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解析事例

カーブや起伏のあるトンネル内のWi-Fi伝搬特性

背景と目的

背景

  • 「無線を利用した列車制御システム:CBTC(Communications-Based Train Control)」において、Wi-Fiと同じ2.4GHz帯の無線通信が用いられることが多い。
  • CBTC:列車が位置を無線で送信し、停止限界点を列車に無線で送信する列車の速度制御を行う仕組み。


解析の目的

  • 無線による列車制御を行うためには列車特有の環境における2.4GHz帯の電波の伝搬特性を評価する必要がある。
  • カーブや起伏のある地下鉄トンネル内の2.4GHz帯の電波(Wi-Fi)の伝搬特性について実測と解析を比較し、減衰定数を求める。



実測環境

  • 中国ハルビン市の地下鉄トンネルで測定した。

ハルビンのトンネル形状
トンネル形状とアンテナ位置

  • 実測の条件は以下のとおりである。

項目
周波数 2.5GHz
送信信号 無変調搬送波
送信電力 10dBm
アンテナ 半波長ダイポール
偏波 垂直偏波
測定距離 1,200m


使用する解析ソフト

  • 電波伝搬解析ツール Wireless InSite の3次元レイトレース法を用いて受信レベルを計算する。


解析条件

  • 解析条件は以下のとおりである。

解析条件
周波数 2.5GHz
送信電力 10dBm
アンテナ、偏波 半波長ダイポール、垂直偏波
受信レベルの計算間隔 1m
送受信距離 1,200mまで
伝搬経路計算の制限(最大回数) 反射=20、回折=0、透過=0
パス放射間隔 0.05度
トンネル断面 直方体
トンネル材質 コンクリート



実測と解析値の比較

  • トンネル内のWi-Fiの電波伝搬特性(伝搬損失)の実測とシミュレーションの比較を下記に示す。 実測は黒色、シミュレーションは青色で示す。 また、自由空間損失と実測を直線フィッティングした結果(減衰定数0.03dB/m)を示す。

ハルビントンネル結果
実測とシミュレーションの比較

  • 実測と解析値でほぼ一致している。
  • 減衰定数は0.03dB/mとなり、直線トンネルの減衰定数0.0016dB/mと比べて大きな値となる。

まとめ

  • カーブや起伏のある地下鉄トンネル内のWi-Fiの伝搬特性について実測と解析を比較した。
  • 実測値と解析結果はほぼ一致した。
  • トンネルのカーブと起伏により減衰定数は0.03 dB/mとなり、直線トンネルの減衰定数0.0016dB/mよりも大きく減衰する。

  • 電波伝搬シミュレーションには、3次元電波伝搬シミュレータ Wireless InSite を用いた。
    WI

参考文献

  • 吉敷由起子, チン ギルバート シー, 西田賢史,"CBTCのためのレイトレース法による地下鉄駅およびトンネル内のWi-Fi通信波の伝搬特性の評価", 2017 信学総大, B-1-5, Mar. 2017.
  • 山口芳雄, 阿部武雄, 関口利男, "任意断面をもつトンネル内電波減衰定数の近似式について", 電子通信学会論文誌B, 技術談話室, Vol.J67-B, no.3, pp.352 - 353 March 1984.

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