[發明專利]基于傳播圖理論的非視距類距隧道環境下的信道建模方法

有效

• 申請號: 201610161884.8
• 申請日: 2016-03-21
• 公開（公告）號: CN105721087B
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 陶成;黃海毅;孫溶辰
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

本發明提供了一種基于傳播圖理論的非視距類距隧道環境下的信道建模方法。該方法主要包括:將隧道的幾何模型劃分成若干個散射點集合，將各個散射點集合進行排列組合獲得傳播路線；利用傳播路線上依次相鄰兩散射點集合之間的子傳遞函數的級聯計算，得到所述傳播路線的傳遞函數，利用轉移概率調整傳播路線的傳遞函數；將調整后各個傳播路線的傳遞函數求和得到非視距類隧道系統的傳遞函數，再做傅里葉逆變換獲得非視距類隧道系統的時域信道沖激響應。本發明實施例的基于傳播圖理論的非視距類距隧道系統的信道建模方案改進了傳播圖理論方法，提出轉移概率和劃分面的概念，能很好地適用于非視距矩形、馬蹄形隧道等類距隧道系統的信道建模。

技術領域

本發明涉及隧道信道模型技術領域，尤其涉及一種基于傳播圖理論的非視距類距隧道環境下的信道建模方法。

背景技術

隨著地下軌道交通的迅速發展，車地間通信以及旅客通信需求也越來越迫切。建立完善的地下軌道通信系統，為列車的安全運行控制提供強有力的保障，滿足旅客多樣化的通信需求，提供流暢、清晰、誤碼率低的圖像和用戶數據等，就顯得尤為重要。

現如今，許多研究人員正在將地面上的成熟的移動通信系統技術應用到隧道系統中。常見的隧道信道模型有射線理論、模態理論和經驗模型。

射線跟蹤是一種精確的搜索射線軌跡的方法，能夠準確預測出復雜環境中從發射天線到接收天線的射線傳播，并計算多徑信號的幅度、延時等參數。射線理論在復雜環境中具有較廣泛的應用，但是效率低，計算量大，對計算機內存要求很高。

模態理論一般應用在簡單幾何場景下。它使用電磁場理論對無線電波在各類場景中的傳播特性進行分析，最終以數學表達式的方式對傳播信道進行描述。由于所提出的信道數學模型中通常會包含一些對環境和系統的假設，所以模態理論對傳播信道的描述大多是近似的。

經驗模型是通過大量的實際環境下的測量統計得到的一種模型。這種統計方法所得的結果直接來自于實測，直觀可靠。但是，用該方法所得出的電波傳播模型對環境的依賴性較大，對實測設備的要求也較高，這使得該方法的應用局限性較大。

傳播圖理論從頻域的角度出發，從信道傳遞函數獲取衰落特性，它將無線電波傳播經歷的反射物和散射物、傳播等物理現象建模為計算機科學中的頂點和邊的關系，利用頻域傳遞函數的級聯，得到最終的信道傳遞函數。隨后傳播圖理論被用于室內信道建模和高鐵環境等建模。在隧道系統下使用傳播圖理論建模還沒有得到應用。

在經典傳播圖信道建模理論中，將所有散射點作為一個集合，用統計概率來描述散射點集合內所有邊發生的概率。對于某些互相不可見的散射點間的傳遞函數也相應地計算在內，這種方案只能粗略地描述散射點到散射點的傳遞函數，不適用于非視距環境。另一方面，對于不同形狀的散射物，統計概率是不同的，經典圖論并未區分出不同散射物之間的轉移概率。因此，經典圖論不能精確的描述散射點集合內部反射情況。

因此，開發一種有效的非視距類距隧道系統的信道建模方法是十分必要。

發明內容

本發明的實施例提供了一種基于傳播圖理論的非視距類距隧道環境下的信道建模方法，以實現對非視距類距隧道系統進行有效的建模。

本發明提供了如下方案：

一種基于傳播圖理論的非視距類距隧道環境下的信道建模方法，包括：

根據非視距類距隧道系統的實際隧道尺寸構建隧道的幾何模型，將所述幾何模型劃分成若干個散射點集合，將各個散射點集合進行排列組合獲得傳播路線；

利用傳播路線上依次相鄰兩散射點集合之間的子傳遞函數的級聯計算，得到所述傳播路線的傳遞函數，利用所述傳播路線上依次相鄰兩散射集合之間的轉移概率之積調整所述傳播路線的傳遞函數；