隧道内微波毫米波信号无线传输的建模与实时仿真理论

本项目按照计划完成了预定任务，并且在研究内容上有所扩展：（1）针对未来无线通信在隧道环境中的应用，研究了微波毫米波无线电信号以及多输入多输出通信模式在隧道环境中的测试方法，建立多径效应、多普勒效应以及多输入多输出通信模式下的信道模型，并且研究了隧道内空气湍流对通信的影响。（2）探求信道的统计模型与微波电路之间的相似性、多径衰落信道与微波电路的对应关系，突破了隧道无线通信物理信道仿真的技术关键，并服务于地铁建设。（3）根据新一代轨道交通无线通信的发展趋势，研究了高可靠性无线通信关键技术。（4）理论成果支持了高铁以及城市轨道交通无线电通信的设计与工程建设，获得了2014年度上海市科技进步奖。 2100433B

本项目针对未来微波毫米波无线电信号多输入多输出通信模式在隧道环境中应用的发展趋势，通过实地测试以及理论分析，建立这一特殊空间的信道模型，为未来高铁以及城市轨道交通车地间的宽带无线电通信设计提供理论基础。同时为突破目前基于基带数字处理的常规信道仪器时延大、缺少隧道模型的局限，运用系统仿真理论，建立信道模型与微波电路之间的映射关系，寻找基于频带处理技术的实时信道解决方案，为新型轨道交通无线通信系统测试用的专用信道仪开发提供关键技术。本课题着重研究：（1）宽带微波毫米波无线电信号以及多输入多输出通信模式在隧道环境测试方法，小尺度时空测量难点的解决途径。（2）限定空间内无线电波在多径效应、多普勒效应以及多输入多输出通信模式下的信道特性。（3）信道的统计模型与微波电路之间的相似性问题，多径衰落信道与微波电路的对应关系，隧道移动通信专用信道实时仿真仪的关键技术。

无线微波传输分为：模拟微波传输和数字微波传输。

模拟微波传输

模拟微波传输就是把视频信号直接调制在微波的信道上（微波发射机，），通过天线发射出去，监控中心通过天线接收微波信号，然后再通过微波接收机（Microsat 600AM）解调出原来的视频信号。如果需要控制云台镜头，就在监控中心加相应的指令控制发射机，监控前端配置相应的指令接收机，这种监控方式图像非常清晰，没有延时，没有压缩损耗，造价便宜，施工安装调试简单，适合一般监控点不是很多，需要中继也不多的情况下使用。

数字微波传输

数字微波传输就是先把视频编码压缩，然后通过数字微波信道调制，再通过天线发射出去，接收端则相反，天线接收信号，微波解扩，视频解压缩，最后还原模拟的视频信号，也可微波解扩后通过电脑安装相应的解码软件，用电脑软解压视频，而且电脑还支持录像，回放，管理，云镜控制，报警控制等功能；这种监控方式图像有720*576和352*288的分辨率选择，前者造价更高，视频有0.2-0.8秒左右的延时，造价根据实际情况差别很大，但也有一些模拟微波不可比的优点，如监控点比较多，环境比较复杂，需要加中继的情况多，监控点比较集中它可集中传输多路视频，抗干扰能力比模拟的要好一点，等等...优点，适合监控点比较多，需要中继也多的情况下使用。

链路在线分析与仿真

无线发射接收，通常与环境关系密切，远距离传输比如几十公里的情况，实际环境是否能满足无线微波的传输要求，通过借助关键的辅助设计工具，会事半功倍。比如几十公里的大山环境，不可能每个山头都亲临环境去看，借助专业的工具之直接在线计算和分析，就显得尤其重要！

通过在线仿真计算，链路是否可行，功率是否足够，菲涅尔区域是否有遮挡，我们是需要在哪里架设中转设备等等，都一目了然！

无线链路计算工具，英文名字叫“Fresnel Zone Calculator”，对无线链路规划很重要，国外的要么是打不开，要么都是没计算地球曲率功能不全，国内找不相应的公开工具专业在线链路分析工具，此计算工具系统弥补国内在线分析仿真系统的一些空白，在线支持全球语言语种，即使在身处异地或国外项目，都可以让您在办公室就能方便快捷，快速对链路进行分析可仿真和计算。

在线分析工具：见引用资料部分！

微波是指频率超过1GHz的电磁波，波长范围在毫米～厘米数量级，其波长比普通无线电波更短。无线微波传输类似光线直线传输，是一种超视距范围内的接力传输。

、视距范围内的直线传输

由于微波的波长很短，因此它不能像中波那样可以沿着地球表面传输，因为地面很快就把它吸收掉了；它也不能像短波那样可以通过电离层反射传输到地面很远的地方，因为它能够穿过电离层逸入太空。由于地球表面是一个曲面，所以微波只能在视距范围内作直线传输，因此决定了两个微波站之间的传输距离不能很远，一般在70km左右，否则将不能获得较稳定的传输特性。"para" label-module="para">

、多径传输

在实际使用的微波通信线路中，总是使用方向性非常强的天线，并把收、发天线对准，以使接收端收到较强的直射波。但是，由于受天线的方向性所限，总会有一部分电磁波透射到地表面，经地表面反射后到达收信端的天线，或散射进入太空；其次，由于大气层中存在不均匀的气体，也会造成电磁波的折射和吸收，损失掉一部分能量；另外，由于微波无法穿过传输线路上的固体物，所以，在传输路线上的固体物，特别是高大的建筑物，就会使微波造成绕射和电平损耗。因此，微波通信既有直线传输特性，又有多径传输特性。