基于WLAN的地铁隧道中电磁波传播预测研究

论文摘要

地铁无线通信技术是影响城市轨道交通规划和发展的关键因素之一。本文对基于WLAN 802.11标准的地铁无线通信的研究具有重要意义。本文围绕着无线射频电磁波在地铁隧道环境中的传播预测方法进行研究、分析与仿真。为了准确的预测隧道内各处电磁波的场强和功率,本文首先研究了电磁波在无线信道中的传播特性和实际隧道的构造特征,然后对电磁波的传播环境进行模拟,即对地铁隧道进行三维建模并配置无线接入点和无线车载接收单元的天线参数等。本文的工作重点是研究和优化两种基于几何光学的电磁波传播预测算法。一是基于镜像点的光线追踪算法,二是基于离散光束的光线追踪算法,利用这两种算法跟踪并计算电磁波传播过程中的路径损耗,从而估计隧道空间各处的场强和接收功率。鉴于地铁隧道环境的封闭性和规则性,本文对以上两种算法进行了优化改进,极大地降低了算法的计算复杂度和仿真时间,使其更加实用。为了验证光线追踪算法的性能,本文在大量不同的条件下进行仿真,根据仿真结果找出影响电磁波强度变化的主要因素,并提出更加简单的拟合计算公式。最后,通过对比仿真结果和实际的测试结果,验证光线追踪算法和拟合计算公式的实用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2 802.11无线局域网
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 1.5 本章小结
• 第二章 无线信道传播模型
• 2.1 发送与接收信号
• 2.2 路径损耗
• 2.3 自由空间传播模型
• 2.4 光线跟踪传播模型
• 2.4.1 Two-Ray模型
• 2.4.2 Ten-Ray模型
• 2.5 路径损耗的经验模型
• 2.6 本章小结
• 第三章 三维空间仿真环境的模拟
• 3.1 三维空间建模
• 3.2 建立地铁隧道
• 3.2.1 直线隧道
• 3.2.2 缓和曲线
• 3.2.3 圆弧线
• 3.3 天线
• 3.3.1 天线主要参数
• 3.3.2 天线对象建模
• 3.4 电磁波
• 3.4.1 电磁波的反射与折射
• 3.4.2 电磁波场强建模
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于两种光线追踪算法的电磁波传播建模
• 4.1 概述
• 4.2 基于发散光束的光线追踪（RAY LAUNCHING）
• 4.2.1 Ray Launching基本算法
• 4.2.2 Ray Launching算法实现
• 4.2.3 Ray Launching算法在地铁隧道中的简化
• 4.3 基于镜像点的光线追踪（IMAGED RAY TRACING）
• 4.3.1 Imaged ray tracing基本算法
• 4.3.2 Imaged ray tracing算法实现
• 4.3.3 ray tracing算法的优化
• 4.4 本章小结
• 第五章 地铁无线电磁波传播模型的仿真与测试
• 5.1 仿真环境
• 5.2 仿真参数设置
• 5.3 仿真分析隧道中接收功率的不同影响因素
• 5.4 复杂地铁场景的综合仿真与测试
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 回顾与总结
• 6.2 展望未来
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读学位期间发表的学术论文目录