高速铁路的可行性mmWave通道隧道场景

文摘

轨道交通被广泛承认是一个高效和绿色交通模式和其发展吸引了大量的关注。然而,关键的进化是如何开发铁路服务从传统的关键信号处理应用程序高数据率的应用程序,比如实时视频监视和娱乐。有前途的方法是尝试使用毫米波包括数十兆赫带宽桥高速率和频率短缺的需求。在这篇文章中,一个拱形的铁路隧道的通道特性调查由于可靠的通信系统设计的重要性。同时,作为毫米波遭受更高的传输损耗,定向天线设计通信系统被广泛接受。定向天线带来的特定变化的广播频道进行了研究和比较,全向天线的性能。注意,这项研究是基于增强宽带射线追踪工具的电磁散射参数测量隧道的主要材料和安装了预测模型。

1。介绍

移动通信是最重要之一,成功的技术进步类型,成为不可或缺的一部分超过50亿人(1]。移动数据的指数增长的需求(2- - - - - -5),在毫米波无线通信系统(mmWave)在许多移动通信场景吸引了更多的关注。mmWave,它可能包含大量的无线频谱资源实现multi-Giga bps数据率通信系统(6- - - - - -8]。

作为一个典型的应用程序场景移动通信的高速铁路(高铁)的速度超过每小时300公里的挑战不断改进的移动通信系统9]。最具影响力的高铁mmWave通信系统面临的挑战包括频繁的交接,困难的信号处理非常高的速度,和高渗透损失从基站intrawagon用户的信号10]。然而,对于实现multi-Giga bps数据速率在高速铁路(高铁),现有的高铁专用通信系统不再是令人满意的。例如,的最大数据速率全球移动无线电通信系统对铁路gsm - r)(小于200 kbps。甚至长期演进的铁路(LTE-R),它不能提供超过100 Mbps的数据率。因此,利益集团的高速铁路通信(HRRC)已经建立在IEEE 802.15工作组开发先进的移动通信技术,它的目标最终实现高数据率高铁无线通信系统。同时,分布式天线系统(DAS) [11)设计,它变成了一个非常有前途的通信系统对高铁和地铁系统(10]。然而,所有这些渴望的完整理解通道和一个适当的和可靠的通道模型12]。

自通道测深测量被视为优先学习渠道,在3 g和4 g通信系统的时代,信道参数和模型提取主要来自大规模测量活动(13]。但测量mmWave乐队极大地挑战存在的测深系统,特别是对于高动态信道测量。高铁mmWave通道测量数据甚至罕见的(3]。因此,我们提出一个方法,提高了确定性通道模型的能力获得mmWave高铁频道。然后,一些重要的信道特征研究和建模指导未来高铁mmWave通信系统设计。

在这篇文章中,我们模拟一个重要增强无线通道的光线追迹模拟电磁(EM)和场景中主要材料的散射参数测量和配备合适的模型。仿真配置实际上遵循的通信系统的要求15]。与此同时,time-interpolation方法促进高动态通道的模拟能力。基于大量的模拟,拱形隧道的通道特性是完全暴露在两个定义的区域。此外,使用不同的天线的通道可行性研究确定最合适的一个。

本文的其余部分组织如下:部分2描述的原则提出了射线跟踪测量和time-interpolation工具与材料。节3、模拟场景和系统设置将看到更多的细节。部分4展示了不同天线通信系统设置的可行性。部分4也说明了地区的广播频道的分区的必要性分析。然后,广播频道的特点提供了部分5。最后,部分6给出了结论。

2。基于Ray-Optical mmWave通道建模对于高动态场景

基于无线信道模拟利用ray-optical确定性传播模型,也就是说,射线跟踪模型(RT)。不同于其他传统RT,增强RT用于这项研究已经在各种频率校准和场景16- - - - - -19]。我们做一个特殊的电磁(EM)和散射参数测量中提取最具影响力的材料在高铁隧道。提取的参数将被实施到RT模拟器。此外,调查详细通道特征在这样的高动态场景中,一个研究采用RT time-interpolation算法公开通道小规模的特点。

