有車隧道環境下電波傳播特性的研究

宋丹　汪嘉文　高立東　施秦建

【摘要】 本文基于入射及反彈射線法/鏡像法對有車隧道環境的電波傳播進行了仿真和分析，通過在仿真中得到的接收功率和時延擴展等傳播參數，分析隧道內電波傳播的特性，為簡化隧道電波播模型提供依據。

【關鍵詞】 入射及反彈射線法/鏡像方法 有車隧道 傳播特性

一、引言

當今社會經濟快速發展，隧道環境也已經成為現代無線通信中的一個重要環境。文獻[1、2]基于射線跟蹤原理，研究了矩形隧道中電波傳播的時延特性。文獻[3]從理論與實驗的角度研究隧道內電波傳播的快衰落與慢衰落及時延的頻率特性。

這些討論的都是簡單的長、直、空隧道環境下電波傳播的特性，忽略了隧道中的車輛，有車輛行駛的隧道才是我們日常生活最常見到的隧道環境。因此，本文基于入射及反彈射線法/鏡像法將針對有車的隧道環境的900MHz頻段信號的傳播特性進行研究。

二、仿真結果與分析

（1）仿真環境。仿真環境是長85米、寬10米、高8米的一個隧道，發射機和接收機均為垂直極化半波天線，位于隧道中部，高度為2米，接收機沿圖中直線運動，隧道中有三輛家用轎車，其尺寸為4.6m×1.8m×1.6m，材質為全金屬，墻、地板和天花板的電導率為0.015S/m，相對介電常數為15。其平面圖如圖1所示。

（2）仿真結果。有車隧道的功率分布與無車隧道的功率分布基本趨勢相同，只有在70m之后，有車隧道的接收功率出現了三個低谷。但是，在本次仿真中，每個小車相距較遠，這也就使得整個隧道也是一個相對空曠的隧道，但是如果隧道中小車的數量增加至十幾個甚至幾十個時，隧道環境就會變得更加復雜，而有車隧道的功率分布就會變得比無車隧道有很大區別。這也驗證了在交通擁堵的情況時，通信信號會變得比良好交通情況是差的結果，有車和無車隧道接收功率圖如圖2所示。

從圖3可以清晰地看出，無車隧道的時延擴展曲線是一條平滑的曲線，而有車隧道的時延擴展曲線有明顯的起伏，且比無車隧道的時延擴展高出許多。有車隧道中有三個小車，就有了三個繞射體，所以隧道內的繞射會比空隧道復雜，這也導致時延擴展會比較大。

三、結論

通過仿真分析可以看出，在交通良好的情況下，有車隧道的接收功率與無車隧道差別不大，相對于無車隧道而言，有車隧道的時延擴展明顯較大。這些結果可以為更好地建立有車隧道內電波傳播模型提供理論依據，并且有利于有車隧道內無線通信的網絡規劃與優化。

參 考 文 獻

[1] Li Bingyu， Zhang Shen. The Influence of Communication Distance on Multipath Channel Characteristic of Tunnel， 2003 6th International Symposium on Antennas， Propagation and EM Theory， Proceedings， 28 Oct.–1 Nov. 2003， Page（s）： 870–872

[2] Zhang Shen， Ding Enjie. The Analysis of Some Simulation Results of Wireless Channel in Rectangular Tunnel， the 3rd International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology， Proceedings， 17–19 Aug. 2002，Page（s）： 341–344.

[3] M. Lienard， P. Laly， P. Degauque. Ranging and Communication Systems Between High Speed Trains in Tunnels，2003 IEEE 58th Vehicular Technology Conference， Volume： 5， 2003， Page（s）： 3354–3357.endprint

【摘要】 本文基于入射及反彈射線法/鏡像法對有車隧道環境的電波傳播進行了仿真和分析，通過在仿真中得到的接收功率和時延擴展等傳播參數，分析隧道內電波傳播的特性，為簡化隧道電波播模型提供依據。

【關鍵詞】 入射及反彈射線法/鏡像方法 有車隧道 傳播特性

一、引言

當今社會經濟快速發展，隧道環境也已經成為現代無線通信中的一個重要環境。文獻[1、2]基于射線跟蹤原理，研究了矩形隧道中電波傳播的時延特性。文獻[3]從理論與實驗的角度研究隧道內電波傳播的快衰落與慢衰落及時延的頻率特性。

這些討論的都是簡單的長、直、空隧道環境下電波傳播的特性，忽略了隧道中的車輛，有車輛行駛的隧道才是我們日常生活最常見到的隧道環境。因此，本文基于入射及反彈射線法/鏡像法將針對有車的隧道環境的900MHz頻段信號的傳播特性進行研究。

二、仿真結果與分析

（1）仿真環境。仿真環境是長85米、寬10米、高8米的一個隧道，發射機和接收機均為垂直極化半波天線，位于隧道中部，高度為2米，接收機沿圖中直線運動，隧道中有三輛家用轎車，其尺寸為4.6m×1.8m×1.6m，材質為全金屬，墻、地板和天花板的電導率為0.015S/m，相對介電常數為15。其平面圖如圖1所示。

