[发明专利]一种高速铁路隧道无线通信信道建模方法

权利要求书

1.一种高速铁路隧道无线通信信道建模方法，其特征在于所述高速铁路隧道无线通信信道建模方法包括以下步骤：建立铁路隧道的三维模型；在三维模型中选取发射天线和接收天线的安装位置；使用射线跟踪法计算电磁波从所述发射天线到所述接收天线的传输过程；

使用射线跟踪法计算电磁波从所述发射天线到所述接收天线的传输过程包括以下步骤：将所述发射天线发出的球面波划分为若干个射线管；在所述铁路隧道的所述三维模型内跟踪各所述射线管在传输过程中与障碍物的交点，并计算所述障碍物造成的反射和折射对所述射线管的影响；当所述发射天线与所述接收天线之间的所述铁路隧道为直隧道时，根据各经过所述接收天线的射线管计算所述接收天线的接收功率；当所述发射天线与所述接收天线之间的铁路隧道为弯隧道时，根据各经过所述接收天线的射线管计算所述接收天线接收的平均接收功率；

计算所述接收天线的接收功率的过程中，经过所述接收天线的所述射线管包括直射的所述射线管以及经过所述铁路隧道的内表面反射的所述射线管；所述接收天线的接收功率P_r的计算公式如下所示：

其中：P_t是所述发射天线的发射功率，λ是自由空间波长，r是所述接收天线与所述发射天线之间的直达路径长度，N是经过所述接收天线的所述射线管的总数，G_d(x)是电磁波直达路径方向上的所述接收天线的增益积，r_i是所述接收天线之间的第i条射线管的反射路径长，是第i条射线管的反射路径上的所述接收天线的天线增益积；R_i是第i条射线管的反射路径上的所有反射系数乘积；θi表示入射角。

2.根据权利要求1所述的一种高速铁路隧道无线通信信道建模方法，其特征在于计算所述接收天线的平均接收功率的过程中，经过所述接收天线的所述射线管包括直射的所述射线管、经过反射的所述射线管以及绕射的所述射线管；接收天线接收的平均接收功率的计算公式如下所示：

其中：λ是自由空间波长，β＝ω/c，η₀为电磁场传播介质数值、ω为每秒角度变化的量、c为每秒光运行的距离，N_p是经过所述接收天线的所述射线管的总数，E_θ,i是第i条所述射线管的电场的θ分量，E_φ,i是第i条所述射线管的电场的φ分量，g_θ(θ_i,φ_i)以及g_φ(θ_i,φ_i)的计算公式如下所示：

其中：G_θ(θ_i,φ_i)是发射天线增益的θ分量，ψ_θ是远场相对相位的θ分量，G_φ(θ_i,φ_i)是发射天线增益的φ分量，ψ_φ是远场相对相位的φ分量。

3.根据权利要求2所述的一种高速铁路隧道无线通信信道建模方法，其特征在于第i条所述射线管的电场的θ分量E_θ,i的计算公式如下所示：

其中：η₀为电磁场传播介质数值,P_T为发射天线的辐射功率，β＝ω/c，r_TR表示收发两端的距离，K为射线管经隧道顶面反射的次数，是与入射平面平行的电场分量的反射系数，T为射线管经隧道地面反射的次数，是与入射平面平行的电场分量的反射系数，N为射线管经隧道垂直平面反射的次数，是与入射平面垂直的平面场强的第θ次反射的反射系数，M为射线管经过边缘绕射的次数，是与入射平面垂直的平面场强的第θ次反射的反射系数，r_TD是发射天线到绕射点的距离，r_DR绕射点到接收天线的距离，D_s是UTD边缘绕射系数。