RT,在这项研究中,开发了基于ray-optical算法(20.)在布伦瑞克技术大学(21]。三维(3 d)信道模拟器是进行三维数字地图。集成的信道建模,几个无线电传播机制考虑视距(LOS)射线,射线反射和散射光线。《雷被称为无线发射器(TX)和接收器之间的波传播(RX)。其权力的空间路径损耗模型计算沿《路径,如果存在,将主导RX的接收功率。然后,反射,被定义为EM波的入射角和反射角表面是相同的。其权力是解著名的菲涅耳方程及相关计算反射点的三维数字地图是通过应用图像方法(20.]。不过,在反射的情况下,阶多次反射几乎将考虑捕获主导力量总接收功率的贡献。漫散射的漫散射的力量贡献评估采用“有效粗糙度”(ER)散射模型(22];ER模型通常包括传感器的模型中,指令模型,反向散射叶模型,预测不同类型的散射模式(22]。由于隧道的特殊结构,没有障碍,通过材料和传播的障碍是省略了从边缘衍射模拟。

基于ray-optical原理和几个传播机制模型,最终RT的输出是一个时变信道冲激响应(CIR) 这是大国的总和确定射线的(23]: 在哪里 , ,和表示振幅、延迟和额外的相移th射线(完全射线已发现的RT内核)。

然后 被定义为一个复杂系数;公式(1)可以写成

然后,(2)附加波极化和天线增益的影响;可以进一步表达了吗 在哪里和指示到达角(AOA)或离去角(AOD)多路径组件。因此,矢量 和 表示复杂的极化向量(24分别的天线在RX和TX。和显示额外的天线增益多路径组件在RX和TX。表示厄密共轭转置。描述了复杂的信道极化矩阵表示光的极化转移。包括传播损耗和相移根据延迟的多路径组件。可以找到更多的信息在21]。

调查mmWave频道,它仍然是mmWave通道测深测量的挑战甚至是非常昂贵和耗时的静态场景。测量高动态mmWave频道,甚至不切实际的测量mmWave通道样品以一个正常的高铁速度(在中国大约300 Km / h)。RT是一种很有前途的工具,揭示了渠道特征在高铁场景中。也是一个测量的限制之间的权衡和对渠道的需求数据。增强的RT能力准确预测渠道在高铁隧道场景中,我们表现的两种方法,本章的初始部分提到过,是最具影响力的EM和散射参数测量材料和利用RT time-interpolation算法提取小规模信道参数。

2.1。EM和散射参数采集的材料

准确的能量计算的反射和散射射线RT模拟依赖于准确的EM(相对介电常数在我们的研究)和材料的散射参数以及准确的三维数字地图的场景。一般来说,RT仿真开始确定材料构成的场景;然后和散射参数的选择从检查文献获得的材料(例如,ITU-R建议[25]),执行专门的EM方法(26),或派生从通道测量数据27]。然而,除了专门的EM方法,这些方法并不理想材料和散射参数的变化在不同的场景和条件(例如,环境湿度和密度的材料)。因此,我们测量材料的干扰在32.5 GHz的波传播使用自建试验台和估计和相应的散射参数。和材料,在这项研究中,通常是硫代铝酸盐水泥应用于高铁隧道(cf图1(一));与经典的寿衣利用建筑不同,它具有快干、强度高、压实和胶结作用需要一个专用的测量为研究未知和散射参数。

因为它是图所示1 (b),自建试验台的基础上,两个高精度旋转臂会准确的二维扫描物质的散射;TX和RX喇叭天线;和矢量网络分析仪(VNA)用于生产的测量Keysight公司N5247A与模型。VNA措施 RF-ports后两电缆之间的端到端校准过程。测量,材料挂一面旋转中心用一根绳子来消除一些不必要的干扰,这是与消声室的功能一致。因为它是见图1(一)漫散射数据,通过旋转RX, TX是固定的;当 ,我们得到反射数据。测量后,数据位与适当的过滤器来减弱一些干扰。然后,我们可以估计材料的空间测量的方法部分地基于[28];和估计验证和稍微调整测量便餐相应系数(cf。图吗2(一个))。与此同时,散射参数估计的方法类似于(22,26与模拟退火算法[]但此外29日)获得更好的散射参数的自动最小化拟合结果和测量之间的差距(cf图2 (b))。应该注意的是,该指令模型作为最重要的一个ER模型是用来测量散射辐射模式;因此频率相关和指令模型的散射参数,应该从评估过程(22,26]。

