受限空间中无线通信是保障其中移动载体安全运行、人员安全工作以及对外信息交流的重要手段,而天线类型的选取和天线的布局优化以及高效的电波覆盖是受限空间中无线通信的重要基础,从根本上决定着受限空间中的无线通信质量和可靠性。受限空间中天线产生的电磁波与环境相互作用强烈,使场强分布变得很不均匀,因此研究受限空间中电波覆盖的规律是天线系统布局和优化的理论基础。现有的电波传播预测模型大都把天线和传播环境分割开来,相对独立的研究受限空间中的特征和规律,忽视了天线特性对电波覆盖的影响。本文结合国家自然科学基金重点项目“受限空间支撑高效电波覆盖的天线理论与技术”(No.61331002),以铁路移动通信系统(GSM-R)为应用背景,研究了铁路隧道中与发射天线相关的电波覆盖特性。对隧道中的天线布局和优化以及无线通信系统电波覆盖的性能评估具有重要意义。本文的主要创新性工作有如下几个方面：1、建立了隧道环境中基于镜像法的射线追踪方法,并研究了不同横截面隧道中线极化波与圆极化波的电波覆盖规律,揭示了不同极化波在隧道中形成不同电波覆盖的原因；对实际隧道中天线的电波覆盖特性进行了实验研究,验证了理论结果的正确性。2、提出了包含天线参数(波瓣宽度,波束指向)及位置在内的波导模式预测模型,并应用此预测模型分析了天线参数对隧道内电波覆盖及时延特性的影响,推导了宽带时延的理论公式,发现了不同天线参数会激励出不同的波导模式幅度,从而影响电波覆盖规律。3、分析了天线参数对隧道内电波覆盖间断点的影响,并利用曲线拟合方法给出了包含天线参数在内预测间断点位置的拟合公式,为快速估计隧道内电波覆盖规律提供了一种有效的方法。4、采用FDTD与等效原理相结合方法,建立了受限空间环境下天线产生的电波覆盖的全波预测方法,并将算法并行化,分析了天线在矩形截面和拱形截面隧道中的电波覆盖特征,研究了存在列车情况下隧道中的电波覆盖特性。5、利用FDTD方法建立了包含数字基带模块、收发天线以及铁路环境在内的无线链路一体化仿真模型,采用与实际GSM-R系统中GMSK类似的调制和解调方式,分析了环境因素对射频调制信号、进而对基带解调数字信号的影响,研究铁路弓网打火脉冲造成的基带信号误码现象。