基于散射特性的太赫兹信道建模

太赫兹(Terahertz, THz)通信是6G的关键技术之一。由于太赫兹技术具有大带宽和超高速率的特点,越来越受到关注。为支持太赫兹无线通信设备的性能评估,建立能够表征信道特性的无线信道模型至关重要。提出了一种基于散射特性的太赫兹信道模型,在室内场景中使用该信道模型生成信道系数和功率时延谱。分析结果表明,提出的信道模型能较好地表征太赫兹散射特性,能够支持太赫兹通信系统的设计与评估。     

太赫兹信道测量研究与实测结果分析

太赫兹通信技术是下一代无线通信的关键技术之一。相较于5G的毫米波频段,太赫兹频段的电磁波波长更短、波束更窄、抗捕获能力和抗干扰能力更强。但另一方面,更高的频率意味着更大的衰减。在太赫兹频段,传播距离相较于毫米波进一步缩短,需要对太赫兹频段的无线传播环境进行测量与建模,作为评估太赫兹通信技术的基础。罗德与施瓦茨公司在信道测量方面有着丰富的研究经验,为推动太赫兹频段信道测量的研究工作,介绍了太赫兹频段时域信道测量和频域信道测量的两种方法,并基于罗德与施瓦茨公司的信号源和频谱仪,分别在158、300 GHz频段对常见通信场景如城市街道峡谷、室内购物中心等进行了信道测量,并分析了信道冲激响应(Channel Impulse Response, CIR)。太赫兹技术已经在业内具有了一定研究基础,但仍有许多技术挑战亟待解决。通过对信道测量方法的介绍和对实测结果的分析,对太赫兹频段下的信道特征进行了研究与总结,为后续太赫兹相关领域的研究工作打下了基础。     

太赫兹无线信道的测量、建模和分析

太赫兹通信有望成为第六代移动通信网络的关键技术之一。为实现太赫兹通信,对太赫兹无线传播信道的研究不可或缺。首先,介绍了3种主要的太赫兹信道测量方法,包括基于矢量网络分析仪的频域信道测量、基于滑动相关的时域信道测量和基于太赫兹脉冲的时域信道测量;其次,对现有的信道建模方法进行了介绍和分析,包括确定性建模、随机建模和混合建模方法;然后,基于现有的太赫兹信道测量结果,分析总结了太赫兹频段的信道特性;最后,阐述了太赫兹无线信道领域潜在的研究方向。     

太赫兹频段室内场景空-时域信道特性测量与建模研究

掌握太赫兹频段室内信道特性及模型,是太赫兹室内通信系统设计和技术评估的前提。为了解太赫兹频段室内空-时域的信道特性,选取典型室内办公室场景,分别完成视距(Line of Sight, LoS)和非视距(Non Line of Sight, NLoS)场景下100 GHz频段、带宽为1.2 GHz的信道测量。通过分析结果,发现两场景的均方根时延扩展值和均方根角度扩展值都服从正态分布,且NLoS场景的两种参数值都比LoS场景大。此外,由于太赫兹频段多径信号分量较少,且测量场景尺寸较小,使得实测的均方根时延扩展值的测量结果比3GPP标准值约小12 ns。通过建立对数距离模型探讨测量距离对两种参数的影响,发现均方根角度扩展值在NLoS场景中随距离的增加有上升趋势,而均方根时延扩展值在两场景中变化趋势相反。     

面向6G的太赫兹信道反射特性研究

太赫兹信道反射特性对于认知、掌握太赫兹信道传播机理,以及建立面向6G的高精度太赫兹信道模型至关重要。为此,首先,综述了太赫兹信道反射特性在理论建模和实测分析两方面的研究现状。接着,针对5种常见建筑材料,利用基于时域相关原理的太赫兹信道测量平台开展了240～310GHz频率范围的反射系数测量,并发现了反射系数依赖于电磁波的入射角。然后,参考Rayleigh反射系数理论模型,提出了入射角依赖的反射系数统计性模型,该模型能准确刻画反射系数随角度的变化规律。最后,展望了太赫兹信道反射特性的研究方向。     

太赫兹电波传播及信道特性

首先,综述太赫兹电波相较于低频电波传播的不同特性,包括气象因素和材料粗糙表面对电磁波的影响。接着,提出利用射线跟踪技术仅通过有限的信道测量数据校准目标场景中的三维环境模型以及材料电磁参数;然后,利用从射线跟踪仿真反演出的参数在类似场景中进行大量仿真,代替信道测量生成大量真实有效的全维度信道数据;最后,提取并分析信道特性,例如路径损耗、阴影衰落、莱斯K因子、均方根时延扩展、角度扩展及多普勒参数。2个案例研究是从室内桌面通信到室外智能车联网场景,分别代表了6G移动通信从近到远用例的两端,对于室外场景还额外考虑了不同气象条件下对信道参数的影响,对太赫兹系统的设计和评估具有重大意义。     

室内单载波太赫兹无线信号传播及覆盖性能分析

针对太赫兹无线信号与传统频谱的差异性制约其应用于室内通信场景的问题,提出了一种室内太赫兹无线信号传播的修正模型,并分析了宽带单载波太赫兹无线信号传播及覆盖性能.具体地,考虑障碍物厚度导致的吸收损耗问题,建立了宽带太赫兹信道传递函数模型.基于射线追踪技术,阐明了障碍物厚度、信号带宽对上述性能的影响.研究表明,非视距障碍物...     