上面所描述的,一块砖头的硫代铝酸盐水泥是测量;图2说明了评估过程的相对介电常数()和散射参数(和在32.5 GHz)。图2(一个)给出了反射系数拟合曲线之间的比较和测量。的拟合曲线 ,平均误差(我)和标准差(Std)测量和拟合曲线之间的0.0070和0.0141,分别。此外,该指令模型配备测量各种事件的位置;例如,图2 (b)给出了散射时的拟合曲线 。最合适的和散射的配件分别是0.00118和120。拟合曲线和测量之间的我和性病 和 ,分别。

2.2。在RT插值算法

RT的主要缺点是高计算成本根据三维数字地图的复杂性。学习动态信道特点,尤其是高铁渠道,高时间分辨率( )所需的通道是大规模和小规模的信道特性的研究。在这项研究中,TX之间的距离和RX范围从0到1千米(公里)。研究了通道30兆赫波段,间隔的距离 和 应该足够小(通常小于半波的EM波5毫米(mm)在这项研究[31日])。几何路径插值是用来克服不切实际的模拟时间由于计算复杂度较高(32]。插值的基本思想是获取信息连续连续两个场景之间的传播路径快照。然后两者之间的线性插值将连续的路径。这个算法的详细描述(32]。

这个模拟在一个拱形隧道,最初的时间分辨率是10毫秒(女士)模拟,所以两个采样之间的初始区间快照是1米高铁的速度被认为是360公里/小时。然后,每两个之间的插值算法的快照。利用几何投影射线信息,插值的方法将会下降时间分辨率为2(2毫米的间隔距离)女士在这项研究中。因此,用很小的时间分辨率,可以保证小规模衰落参数的提取。

3所示。模拟场景和系统设置在隧道里

3.1。隧道场景模拟

在这项研究中,采用连续的拱形隧道作为高铁隧道场景。图3显示了该隧道的概述在仿真场景。图3(一个)说明了隧道的横截面包括精确的维度和TX1和RX1的位置。根据现实”II型“隧道中描述14),拱形隧道在本研究维度 ( ,在那里和被定义为隧道的最大宽度和高度,职责)。TX1和RX1的高度是6.5米和3米,分别。TX1和RX1都位于中间的隧道。之前的作品表明,完全18光滑表面构成隧道数字地图可以提供有效的结果和计算复杂度保持在合理水平。

如图3 (c),火车有两个天线安装在头部和尾部,分别;两个相邻基站(BSs)之间的距离是1公里;火车被认为是200米长。显示在图3 (c)尾巴天线(RX1)与落后的BS (TX1),而头天线(RX2)与远期BS(并)。注意,在这项研究中,唯一的通道特性联系1与对称的方式调查链接和链接2。此外,两个天线的辐射叶图3 (c)是用来说明的定向天线的指向方向用于tx。此外,图3 (b)说明了仿真的一个快照。为了描述这条隧道的通道,仿真场景和系统设置在这项研究中遵循的真正需求描述的移动通信系统(15]。模拟的场景和系统设置表中列出1。

3.2。天线安装

随着人们普遍认识到,mmWave通信系统的定向天线是必不可少的,定向天线的详细影响mmWave频道仍然缺乏仔细调查,特别是对高铁频道。换句话说,尽管使用定向天线给接收功率的高薪酬,广播频道的区别特征应用定向天线和全向天线应用之间的不清楚。因此,在这项研究中,三个天线设置使用的各种组合下定向天线和全向天线;参见图4。他们定义如下:(1)Direc.-Direc。:TX1和RX1都是定向天线。天线在TX1是静态沿着隧道而天线指向RX1 TX1天线指向相反的方向。(2)Direc.-Omni。:TX1与全向天线和定向天线和RX1。天线在TX1是静态指向沿着隧道。(3)Omni.-Omni。:TX1和RX1都是全向天线。定向天线是在极坐标画正弦图设计的水平和垂直模式。下面的研究将在描述进行无线电频道的特点三天线设置。

