轨道交通电波传播与无线信道建模

第1章 电波传播与无线信道 1

1.1 电波传播 1

1.1.1 水下电波传播 4

1.1.2 空中机载电波传播 5

1.1.3 铁路场景电波传播 6

1.2 无线信道 6

1.2.1 无线信道概述 6

1.2.2 无线信道模型 7

1.2.3 常用的信道建模方法 9

1.3 电波传播与无线信道建模研究现状 10

1.3.1 新一代移动通信系统给电波传播与无线信道建模带来的挑战 10

1.3.2 电波传播与无线信道建模的研究热点 11

1.3.3 多天线信道特性及建模研究 13

1.3.4 MIMO系统无线信道历代标准模型 18

本章参考文献 20

第2章 相关数学知识 29

2.1 随机过程 29

2.1.1 随机过程定义 29

2.1.2 随机过程的数字特征 30

2.1.3 平稳随机过程 30

2.1.4 常用的随机过程 32

2.2 矩阵论 34

2.2.1 矩阵基本定义 34

2.2.2 矩阵乘积 36

2.3 数学物理方程 40

2.3.1 数学物理方程的导出 41

2.3.2 定解条件 43

2.3.3 分离变数法 44

本章小结 48

本章参考文献 48

第3章 电波传播机制与无线信道衰落机理 50

3.1 电波传播机制 50

3.1.1 自由空间传播 50

3.1.2 反射 51

3.1.3 绕射 51

3.1.4 散射 53

3.1.5 其他传播机制 54

3.2 阴影衰落 54

3.3 多径快衰落 57

3.3.1 幅度衰落统计分布 57

3.3.2 多径快衰落特性参数 60

3.4 多普勒扩展 62

3.4.1 多普勒扩展 62

3.4.2 相干时间 63

3.5 快速时变非平稳信道 64

3.5.1 线性时变信道（LTV） 64

3.5.2 广义平稳非相关散射信道 65

3.5.3 非广义平稳非相关散射信道 66

3.5.4 快速时变非平稳信道 68

3.6 簇与子簇 68

3.7 零时延子簇与中径 74

3.7.1 零时延子簇 74

3.7.2 中径 77

本章小结 78

本章参考文献 78

第4章 无线信道类型 88

4.1 窄带信道 88

4.2 宽带信道 89

4.3 超宽带信道 91

4.3.1 基本概念 91

4.3.2 UWB模型 92

4.4 中继信道 95

4.5 广播信道 99

4.6 汽车对汽车通信信道 101

4.6.1 概况 101

4.6.2 车对车通信协议 102

4.6.3 V2V中的传播信道 106

4.7 列车对列车通信信道 108

本章小结 112

本章参考文献 112

第5章 无线信道模型 118

5.1 1G、2G信道模型 118

5.1.1 大尺度传播模型 119

5.1.2 小尺度快衰落信道模型 133

5.2 3G信道模型 140

5.2.1 信道模型概述 141

5.2.2 大尺度路径损耗模型 141

5.2.3 信道冲激响应模型 144

5.3 3.9G信道模型 147

5.3.1 测试场景类型 147

5.3.2 信道模型 149

5.3.3 SCME信道模型 153

5.4 4G信道模型 156

5.4.1 4G信道模型发展历程 156

5.4.2 4G信道模型适用场景 157

5.4.3 4G信道模型建模方法 158

5.4.4 4G信道模型比较及结论 161

5.5 5G信道模型 162

本章小结 165

本章参考文献 165

第6章 WINNER模型 168

6.1 WINNER工作组 168

6.1.1 WINNER概述 168

6.1.2 WINNER的目标与合作 169

6.1.3 WINNER工作组大事记 169

6.2 WINNER场景划分 171

6.3 WINNER信道模型 173

6.3.1 3GPP空间信道模型SCM 173

6.3.2 WINNER I SCM扩展模型（SCME） 174

6.3.3 WINNER信道模型 175

6.4 WINNER高速铁路信道模型 176

6.5 WINNER Ⅱ信道模型的实现 189

6.5.1 WINNER Ⅱ信道模型仿真流程 189

6.5.2 WINNER Ⅱ信道模型仿真实现及仿真结果 193

本章小结 198

本章参考文献 199

第7章 无线信道建模方法 201

7.1 电波传播预测建模 201

7.1.1 统计性建模 201

7.1.2 确定性建模 206

7.1.3 半确定性建模 213

7.1.4 其他确定性建模 214

7.1.5 路径损耗建模性能比较 215

7.2 信道参数萃取方法 216

7.2.1 基于物理信道的双定向信道参数估计 216

7.2.2 基于虚拟阵列的双定向信道参数估计 218

7.3 基于GIS的建模 227

7.3.1 GIS概述 227

7.3.2 基于DEM的地形分析 228

7.3.3 空间数据可视化 229

7.3.4 基于地理信息系统的建模方法 230

7.4 基于射线跟踪法的建模 237

7.4.1 射线跟踪方法的理论依据 237

7.4.2 射线跟踪方法的建模方法 239

7.4.3 基于射线跟踪法的信道模型 242

7.4.4 真实高速铁路场景中基于射线跟踪法的确定性信道建模 243

本章小结 251

本章参考文献 251

第8章 轨道交通复杂环境下的无线信道建模 265

8.1 高速铁路复杂场景划分 266

8.2 天线建模 271

8.3 高架桥场景建模 274

8.3.1 无线传播信道建模方法 274

8.3.2 高架桥传播信道建模 276

8.4 路堑场景建模 290

8.5 隧道场景建模 295

8.5.1 隧道内常用建模方法及电波传播特征 298

8.5.2 不同类型隧道中的电波传播特性 303

8.6 多输入多输出系统建模 315

8.6.1 MIMO信道建模的国内外研究进展 316

8.6.2 MIMO系统的时变性及相关性 325

8.7 车对车（V2V）信道建模 333

8.7.1 非几何的随机性建模 335

8.7.2 基于几何的确定性建模 340

8.7.3 基于几何的随机性建模 344

8.8 列车对列车通信信道建模 375

8.8.1 车辆通信中的传播信道 375

8.8.2 列车对列车通信中的信道 379

本章小结 385

本章参考文献 387

第9章 基于电磁转换技术的无线场强覆盖 407

9.1 电磁转换技术 407

9.2 电磁转换设计方法 408

9.3 电磁转换技术应用实例 410

本章小结 421

本章参考文献 421

第10章 无线信道仿真 423

10.1 概述 423

10.2 噪声信道仿真 424

10.2.1 热噪声 424

10.2.2 人为噪声 425

10.2.3 接收机噪声 425

10.2.4 白噪声的仿真 425

10.3 多径信道仿真 427

10.3.1 广义平稳非相关散射（WSSUS） 429

10.3.2 多径信道等效低通表示 430

10.3.3 窄带多径信道仿真 431

10.4 多普勒频移与扩展 434

10.5 时变信道仿真 440

10.5.1 成形滤波法 440

10.5.2 正弦波叠加法 441

10.5.3 Jakes仿真法 442

10.6 宽带时变多径信道仿真 443

10.7 MIMO信道仿真 444

10.8 半实物仿真 448

本章小结 451

本章参考文献 451