太赫兹技术发展及其应用于6G的挑战分析

作为6G潜在技术之一,太赫兹技术对数据速率提升、超密集连接、低时延传输等具有积极作用。首先阐述了太赫兹技术的传播特性和信道建模方法。根据传播特性确定了大尺度、小尺度和微尺度3个维度的太赫兹应用场景。接着,针对太赫兹特殊的频谱特性,设计了物理层波形、调制编码、超大规模多输入多输出(UM-MIMO),以及媒体接入控制(MAC)层波束管理方案。最后,关注了适用于太赫兹频段的智能超表面(RIS)技术,探讨了RIS关键使能技术与方案设计。     

6G太赫兹传输链路特性分析

6G时代,太赫兹技术将实现Tbit/s的超高容量,而更高频点电磁波将面临更为复杂的链路传播环境。分别介绍了太赫兹在晴朗空气、雨天、雾天等场景的链路损耗,给出太赫兹可用频谱建议以及太赫兹适合室外短距离覆盖以及室内覆盖的结论,最后提出相应的6G太赫兹的应用场景建议。     

太赫兹频段粗糙表面散射特性研究

当电磁波频率增大到太赫兹频段时，太赫兹波的波长与粗糙表面微结构可比拟。粗糙表面将对太赫兹波的传播机理产生重要影响，散射在传播中将发挥关键作用。当下针对太赫兹频段散射特性的研究主要依靠大规模测量，较难实现。因此，使用建模的方法生成符合实际物理分布的粗糙表面，借助全波仿真的方法研究太赫兹波和表面粗糙度的作用机理是研究太赫兹波散射特性的新途径。提出使用轮廓仪捕获典型材料的物理分布特性，并从中提取粗糙面的关键统计参数。基于蒙特卡罗方法，依据统计参数重建该表面的物理分布。将测量表面和重建表面导入Feko进行全波仿真，比较并验证该研究方案的可行性。     

太赫兹近场通信信道特性研究综述

为满足不断提高的数据传输需求,未来的通信技术会向更高的载波频率发展,基于太赫兹频段的通信可实现高稳定性和高数据速率通信。本文综述了太赫兹近场信道特性及信道建模的研究进展,介绍了太赫兹频段下对近场信道分析的必要性,对比了远近场信道的区别;针对太赫兹近场通信信道,介绍了球面波前建模与基于电磁波理论的模型;结合信道建模技术与近场信道特点,介绍了可用于近场信道建模的方法论;最后对太赫兹近场信道特性研究进行了总结并对未来发展方向进行了展望。     

太赫兹通信关键技术及应用场景分析

6G“万物智联、数字孪生”愿景实现的基础在于打造一个全域覆盖的移动通信网络。太赫兹无线通信因其高传输速率、低延时、高吞吐量和抗干扰等特点成为6G移动通信网的首选技术。文章通过介绍太赫兹通信的电路系统、信道建模、通感一体化、超大规模多输入多输出(UM-MIMO)等关键技术和研究现状,预测了太赫兹技术在未来应用场景,并展望了太赫兹在6G时代的发展前景。     

室内走廊环境毫米波OAM信道特性分析与统计建模

针对自由空间传播模型仅能描述自由空间场景下携带轨道角动量(OAM)的涡旋信道传播特性,以及确定性稀疏多径涡旋信道模型严格依赖于传播环境而不能准确刻画真实多径场景下OAM信道传播特性的问题,该文提出毫米波OAM多径信道统计建模方法。在室内走廊环境下构建基于均匀圆形天线阵列(UCA)的OAM辐射传输系统,基于光学射线理论与UCA辐射特性,建立OAM多径信道模型。结果表明,在毫米波频段均匀分布和Nakagami-m分布能够准确地表征室内走廊多径环境下的OAM信道波前相位和幅度,视距(LoS)和非视距(NLoS)传播条件下传播距离较大时信道幅度服从瑞利分布,视距传播条件下传播距离较小时信道幅度服从莱斯分布。     

太赫兹通信感知一体化波形:现状与展望

面向6G时代机器通信、沉浸式业务对高精度感知与高速率通信的需求,通信感知一体化技术应运而生.基于此,针对太赫兹通信感知一体化波形的场景、波形设计方法和未来展望进行了阐述和总结.首先,概括了太赫兹通信感知一体化波形设计所面临的场景与需求,包括感知辅助通信场景、感知催生的新业务场景等.然后,从太赫兹电磁波的传播特点、太赫兹...     

