁车站覆盖增强技术研究

为助力铁路数字化转型,基于5G的铁路专用移动通信(5G for railway, 5G-R)系统成为铁路智能联接的首选.本文利用前沿技术赋能铁路新一代移动通信,开展了智能反射面(intelligent reflecting surface,IRS)辅助5G高铁车站覆盖增强的研究.采用射线跟踪技术,精准刻画了2.1 GHz频段下高铁车站场景的电波传播特性;基于准确的电波传播特性,利用反射面、发射机和接收机三者之间的角度关系,对IRS部署进行了研究,并设计了相应的IRS波束指向;在获得IRS辅助下的信道传递函数后,对部署IRS前后的路径损耗(path loss,PL)和阴影衰落进行了建模和比较.结果表明：IRS的部署为目标区域带来了最大8.1 dB、平均4.63 dB的信号增益;目标区域的PL指数由未部署时的2.68减小至2.33,阴影衰落标准差由9.45 dB减小至6.43 dB.因此,部署IRS能够显著提高室外宏站对车站内部的信号覆盖,缓解车站建筑物遮挡对5G信号传输的影响,为车站场景下5G-R系统的设计与优化提供了理论基础和数据支撑.     

矩形隧道中电波多径传播模型的建立及仿真

利用射线跟踪技术,综合考虑了隧道表面介电常数和反射系数、收发信机的工作频率和功率、以及天线增益等因素,建立了电波在矩形隧道中传播的确定预测模型,推导出了三维情况下,隧道中收发信机的距离与有效反射线条数的关系式、单根射线的传输损耗和传输时延随距离变化的关系式、以及多径情况下总的接收信号功率和传输衰减的表达式,为抗衰落技术的应用打下了基础.然后以井下隧道为例对无线传播模型进行了仿真,通过仿真波形与类似条件下实测结果的对比,说明了建立的模型是正确的.     

低轨卫星与5G-R融合网络架构设计

由于地面网络覆盖不均匀,信号质量不够稳定,无法实现铁路交通网络的全程、快速、实时监测,阻碍了我国铁路交通网络的快速发展。同时,低轨卫星通信与地面5G的融合成为热点,二者的融合能够使卫星网络作为地面网络的有效补充。当前星地融合较少用于5G-R技术场景中。本文梳理了铁路卫星通信以及星地融合网络的研究现状与发展趋势;分析了铁路通信系统中各业务的通信需求。在此基础上,提出低轨卫星与5G-R融合网络架构。在弥补铁路通信网络覆盖盲区的同时,提供大容量的信息回传,有效保障铁路交通的安全运行,实现铁路交通的信息化、智能化管理。     

室内场景中140 GHz无线信道测量与传播特性研究

太赫兹技术具有超大带宽的传输能力和超高精度的感知能力,因此成为了6G潜在关键技术方向之一。探明太赫兹信道空间传播特性是太赫兹基础理论创新和关键技术研发的基础。为此,开展了140 GHz室内场景中信道测量与传播特性研究。具体地,搭建了基于矢量网络分析仪的频域信道测量平台,并在数据中心、办公室、走廊等典型室内场景中进行了大量的信道数据采集。基于测量数据,完成了太赫兹信道的多径分量提取和分簇,分析了太赫兹信道传播特性。     

面向5G无人机通信场景的传播路径概率预测模型

面向5G无人机空地场景中快速变化的飞行高度和散射环境导致传播路径呈现动态生灭,路径概率预测对于描述动态生灭进而构建准确的空地信道模型至关重要.本文假设城市场景的建筑物位置服从泊松分布,综合考虑物理环境的随机几何信息以及菲涅尔传播区域等因素,建立了无人机对地视距（line-of-sight, LoS）路径概率的预测模型,该模型适用于不同飞行高度和通信频率.在此基础上,利用反射路径镜像的原理,推导获得了地面反射（ground specular, GS）路径概率的预测模型.仿真和分析结果表明,本文提出的LoS和GS路径概率模型在不同高度和频点与基于海量射线追踪仿真方法的平均预测结果表现出良好的一致性.此外,LoS路径概率模型在低空场景下的预测结果与现有标准化模型结果也吻合.     