3.3。仿真的频率

模拟配置应遵循真实的移动通信系统中描述(15),模拟频率125 MHz带宽设置。此外,我们想要公开信道特性在31.5 GHz ~ 33.5 GHz的频率范围。因此,中心频率点的数量选择足够足够了。因此,总264中心频率点被认为是在这个研究[9,33,34]。

3.4。在模拟Multireflection顺序

RT模拟的计算复杂影响multireflection需要大量循环和遍历搜索RT内核。虽然高阶反射大大减少RT模拟的效率,高阶反射给更准确的模拟结果。因此,反射的顺序应该仔细选择。大规模RT通道模拟之前,我们研究了反射的力量贡献每个订单在同一Omni.-Omni拱形隧道。的情况。图5说明了每个订单的总功率的百分比比总接收功率反射。在图中,总的来说,很明显,整体接收功率包括权力来自洛杉矶5日反射明显的顺序到达总接收功率。因此,我们记录了1000个快照的RT计算时间考虑阶反射(cf表1)。可以看到,指数增长的计算时间的增加,反射。比较的结果图5和表1,权力的百分比反映订单的贡献高于6日不到当他们计算时间明显数百倍,低反射的订单。因此,我们有限的最大反射订单5日给准确的仿真结果,同时保持可接受的计算时间。

最后,表2概述的场景设置和仿真配置在这个研究。

4所示。研究在系统可行性和分区区域

4.1。与不同的天线安装系统的可行性

在无线通信系统中,系统的覆盖定义或控制的最低要求限比(信噪比)。信噪比计算 的值是接收功率没有小规模衰落所排除的平均接收信号与一个40吗滑动/重叠窗口(35]。通道模拟带宽;这是125 MHz。图这是噪音分贝的噪声系数表示。在这里,几乎是假定为10 dB。进一步,174−广泛用于光谱噪声功率密度1 Hz。

如图6,通道性能不同的天线附近地区设置不同的(这是一节中定义4.2)。在Direc.-Direc。和Direc.-Omni。情况下,RX1远离TX1,《组件逐渐进入照明的主瓣(3 dB波束宽度)的定向天线。这个过程会导致信噪比明显增加从15米到50米的距离。后来,当RX1搬进远地区,洛杉矶和大量仿真结果组件进入照明的定向天线的主瓣。很明显,波动的信噪比不同的天线设置在远地区进行类似的趋势。

根据图6,如果一个可靠的最小信噪比是10 dB检测(6),也就是说,系统可用最小阈值,这种通信系统在隧道可以支持超过1公里Direc.-Direc覆盖范围。和Direc.-Omni。用例。但是,很难支持1公里信号覆盖当深阴影衰落的存在。Omni.-Omni。情况下,系统只能支持覆盖范围不到50米。虽然很明显,信号覆盖的定向天线带来更好的性能,详细的信道特征仍在研究中。

4.2。区域广播频道分析的定义

因为它是图所示6,接收的信噪比明显是不同的在不同的地区。的原因主要是根据仿真中使用的天线,例如,半功率带宽(HPBW),指出方向,位置(36]。以下渠道特征应该在不同地区进行研究。图7给分区区域的草图。和是废话的高度(TX1)和RX1,分别;和的倾角和HPBW定向天线(TX1)。红色实线表示TX1指出方向。两个黑色虚线描述该地区将被天线主瓣。的值决定了附近区域和区域之间的边界,可以计算(36] 在这项研究中, , , m, m。这个角表示指向方向+(海拔)HPBW的一半。因此,的长度在这项研究中是50米。

5。高铁隧道场景中详细mmWave信道特征

这里,广播频道特点将在时间、频率和极化域为了帮助设计一个健壮且成熟的无线通信系统在高铁场景。

5.1。路径损耗和阴影衰落提取

的大规模衰退(包括路径损耗和阴影衰落)获得的平均接收功率与40-wavelength窗口(35]。的大规模衰退通常被表示为一个计程仪航程路径损耗模型路径损耗指数(): 在哪里的功能是这表明TX1和RX1之间的距离。是拦截距离(引用价值)。阴影衰落。图8给了萃取过程的一个例子在32.5 GHz的频率中心地区。请注意,以下分析路径损耗和阴影衰落主要是在遥远地区。这是因为,在附近地区,接收功率的波动主要是由天线辐射方向图。