沙尘暴对太赫兹波传播的影响

为研究太赫兹波在沙尘暴中的传播特性,应用Mie散射理论研究了太赫兹波段沙尘粒子的散射特性,得到沙尘粒子的散射效率因子、消光效率因子和吸收效率因子随粒径、太赫兹波长的变化关系。基于沙尘粒子尺寸的对数正态分布,数值计算了沙尘暴的太赫兹衰减。研究结果表明,沙尘的衰减随能见度的增大而减小,波长越小,沙尘暴引起的太赫兹波衰减越大;波长为40 μm时,沙尘暴对太赫兹波传播影响最大,浮尘对太赫兹波传播影响最小。低能见度沙尘暴对太赫兹波传播影响明显。     

6.0-6.4GHz室内MIMO无线信道测量与传播特性分析

工作在6GHz以上高频段的多输入多输出(Multi-Input-Multi-Output,MIMO)无线通信系统是下一代无线移动通信的有力竞争方案.目前,对制约无线系统性能的高频段空时无线信道特性研究仍较少见.针对这一现状,采用基于网络分析仪的信道测量平台对典型办公环境下6.0-6.4GHz MIMO无线信道特性进行测量和分析.为了明确高频段为系统设计带来的新问题,将测量得到的高频段MIMO信道特性参数与低频段对比.对比结果表明,6.2GHz频段与2.45GHz频段MIMO信道传播特性存在较大差异.在对6.0-6.4GHz室内覆盖MIMO无线通信系统进行设计和评估时,需要基于6.0-6.4GHz频段无线信道传播的新特性对系统的关键技术和方案进行调整.     

室内毫米波3D-MIMO无线信道参数提取与多径簇特性研究

针对室内多用户场景毫米波三维多输入多输出（Three Dimensional Multiple Input Multiple Output,3DMIMO）无线信道测量不足、多径簇特性描述不完善的问题,本文基于测量研究室内毫米波3D-MIMO无线信道的参数提取算法和多径簇特性.首先,对室内多径传播条件下部署三个用户,开展了基于虚拟阵列的不同天线阵列大小的无线信道频域测量;然后,针对频域空间交替广义期望最大化（Frequency Domain Space-Alternating Generalized Expectation Maximization,FD-SAGE）算法不能描述3D-MIMO信道垂直域角度特性,以及时延分辨率不足的问题,改进算法增加了垂直维度,并且利用参数优先级迭代方法,提升毫米波3D-MIMO信道的时延域参数提取性能.结果表明改进算法既能准确地提取出毫米波3D-MIMO信道参数,又能实现随阵列大小增加而增加的多径簇内时延分辨率.     

太赫兹赋形面天线技术

概述太赫兹技术及太赫兹天线的发展状况,重点介绍太赫兹赋形面天线技术在太赫兹准光系统、太赫兹通信系统、太赫兹成像系统等领域的应用。赋形面技术主要基于能量守恒定律和等光程原理将出射的波束转换成要求的场分布。赋形反射面能够实现标准反射面不能实现的功能。因此赋形面技术将大大拓展现有的反射面天线在太赫兹波段的应用场景,并能提高太赫兹系统的幅度和相位特性。     

太赫兹网络中基于中继的高效双信道MAC协议

现有的太赫兹无线个域网双信道介质访问控制(MAC)协议工作在WiFi和太赫兹信道。由于这两种信道的频率相差极大,导致使用全向天线和定向天线的覆盖范围各不相同,这样便会使节点之间的消息传输成功率大大降低,同时也降低了网络整体的吞吐量。另外,在现有的太赫兹无线网络双信道MAC协议中还存在一定的冗余控制开销,这导致了信道利用率低。基于此,文章提出一种太赫兹无线网络中基于中继的高效双信道MAC协议(HE-BRMAC),HE-BRMAC分为中继辅助和自适应减少控制开销机制。通过这两种机制可达到提高消息传输成功率、提升网络整体吞吐量、减少控制开销和提高信道利用率的效果,尤其当节点数较多时,HE-BRMAC的效果更为显著。     

基于IMPATT管固态器件的太赫兹源

太赫兹频谱有很多优越特性,在生物医疗、安全检查及军事领域中具有重要的应用前景。太赫兹源是太赫兹波领域研究中的关键技术,制约着太赫兹技术的发展。从介绍太赫兹源的研究与发展动态出发,阐述了雪崩渡越时间二极管(IMPATT)器件的工作机理、等效分析模型及注锁牵引稳频振荡理论,给出了几种基于IMPATT管获取电子学固态太赫兹源的方法。