面向高速铁路车站场景的多频段信道特性

为助力我国铁路数字化转型升级,需加快推进智能铁路的总体建设。以厦门北高铁车站为目标场景,结合我国铁路实际,采用射线跟踪(RT)技术对932 MHz、2.1 GHz、41 GHz和93.2 GHz 4个频段的铁路综合数字移动通信系统(GSM-R)、铁路5G(5G-R)、毫米波通信系统3种制式的信道特性展开研究。依托高性能射线跟踪仿真,精准刻画了不同频段下高铁车站场景的电波传播特性,对多频段、多制式下的多维度信道特性进行比较和研究。结果表明,电波频率越高,无线信号覆盖范围越小;且经由散射体产生的多径越少,多径信号在时间域和空间域的色散程度越弱。本文研究基于高铁车站的应用场景,为铁路专用移动通信系统的设计与改善提供了相应的理论依据、数据支持。     

5G城市轨道交通场景分类及信道建模

城市轨道交通是现代化交通基础设施的重要组成部分,5G作为新一代移动通信技术,可提供高速率、低时延的无线数据传输,有助于提升城市轨道交通的运行效率和服务质量。由于城市轨道交通场景的复杂性,需要针对性的通信场景分类、信道特性分析和精准的信道模型为城市轨道交通5G通信系统的设计提供理论支撑。基于此,提出了5G城市轨道交通电波传播场景的分类,以支撑典型场景下的信道测试与建模工作,同时阐述了城市轨道交通场景信道测量和建模的现状,并分析了当前面临的主要挑战。结合5G通信智能化特点,讨论了人工智能在信道特征提取和信道建模方面的应用前景与可行思路,并深入分析了基于可重构智能面和无人飞行器辅助的5G城市轨道交通信道建模研究现状和发展前景。最后,阐述了毫米波频段下5G城市轨道交通信道建模的研究。     

高速铁路无线传播信道测量与建模综述简

归纳了国内外已开展的高速铁路无线信道测量活动,总结了国际标准化组织关于高速铁路无线信道的相关提案和标准化模型,分类讨论了高速铁路在不同条件下无线信道大尺度、小尺度等方面的衰落特性,得出高速铁路无线信道特征参数受传播环境、位置等因素影响较大;根据高速铁路无线信道实际测量的问题,详细分析了基于理论方法的高速铁路无线信道建模类型,最后提出了未来的研究方向和重点。     

高架桥场景下的射线跟踪仿真器校正及信道特性分析

基于93.2 GHz频段下高速铁路典型高架桥场景中的通信信道测量数据, 利用射线跟踪仿真器对无线信道传播特性进行仿真, 并通过与实测数据的对比进行场景结构尺寸、收发机位置、材料介电常数等仿真器基本输入参数的校正, 实现路径损耗数据的平均误差为0.2 dB, 提升了仿真器的有效性和可靠性.利用校正后的仿真器输出结果对高架桥场景下的信道传播特性做了进一步的分析, 分别对莱斯K因子、均方根时延扩展、功率时延谱以及角度扩展进行了计算.结果表明, 高架桥场景的特殊结构导致随着收发机距离的增大, 各多径成分与直射径成分的路程差减小, 从而使多径在较小的时延范围内分布, 同时由于半功率波束宽度为10°的喇叭天线的使用导致多径分量减少且集中, 因此在高架桥场景下各参数数值均相对较小.除此之外, 本文还利用相关性对整个场景进行了准平稳区间的划分, 并计算了一个准平稳区间内各大尺度参数间的互相关性.     

5G网络中无人机-车辆非平稳信道模型与统计特性分析

针对无人机到车辆通信场景,提出了一种椭圆-圆柱-半球几何非平稳无人机-车辆信道模型。为了描述收发端周围散射体分布情况,一次散射径的散射体分布用同心椭圆面模拟;在二次散射径建模中,无人机侧散射体分布采用同心圆柱体模拟,并且车辆侧散射体分布使用同心半球体模拟;地面一次反射径的反射点分布则通过半球底面同心圆来模拟。为了进一步研究信道的非平稳特性,在各路径分量的二维角度服从Von Mises分布、Laplacian分布以及Von Mises Fisher分布的基础上,推导了时间自相关函数、空间互相关函数和多普勒频谱密度函数。仿真结果表明,理论值与测量值具有较好的拟合度,所提出的信道模型可以作为无人机到车辆非平稳信道建模的设计方案。     

HF信道的色散带宽及其对脉冲波传播的影响

电离层是时变色散媒质，色散带宽是描述HF信道色散程序的物理量，它安全由电离层的特性决定。文中采用Lin等人给出的色散带宽的定义，将电离层电子浓度进一步推广到球面分层，并给出计算球面分层、各向同性的电离层的色散带宽的普遍关系式。以电离层电子浓度剖面为准抛物层为例求解了色散带宽及其同收发间距和发射频率的关系。计算结果表明当收发间距D＞0且发射频率f＜MUF时，射线分为高角射线和低角射线会发生重合，色散带宽相等。高角射线穿入电离层较深，其色散带宽小于低角射线的色散带宽。提出并通过模拟计算证实了从信号恢复的角度看存在一个最佳的色散带宽，即高、低角射线重合时所对应的色散带宽。