智能反射面辅助的5G高铁车站覆盖增强技术研究

作     者：单馨漪 何丹萍 费丹 柴天娇 钟章队 吴绍华 SHAN Xinyi;HE Danping;FEI Dan;CHAI Tianjiao;ZHONG Zhangdui;WU Shaohua

作者机构：北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京交通大学宽带移动信息通信铁路行业重点实验室北京100044 中国铁路设计集团有限公司电化电信工程设计研究院天津300308 

出 版 物：《电波科学学报》 (Chinese Journal of Radio Science)

年 卷 期：2023年第38卷第1期

页      面：63-70页

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

基　　金：中央高校基本科研业务费(智慧高铁系统前沿科学中心,2022JBQY004) 中国铁路设计集团有限公司科技研究开发计划(2021A240802) 

主　　题：智能反射面(IRS) 5G-R 高铁车站 射线跟踪 路径损耗(PL) 阴影衰落 

摘      要：为助力铁路数字化转型,基于5G的铁路专用移动通信(5G for railway, 5G-R)系统成为铁路智能联接的首选.本文利用前沿技术赋能铁路新一代移动通信,开展了智能反射面(intelligent reflecting surface,IRS)辅助5G高铁车站覆盖增强的研究.采用射线跟踪技术,精准刻画了2.1 GHz频段下高铁车站场景的电波传播特性;基于准确的电波传播特性,利用反射面、发射机和接收机三者之间的角度关系,对IRS部署进行了研究,并设计了相应的IRS波束指向;在获得IRS辅助下的信道传递函数后,对部署IRS前后的路径损耗(path loss,PL)和阴影衰落进行了建模和比较.结果表明:IRS的部署为目标区域带来了最大8.1 dB、平均4.63 dB的信号增益;目标区域的PL指数由未部署时的2.68减小至2.33,阴影衰落标准差由9.45 dB减小至6.43 dB.因此,部署IRS能够显著提高室外宏站对车站内部的信号覆盖,缓解车站建筑物遮挡对5G信号传输的影响,为车站场景下5G-R系统的设计与优化提供了理论基础和数据支撑.