漏泄电缆的群信道的相关性及其MIMO系统综合性能的研究

The MIMO system which using leaky cable as transmission medium become a new issue in the 4G and future 5G metro communication projects. Formed by longitudinal source feeding and transverse radiation due to series slots, leaky cable based MIMO channel is different from the conventional point source antenna channel, and is also different from the massive MIMO antenna array, and presents some special phenomena, named as “group channel”, which is not yet theoretically analyzed in a system way. Thus by using electromagnetic theory and communication channel analytical methods, this project will study the basic principles of leaky cable MIMO system as followings: 1) Leaky cable slots channel correlation will be designed by mode theory. 2) Mutual coupling effect between 2 leaky cables will be analyzed. 3) MIMO performance and channel correlation of single cable with doubly ports feeding will be analyzed. 4) MIMO performance and channel correlation of multi-cable group channels will be analyzed. 5) Influence by typical subway tunnel environment on the leaky cable MIMO will be studied. The research will expand the theory of MIMO communications and the principles of leaky cable design, which is of great significance to the large-scale subway construction projects.

采用漏泄电缆作为传输介质的MIMO系统成为城市轨道交通4G以及未来5G通信工程的新课题。漏缆由纵向馈电横向系列槽孔辐射形成的MIMO信道不同于常规MIMO系统中的点源天线信道，也不同于大规模 MIMO天线阵的信道，呈现了“群信道”在相关性方面的一些特殊现象，现有的漏缆通信设计多关注于场强覆盖的需求，未考虑这种特殊信道的相关性以及由此组成的MIMO系统的容量等。为此本课题将综合运用电磁场辐射与通信信道的分析方法，研究：1）漏缆槽孔信道相关性的模态理论设计。2）漏缆之间群信道互耦效应分析。3）单缆双馈群信道的相关性与MIMO系统的性能分析。4）多缆群信道的相关性与MIMO系统的性能分析。5）典型地铁隧道环境对漏缆MIMO系统性能的影响。本课题将探索MIMO通信需求的漏缆传输设计理论，并对大规模地铁工程建设有指导意义。

围绕漏泄电缆的群信道的相关性及其MIMO系统综合性能的研究课题，从2019年1月到2022年12月间顺利完成了预定的研究计划。针对下一代无线通信采用漏泄同轴电缆(漏缆)组成 MIMO 信道开展理论研究，给出轨道交通隧道等特殊空间中由漏缆组成的MIMO 无线通信系统综合性能预测原理。针对地铁隧道移动场景多频段三维非平稳信道开展研究，获得时变自相关函数、时变多普勒功率谱密度和时变空间相关函数等时域、频域和空域的统计特性，提取隧道MIMO的信道统计特性。针对地铁工程的5G无线通信测试开展创新研究，对地铁4G5G信道开展测试，获取特殊空间无线通信的信道特性。研究的科学意义在于发现隧道场景下Massive MIMO信道矩阵的稀疏特性，应用前景在于地铁隧道无须追求大规模MIMO,也可以保留较大的容量，对提高地铁工程的技术经济性能有指导意义。无线信道测试突破了AD速率的限制，为更高频率的信道高精度测试提供了理论依据。可以应用于5G6G新一代毫米波无线通信信道检测。