在图8,红色实线表示的最小平方拟合结果模拟数据(蓝色)。路径损耗指数是红色实线的斜率。它在远地区大约是1.1,这表明小波传播衰减的隧道。这个角色可能来自于波导效应引起的管状结构的隧道反射衰减将足够小当入射角度的反射射线在遥远地区相当大。不同天线设置的路径损耗指数在31.5 GHz范围~ 33.5 GHz频率与统计值表计算列示3。

5.2。阴影衰落的振幅分布

表达(6),阴影衰落从大规模的衰退可以提取吗 。 是传统建模为对数正态分布分布14,36在本研究证实。

图9描述了概率密度函数(PDF) Direc.-Direc阴影衰落。在32.5 GHz的结果 dB和 dB,虽然,提取了阴影衰落(6),一些深衰落不可避免地导致没有零值 。然而,建模仍然是有价值的研究隧道的通道跟踪特性。的统计值在整个频率可以在表中找到3。

5.2.1。自相关的阴影衰落

阴影使信道深度衰落,通信链路会被打断(见图6)。为了克服潜在的通信中断,应研究阴影衰落的自相关。阴影衰落的自相关系数是设计分布式天线系统的一个重要特征,即定义为 在哪里表示期望;在距离的表达式是阴影衰落吗 ; 的表达是阴影衰落标准差的距离 。进一步,两个广泛使用的实证模型是用来适应自相关系数(14]:指数模型和802.16 j模型。前者是接受赢家II模型: 后者提出了标准IEEE 802.16 j: 在(8)和(9),是两个感兴趣的位置之间的距离(和)。主要有两个定义解相关距离 : 和 。他们现在的0.5和相关系数等于阈值 ,分别为(14]。显然,这两个模型具有相同的结构。图10给出了自相关系数在Direc.-Direc阴影衰落。远地区的情况在32.5 GHz。总之,802.16 j模型拟合当阈值是0.5。阈值时的指数模型性能更好 。

5.2.2。解相关距离的阴影衰落

补偿的深阴影衰落信道一般用于multiantennas技术。因此,天线应该分开足够长的时间来获得信道分集增益。这个距离是所谓的解相关距离。每个RX1位置沿隧道的解相关距离提取使用(7与两个阈值(0.5。在整个频率范围内31.5 GHz ~ 33.5 GHz。图(11日)是一个示例32.5 GHz的解相关距离远的地区。显然,有罕见的解相关距离差异不同的天线设置。在150米的距离,Direc.-Direc。案例揭示了一个长解相关距离,如图(11日)。整个频率范围,图11 (b)描述累积分布函数(CDF)的解相关距离三个天线的设置。此外,表3其统计值列表。

为所有三个天线设置,使用阈值计算出的解相关距离毫无疑问,超过使用阈值0.5。此外,Direc.-Direc。执行一个长解相关距离值(平均值2.5)比其他情况下(平均值2.3米和2米左右,resp)。。这些表明,解相关距离变长时,采用定向天线。

5.3。Rician接收信号的因素

信号的时变衰落特性通常是由Rician建模因素当洛杉矶组件存在(37]。的Rician因素被定义为洛杉矶组件的功率比仿真结果的总功率组件。

的Rician因子在32.5 GHz如图12(一个)。附近的地区因素的经验快速变化。在Omni.-Omni。情况下,这个过程可以被狭窄的隧道结构导致的衰减反映组件。对于其他两种情况,这种快速的变化主要源于定向天线的辐射方向图。在遥远的地区,所有三个天线的因素设置慢慢减少。此外,图12 (b)给三个天线的运作进行设置在整个频率范围内31.5 GHz ~ 33.5 GHz附近地区和地区。很明显,在附近地区因素变化强烈。但是,在遥远的地区,三个之间的差异因素是相当小的。表中列出的统计值3我们发现在哪里因素(dB)是积极的在附近的地区,但消极在遥远的地区。这个特征表明,接收到的信号变化的主导力量贡献从洛杉矶组件到组件仿真结果。

