城市轨道交通隧道环境下大规模MIMO信道建模

随着人们对城市轨道交通环境下通信业务需求的日益增加,隧道中无线移动通信系统的研究逐渐成为一个热点。由于隧道环境的独特性、列车的移动性以及乘客宽带接入的集中性,建立一个合理可靠的无线信道模型成为研究重点。基于隧道环境的封闭特性,引入列车移动速度和天线元素仰角等参数,建立一个三维大规模多输入多输出3D Massive MIMO(3Dimensional Massive Multiple Input Multiple Output)信道模型,分析该模型的信道统计特性,研究影响信道空时相关特性的因素集合,并与传统的二维2D信道模型进行比较。仿真结果表明,时延、归一化天线元素距离及接收端天线仰角对空时相关特性有较大影响,3D模型比2D模型具有更小的信道相关性。     

地铁隧道5G天线布局对MIMO性能的影响

为推广第五代无线通信系统（5G）大规模多输入多输出系统（Massive MIMO）技术在地铁中的应用,使用射线跟踪预测在隧道场景中,不同阵列的布局对MassiveMIMO系统性能的影响。对射线跟踪法进行校准,确定隧道场景下的相关参数,通过以5.6 GHz为中心的160 M带宽的射线跟踪仿真,分析MassiveMIMO系统中多种天线阵列布局下的系统容量、路径损耗以及均方根时延,对5G通信系统中的天线与基站设计有参考意义。     

空间环境介质对应答器“A”接口性能的影响研究

针对应答器易受周围复杂空间电磁环境影响的问题,研究铁路现场各类损耗介质、无金属区内金属介质对应答器系统的射频场"A4"接口和上行链路场"A1"接口的影响。基于应答器系统简化电路对精简参考环和BTM天线建立FEKO模型,根据实测数据对模型的适用性进行验证,仿真各类损耗介质下电磁波的穿透特性和金属介质下电磁波的分布特征。基于该特性特征和真实应答器的输入输出特性(IO),得到了各类损耗介质和金属介质影响下应答器和BTM天线的有效作用范围。研究结果表明各类损耗介质不能超过其特定厚度,无金属区内的良导体最大横截面不能超过300mm×300mm。无砟道床钢筋网的绝缘节破损会大幅降低"A"接口的传输性能。     

高速列车接地系统对车体电流及过电压分布的影响分析

高速列车独特的轮轨耦合移动接地系统在其行车安全方面起到关键作用,不合理的接地设置无法有效降低车体暂态过电压幅值,会造成设备绝缘击穿,同时,窜入车体的环流会恶化车载设备、轴承的电磁环境,车载设备与人员安全也需要得到充分保障。因此,对高速列车的移动接地系统性能研究,需要兼顾接地电流与车体过电压两项重要指标进行优化改进,服务于提升动车组长期的服役性能。以吸上线区间和电分相区间的“车-所-网”供电和回流系统为例,对动车组车载设备进行参数测量,对“车-所-网”供电系统进行等值计算。基于车载关键设备的实测阻抗参数,构建“车-轨-网”牵引供电系统的等效电路模型,研究车载牵引供电系统高压侧操作过电压特性以及车体过电压的传播规律,解析列车接地系统对车轨环流及车体过电压分布的影响机制,并结合接地回流及车体过电压两方面指标,对比不同接地阻抗参数及布局方式对车体过电压与车轨环流的影响规律。最终,获得一套基于调整电阻、电感以及接地方式的平衡了电压与电流的优化方案。     

无线CBTC数据通信系统的射频信号传播研究

结合上海市城市轨道交通8号线的信号工程,研究并提出隧道中无线CBTC数据通信系统的无线射频信号理论传播模型;从理论模型和实地无线勘测的角度,对无线信号在隧道中的传播特性进行研究及分析.     

高速移动环境大规模MIMO信道建模与性能分析

基于几何随机分布模型GBSM的信道建模方法,建立高速铁路系统中深沟堑场景下大规模MIMO的三维3D信道模型。模型中实际散射体等价为随机分布在接收端的虚拟圆柱体表面的等效散射体,使用虚拟的球体表征Massive MIMO的不平衡特性;分析信道统计特性中的时空特性,得出空时相关函数STCF的闭式表达式。通过对STCF进行傅里叶变换得到相应的多普勒频谱密度。仿真表明,闭式表达式正确,3D模型比2D模型更好地反映了实际的电磁波传播场景,影响STCF绝对值的主要是移动台天线阵列的仰角,基站侧天线阵列仰角的改变几乎不影响STCF绝对值。     

LTE MIMO 2×2技术在地铁民用通信覆盖中的实现

地铁站及地铁运行的隧道区间具有无线信号传播特征明显、用户集中且数据业务需求大的特点,是LTE网络需要重点覆盖的区域。通过分析地铁站及地铁车辆运行隧道区间的无线传播环境、覆盖特点,以宁波市轨道交通一号线1期工程民用通信系统为例,提出了基于LTE MIMO 2×2技术的具体覆盖解决方案。     