（2）仿真結果。有車隧道的功率分布與無車隧道的功率分布基本趨勢相同，只有在70m之后，有車隧道的接收功率出現了三個低谷。但是，在本次仿真中，每個小車相距較遠，這也就使得整個隧道也是一個相對空曠的隧道，但是如果隧道中小車的數量增加至十幾個甚至幾十個時，隧道環境就會變得更加復雜，而有車隧道的功率分布就會變得比無車隧道有很大區別。這也驗證了在交通擁堵的情況時，通信信號會變得比良好交通情況是差的結果，有車和無車隧道接收功率圖如圖2所示。

從圖3可以清晰地看出，無車隧道的時延擴展曲線是一條平滑的曲線，而有車隧道的時延擴展曲線有明顯的起伏，且比無車隧道的時延擴展高出許多。有車隧道中有三個小車，就有了三個繞射體，所以隧道內的繞射會比空隧道復雜，這也導致時延擴展會比較大。

三、結論

通過仿真分析可以看出，在交通良好的情況下，有車隧道的接收功率與無車隧道差別不大，相對于無車隧道而言，有車隧道的時延擴展明顯較大。這些結果可以為更好地建立有車隧道內電波傳播模型提供理論依據，并且有利于有車隧道內無線通信的網絡規劃與優化。

參 考 文 獻

[1] Li Bingyu， Zhang Shen. The Influence of Communication Distance on Multipath Channel Characteristic of Tunnel， 2003 6th International Symposium on Antennas， Propagation and EM Theory， Proceedings， 28 Oct.–1 Nov. 2003， Page（s）： 870–872

[2] Zhang Shen， Ding Enjie. The Analysis of Some Simulation Results of Wireless Channel in Rectangular Tunnel， the 3rd International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology， Proceedings， 17–19 Aug. 2002，Page（s）： 341–344.

[3] M. Lienard， P. Laly， P. Degauque. Ranging and Communication Systems Between High Speed Trains in Tunnels，2003 IEEE 58th Vehicular Technology Conference， Volume： 5， 2003， Page（s）： 3354–3357.endprint

【摘要】 本文基于入射及反彈射線法/鏡像法對有車隧道環境的電波傳播進行了仿真和分析，通過在仿真中得到的接收功率和時延擴展等傳播參數，分析隧道內電波傳播的特性，為簡化隧道電波播模型提供依據。

【關鍵詞】 入射及反彈射線法/鏡像方法 有車隧道 傳播特性

一、引言

當今社會經濟快速發展，隧道環境也已經成為現代無線通信中的一個重要環境。文獻[1、2]基于射線跟蹤原理，研究了矩形隧道中電波傳播的時延特性。文獻[3]從理論與實驗的角度研究隧道內電波傳播的快衰落與慢衰落及時延的頻率特性。

這些討論的都是簡單的長、直、空隧道環境下電波傳播的特性，忽略了隧道中的車輛，有車輛行駛的隧道才是我們日常生活最常見到的隧道環境。因此，本文基于入射及反彈射線法/鏡像法將針對有車的隧道環境的900MHz頻段信號的傳播特性進行研究。

二、仿真結果與分析

（1）仿真環境。仿真環境是長85米、寬10米、高8米的一個隧道，發射機和接收機均為垂直極化半波天線，位于隧道中部，高度為2米，接收機沿圖中直線運動，隧道中有三輛家用轎車，其尺寸為4.6m×1.8m×1.6m，材質為全金屬，墻、地板和天花板的電導率為0.015S/m，相對介電常數為15。其平面圖如圖1所示。

（2）仿真結果。有車隧道的功率分布與無車隧道的功率分布基本趨勢相同，只有在70m之后，有車隧道的接收功率出現了三個低谷。但是，在本次仿真中，每個小車相距較遠，這也就使得整個隧道也是一個相對空曠的隧道，但是如果隧道中小車的數量增加至十幾個甚至幾十個時，隧道環境就會變得更加復雜，而有車隧道的功率分布就會變得比無車隧道有很大區別。這也驗證了在交通擁堵的情況時，通信信號會變得比良好交通情況是差的結果，有車和無車隧道接收功率圖如圖2所示。

從圖3可以清晰地看出，無車隧道的時延擴展曲線是一條平滑的曲線，而有車隧道的時延擴展曲線有明顯的起伏，且比無車隧道的時延擴展高出許多。有車隧道中有三個小車，就有了三個繞射體，所以隧道內的繞射會比空隧道復雜，這也導致時延擴展會比較大。

三、結論

通過仿真分析可以看出，在交通良好的情況下，有車隧道的接收功率與無車隧道差別不大，相對于無車隧道而言，有車隧道的時延擴展明顯較大。這些結果可以為更好地建立有車隧道內電波傳播模型提供理論依據，并且有利于有車隧道內無線通信的網絡規劃與優化。

參 考 文 獻

[1] Li Bingyu， Zhang Shen. The Influence of Communication Distance on Multipath Channel Characteristic of Tunnel， 2003 6th International Symposium on Antennas， Propagation and EM Theory， Proceedings， 28 Oct.–1 Nov. 2003， Page（s）： 870–872

[2] Zhang Shen， Ding Enjie. The Analysis of Some Simulation Results of Wireless Channel in Rectangular Tunnel， the 3rd International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology， Proceedings， 17–19 Aug. 2002，Page（s）： 341–344.

[3] M. Lienard， P. Laly， P. Degauque. Ranging and Communication Systems Between High Speed Trains in Tunnels，2003 IEEE 58th Vehicular Technology Conference， Volume： 5， 2003， Page（s）： 3354–3357.endprint