5.4。延迟特性的隧道

均方根(RMS)延迟扩展被广泛称为单一参数,可以提供一个快速通道延迟特性的概述。它被定义为归一化二阶矩特征的能量延迟概要(PDP)通道延迟色散(37]。在这项研究中,RMS时延扩展计算如下: 在哪里RMS时延扩展;的力量雷。因为所有的射线与某些特定的延迟,权力,和角度信息,(10)是有效的计算直接从射线RT内核的RMS时延扩展的结果。

图14描述CDFs的RMS时延扩散在整个模拟频率提取的每一个快照。显然,当使用定向天线系统中,RMS时延扩展将减少特别是在附近地区。这些结果符合这一现象显示在图13专门比较了pdp的三天线设置在附近地区。很明显,定向天线可以是一个伟大的空间滤波器在附近地区减弱多路径组件不被定向天线的主瓣。因此,当定向天线,在TX1和RX1 RMS时延扩展的最小值可以得到大约是2.12 ns远地区附近地区和0.47。

5.5。多普勒特性的隧道

正如前面所讨论的那样,高铁频道在隧道模拟速度为360公里/小时。因此,渠道上的多普勒效应被广泛的兴趣,因为它给出了物理解释引起的频移运动(37]。我们可以看到在图15显然,在附近地区,火车运动传播Omni.-Omni的多普勒频谱。情况;但频谱显示稳定的多普勒频移与有限的频率远地区的传播。附近地区的多普勒频谱的引人注目的变化在一定程度上是由于这一事实接受光线的入射角度稀疏和变化迅速,然而,在遥远的地区,收到光线的入射角度非常接近,变化缓慢(指的是隧道狭窄的结构),导致多普勒频率稳定。与此同时,由于定向天线变弱在附近地区大量的射线,人物16说明了详细的定向天线对多普勒谱的影响,一些不同的多普勒光谱差异明显。更好的评价多普勒效应,平均多普勒频移和RMS的CDFs多普勒扩散三种天线设置在整个频率图进行了研究17。这两个参数是多普勒谱的时刻,可以计算出类似于PDP的时刻37]。根据图17和表中列出的统计值3从图,得出相同的结论16可以获得定向天线就像一个空间滤波器造成更大的平均多普勒频移和降低高铁隧道的RMS多普勒扩散。

一般来说,研究了多普勒效应与其他二阶衰落统计也密切相关通道动态特性和接收信号的质量。他们是水平交叉汇率(LCR)和平均消退时间(儿)38]。详细的图(18日)远地区,曲线代表电感电容电阻测量显示出更低的电感电容电阻测量相比,在附近地区;和Direc.-Direc的结果。远地区的情况显示了最小电感电容电阻测量。这些现象与观察结果在多普勒光谱(cf数据16和17)。此外,由于远地区的电感电容电阻测量是远远低于电感电容电阻测量附近地区,远地区的多普勒频率与最低多普勒扩散,因此更稳定意味着转变。然而,尽管情况表现出图18 (b)没有明确的区分不同的区域,Direc.-Direc的情况。情况仍然显示了最小值。和三天线设置在远地区发展署急剧增加,当变频器计算阈值是0分贝左右,表明弱快衰落通道远地区的特点以及较弱的多普勒扩散。

5.6。偏振特性的隧道

上面的信道特性的分析描述垂直极化。然而,隧道的通道极化特征系统设计有一定的参考价值。垂直极化天线的辐射信号将经验相互作用,导致水平极化组件之前到达RX,反之亦然(37]。这个过程就是所谓的去极化过程,描述了 矩阵所制定的 。然后,交叉极化鉴别(XPD包括和)被邀请,这表明泄漏从一个极化到另一个由去极化效应(39,40]: 在哪里指的是电力传输垂直极化和水平极化。 , ,和相应的定义。

图(19日)说明了和在Direc.-Direc模拟数据。附带的拟合线。的去极化过程通道发现类似的垂直和水平极化信号在32.5 GHz。隧道的管状结构导致的去极化过程通道显然不喜欢垂直或水平极化信号。此外,xpd在附近地区的值在遥远地区比价值更大。随着洛组件不能去极化的和逐渐被天线主瓣在附近地区,分子(11)会增加天线增益附加到洛杉矶组件。这将导致一个明显的变化,如图(19日)。

