[發明專利]一種高速鐵路隧道無線通信信道建模方法

有效

• 申請號: 201710631739.6
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107276705B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 劉璽;劉建紅;劉璠;張瑾;鄭國莘;朱德榮;石小忠;柏鋒
• 申請（專利權）人: 中鐵上海設計院集團有限公司
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391;H04W16/22;H04W24/06
• 代理公司: 上海申蒙商標專利代理有限公司 31214
• 代理人: 徐小蓉;黃明凱

1.一種高速鐵路隧道無線通信信道建模方法，其特征在于所述高速鐵路隧道無線通信信道建模方法包括以下步驟：建立鐵路隧道的三維模型；在三維模型中選取發射天線和接收天線的安裝位置；使用射線跟蹤法計算電磁波從所述發射天線到所述接收天線的傳輸過程；

使用射線跟蹤法計算電磁波從所述發射天線到所述接收天線的傳輸過程包括以下步驟：將所述發射天線發出的球面波劃分為若干個射線管；在所述鐵路隧道的所述三維模型內跟蹤各所述射線管在傳輸過程中與障礙物的交點，并計算所述障礙物造成的反射和折射對所述射線管的影響；當所述發射天線與所述接收天線之間的所述鐵路隧道為直隧道時，根據各經過所述接收天線的射線管計算所述接收天線的接收功率；當所述發射天線與所述接收天線之間的鐵路隧道為彎隧道時，根據各經過所述接收天線的射線管計算所述接收天線接收的平均接收功率；

計算所述接收天線的接收功率的過程中，經過所述接收天線的所述射線管包括直射的所述射線管以及經過所述鐵路隧道的內表面反射的所述射線管；所述接收天線的接收功率P_r的計算公式如下所示：

其中：P_t是所述發射天線的發射功率，λ是自由空間波長，r是所述接收天線與所述發射天線之間的直達路徑長度，N是經過所述接收天線的所述射線管的總數，G_d(x)是電磁波直達路徑方向上的所述接收天線的增益積，r_i是所述接收天線之間的第i條射線管的反射路徑長，是第i條射線管的反射路徑上的所述接收天線的天線增益積；R_i是第i條射線管的反射路徑上的所有反射系數乘積；θi表示入射角。

2.根據權利要求1所述的一種高速鐵路隧道無線通信信道建模方法，其特征在于計算所述接收天線的平均接收功率的過程中，經過所述接收天線的所述射線管包括直射的所述射線管、經過反射的所述射線管以及繞射的所述射線管；接收天線接收的平均接收功率的計算公式如下所示：

其中：λ是自由空間波長，β＝ω/c，η₀為電磁場傳播介質數值、ω為每秒角度變化的量、c為每秒光運行的距離，N_p是經過所述接收天線的所述射線管的總數，E_θ,i是第i條所述射線管的電場的θ分量，E_φ,i是第i條所述射線管的電場的φ分量，g_θ(θ_i,φ_i)以及g_φ(θ_i,φ_i)的計算公式如下所示：

其中：G_θ(θ_i,φ_i)是發射天線增益的θ分量，ψ_θ是遠場相對相位的θ分量，G_φ(θ_i,φ_i)是發射天線增益的φ分量，ψ_φ是遠場相對相位的φ分量。

3.根據權利要求2所述的一種高速鐵路隧道無線通信信道建模方法，其特征在于第i條所述射線管的電場的θ分量E_θ,i的計算公式如下所示：

其中：η₀為電磁場傳播介質數值,P_T為發射天線的輻射功率，β＝ω/c，r_TR表示收發兩端的距離，K為射線管經隧道頂面反射的次數，是與入射平面平行的電場分量的反射系數，T為射線管經隧道地面反射的次數，是與入射平面平行的電場分量的反射系數，N為射線管經隧道垂直平面反射的次數，是與入射平面垂直的平面場強的第θ次反射的反射系數，M為射線管經過邊緣繞射的次數，是與入射平面垂直的平面場強的第θ次反射的反射系數，r_TD是發射天線到繞射點的距離，r_DR繞射點到接收天線的距離，D_s是UTD邊緣繞射系數。