车载BTM天线电磁干扰耦合规律研究

在地面应答器与车载BTM天线进行信号传输的过程中,车载设备很容易受到电磁干扰,其中以瞬态脉冲干扰最为频繁也最为严重,开展车载BTM天线的电磁干扰耦合规律研究,掌握其干扰耦合特性,对于保障列车信号正常传输具有重要意义。本文首先从应答器系统的工作原理与传输特性出发,对车载BTM天线进行仿真建模分析;针对典型脉冲干扰信号进行时域、频域以及能量分布分析;基于建立的车载BTM天线模型,仿真计算了车载BTM天线端口耦合电流在不同类型、不同极化角度、不同入射角度干扰信号影响下的大小。研究表明,在水平极化脉冲信号干扰下,其对车载BTM天线造成的电磁干扰影响远大于垂直极化,且当其入射方向与车载BTM天线主瓣方向一致时,对车载BTM天线的影响最大。     

提升高铁无线覆盖的一种方法

主要分析传统光线网络面向高速铁路提供服务时面临的一些难题,并提出一种较为新颖的解决方案,将车体做为一个终端用户,通过车体改造增加外置天线组,在车内进行室内分布系统改造,可以有效解决车体损耗大的问题,提高高速铁路车厢环境的无线网络覆盖质量,改善用户体验,提升运营商品牌.     

5G-R高铁车站场景MIMO天线阵列结构与传输性能研究

面向5G-R高铁车站应用场景,在2 155～2 165 MHz频段采用射线跟踪仿真技术,对4种不同天线阵列排布方式的MIMO系统多层传输性能进行对比研究。通过研究采取不同收发端天线阵列排布方式时的信道相关性,计算每个接收点位所能达到的MIMO系统最大传输层数,获取各层数对应的信噪比,计算在不同调制方式、不同天线排布方式下每个接收点位的下行峰值传输速率,确定面向5G-R高铁车站场景的MIMO系统最佳传输层数。仿真验证结果表明,面向5G-R频段高铁车站应用场景,基站端采用线阵、车载端采用方阵排列,可取得最佳峰值传输速率。研究结果可为5G-R专网建设中高铁车站部署MIMO系统提供技术积累和理论依据。     

加装屏蔽板后应答器传输模块天线性能的研究

为了保护应答器传输模块(BTM)天线不被线路上扬起的道砟损伤,以及尽量减少车底复杂电磁环境对BTM天线的干扰,在BTM天线四周加装钢材质的屏蔽板。通过仿真计算,分析屏蔽板取不同高度、距BTM天线不同水平距离时BTM天线的回波损耗以及与频率的关系,确定屏蔽板的高度为150mm,距BTM天线的水平距离为100mm。基于毕奥-萨伐定理计算BTM天线的磁场强度,并仿真BTM天线磁场强度的分布以及对干扰信号的衰减。结果表明:加装屏蔽板后,不仅没有影响BTM天线的信号传输性能,还在一定程度上增加了天线的有效通信范围和对干扰信号的衰减,提高了接收信号的信干噪比,从而降低了误码率。对BTM天线加装屏蔽板的实车试运行结果也表明:所设计加装的屏蔽板,既能保护BTM天线,又能保证BTM天线正常的信号传输。     

速度350 km/h高速列车车体时间常数气密阈值特性初探

高速列车通过隧道时产生较大压力波动,瞬态压力变化的同时由车外向车内传递,车内外压力波动对车体形成剧烈的气动载荷,将影响车体使用寿命。同时,不同时间间隔内车内压力变化率同司乘人员的乘坐舒适度密切相关,探讨不同时间间隔标准下高速列车通过不同长度隧道时车辆自身的动态时间常数值具有重要意义。基于国内单双线隧道基础参数和CR400BF型动车组相关技术参数,应用一维可压缩不等熵流动模型的广义黎曼变量特征线方法计算列车通过隧道过程中车内外压力波动随时间历程特性,归纳车内外最大正压值、最大负压值、车外压力峰峰值和车内外同时刻压差最大值的变化规律。按照中国、德国、ERRI、UIC不同标准舒适度标准要求计算列车所需达到的时间常数气密阈值,比较4种标准下时间常数气密阈值随隧道长度增加的变化规律。     

高速磁浮交通毫米波通信系统场强测试分析

为了研究高速磁浮交通毫米波通信系统的信号传输性能,在同济大学嘉定校区1.5 km磁浮试验线上全面测试了试验线沿线基站的场强覆盖,计算了试验线各基站的路径损耗.通过对测试结果进行分析,得到了磁浮典型场景下毫米波信道的特性数据,并以此预测了不同基站、不同功率、不同距离下的信号场强覆盖指标.     