数据19 (b)和19 (c)CDFs的显示和三天线设置在整个频率在不同的地区。我们知道使用定向天线可以挡去极化通道附近地区的过程。去极化过程的结果的统计值在隧道中可以找到表中3。

5.7。相关的讨论

基于广播信道特点和上述分析,表3列出所有的统计值参数。然后,可以讨论如下:(1)路径损耗:每个天线安装的路径损耗指数都在远地区约1.1。管状和狭窄的隧道结构可能导致波导传播的远地区的接收功率进行补偿。(2)阴影衰落:对数正态分布分布可以适合阴影衰落,阴影衰落标准差三天线设置类似,约3.4 dB在遥远的地区。这个数字接近隧道在5.7 GHz的测量结果14]。(3)解相关距离:深衰落引起的阴影衰落将减少接收功率和系统容量衰减。也可能,它可能导致乒乓效应,当系统处于交接。计算出的解相关距离阈值很明显大于0.5,使用阈值。Direc.-Direc的平均值。例大约是2.5米(阈值0.5)比其他情况下。总之,根据定向天线用于系统,解相关距离增加0.2 - -0.4米。(4)Rician因素:因素在两个区域显示差异,特别是Direc.-Direc。情况的区别两个地区的平均值是25分贝左右。即使因素有很大的变化在不同的地区,因素不同的天线设置在远地区几乎没有差异(约−6 dB)。(5)RMS时延扩展:RMS时延扩展将死去时,采用定向天线。附近地区的定向天线执行作为一个空间滤波器可以减少1 - 1.5 ns的RMS时延扩展。在遥远的地区,RMS时延传播不同的天线设置小于1 ns,和Direc.-Direc。情况下,数量会少于0.5 ns。(6)RMS多普勒扩散:有不到100 Hz RMS多普勒扩散的变化在一个或两个定向天线系统中使用。远地区的所有RMS多普勒扩散约0.41 kHz。此外,RMS多普勒扩散的影响可能小于RMS时延扩展当定向天线。(7)xpd: Direc.-Direc。和Direc.-Omni。情况下,有趣的是发现的平均值和在附近地区很近,有一个在远地区差异为1.7 dB。Omni.-Omni。情况下,的值2 dB比吗在这两个地区。自从在抵抗垂直极化信号显示了优势去极化在隧道水平极化信号相比,最好是部署在拱形隧道垂直极化天线。

6。结论

摘要30兆赫波段高铁无线信道在一个拱形隧道不同天线设置由RT调查工具。加强RT为更准确的模拟,一个特殊的材料进行测量活动的水泥隧道的主要建筑材料。然后,一个高级time-interpolation方法描述中提取小规模的信道特征。这两个步骤的工作承诺和坚实的基础广泛的通道模拟31.5 GHz ~ 33.5 GHz。信道特性发现广泛的在不同地区不同。结果表明,定向天线部署TX和RX可以显著提高移动通信系统的覆盖范围。但是定向天线将带来更大的解相关距离的广播频道。因此,天线之间的时间间隔在RX(如果应用multiantennas)应由超过2.5克服阴影衰落。与此同时,定向天线的空间滤波器,明显变弱的光线天线主瓣,特别是当RX接近TX。这些影响大大降低附近地区的RMS时延扩展。实际上,比较全向天线、定向天线主要影响通道附近地区的特点,但它很少影响通道特征在遥远的地区。 Considering the length of the near region is around 50 m in the study, the HSR will get through the near region in a flash (0.5 second). In this moment when the channel changes with extreme rapidity, it is difficult to keep a reliable communication link. So, advanced handover strategies should be considered before or after HSR getting through the near region. Finally, the vertical polarized antenna is suggested in this arched tunnel rather than horizontal polarized antenna.

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由学院信息与通信技术促进(IITP)由韩国政府拨款(MSIT)(没有。2014-0-00282,5 g移动通信技术的发展为高度智能的服务)。

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