重联动车组通过隧道时气动性能研究

为研究重联动车组通过隧道时重联区域对列车气动性能的影响,采用三维、可压和非定常N-S方程的数值计算方法,对重联动车组通过隧道时压缩波与膨胀波的传播特性,列车表面压力和隧道壁面压力变化特性进行研究。研究结果表明:数值计算与动模型试验相比,压力变化曲线吻合较好,幅值偏差不超过7%,重联区域前段流线型头部进入隧道,产生膨胀波,重联区域后段流线型头部进入隧道,产生压缩波,由于重联区域产生的膨胀波和压缩波之间的时间间隔短,导致膨胀效应和压缩效应相互抵消,车体表面和隧道壁面压力变化不显著,当重联区域经过隧道壁面测点时,重联区域车体表面压力变化影响隧道壁面压力变化,使隧道壁面测点压力产生先升后降的波动。     

横风下车体运动对高速列车气动性能的影响

为揭示横风下车体运动对高速列车气动性能的影响规律,通过数值模拟对典型车体运动形态下的横风气动性能开展研究。首先基于实车试验确定了横风下的车体典型运动形态并定义研究工况,然后通过改进的延迟分离涡模拟(IDDES)方法详细分析不同工况下的车体与转向架的气动载荷,以及列车周围的流场结构与表面压力变化情况。研究结果表明：横风下高速列车车体运动主要表现为侧滚与横移,车体的侧滚运动对列车升力的影响最明显,头、中、尾车升力均随着车体从迎风侧向背风侧运动而增大,并且车体向背风侧运动时,头车升力增大的幅度大于车体向迎风侧运动相同角度时减小的幅度;当车体运动时,第1转向架横向力、升力与倾覆力矩均增大;车体运动对列车头部、背风侧以及尾部的流动均有较明显的影响,车体向背风侧运动时,头车鼻尖区域流速降低,尾车鼻尖位置的高速流区扩大,并且由头部位置分离在背风侧形成的旋涡结构与车体的夹角呈增大趋势,旋涡流速减小;车体向迎风侧运动时,头车鼻尖区域流速增大,尾车鼻尖位置的高速流区缩小,并且从头部位置分离在背风侧形成的旋涡结构与车体的夹角呈减小趋势,而旋涡流速增大。     

高速铁路环境下多输入多输出信道容量分析

根据高速铁路环境,在接收机已知信道状态信息(CSI)而发射机未知CSI的条件下,研究窄带和宽带多输入多输出(MIMO)信道容量计算方法。采用该方法对算例仿真的结果表明:莱斯因子对MIMO信道截止容量的影响较大,对遍历容量的影响则可以忽略不计;MIMO信道容量随着天线数量的增加而显著增加,但并非线性增加;当采用均匀线阵(ULA)时,基站和移动台天线垂直于铁路线路方向放置可以获得更大的信道容量;ULA的天线间距以10倍波长为宜;合理配置天线,在高速铁路环境下,MIMO信道也可获得较高的容量。     

一种基于MIMO系统的三维空时无线信道仿真模型

提出一种基于多输入多输出(MIMO)系统的三维空时无线信道仿真模型。针对双发射/双接收天线情况,利用频率-延迟-角度的联合统计相关函数,推导含有散射体、波达角、角度延展及时延等信道参数的无线信道响应模型。模型具有能够通过仰角和方位角观察多普勒频移的变化,能够精确地描述不同接收天线的相位延迟,空时特征容易参数化等特点。利用Matlab仿真软件在宏小区和微小区仿真环境下测试该模型,试验结果表明,从任意发射天线到任意接收天线的幅度增益并没有受到固定散射体较大的干扰,基站和移动端空间相关性系数的理论值与仿真值都能较好地匹配。     

不同速度条件下高速铁路动车组振动响应和平稳性分析北大核心

动车组车体振动加速度是表征车辆运行状态的重要参数,也是评价车辆平稳性的关键指标。本文基于实车试验和仿真计算数据,研究不同速度条件下动车组车体振动加速度分布及时频域响应特征,得出了车体振动加速度和出现频次之间的函数关系,获取了轮对周长、轨道板长度、简支梁跨度等车体及线下基础设施周期性不平顺激励引起的车体振动响应与动车组运行速度的相关性特征。通过平稳性分析,得出了动车组平稳性和舒适度指标随动车组运行速度提升的变化规律。研究成果可为线路全程舒适性评估和线路方案优化提供支撑。     

高速列车表面脉动压力流致振动响应研究

为研究高速列车表面脉动压力对车内噪声的影响原理,通过小波阈值去噪与相关性系数相结合的方法,提取某线路实测车厢外壁气压信号,得到脉动压力值;采用有限元方法建立中间车体结构、流场以及"结构-流场"流致振动耦合模型,分析耦合系统模态频率,并将提取的脉动压力对耦合模型进行冲击加载,分析车体结构位移及车内气压变化情况。结果表明,车窗处振动位移最大,车体结构振动位移与车体结构固有特性以及加载压力频谱特性有关;车内气压级主要集中在100 Hz以下的中低频段,车体两侧气压比车内中部气压大,靠近车壁处气压更易受车体结构模态影响,车内气压级、耦合系统模态频率与车体振动位移特性有关。     

车下设备连接参数对车体振动特性影响研究

通过采用模态叠加法建立其对应的广义坐标方程,建立车体和车下设备系统耦合振动的简化模型,仿真分析某高速列车车下设备与车体系统的耦合振动特性。针对设备质量、安装刚度及安装阻尼等参数的变化,通过仿真计算得出了设备结构参数对系统振动响应的影响曲线。根据数值分析结果,对车体及车下设备减振设计提出了一些措施。