无人机毫米波信道建模及统计特性研究

针对传统移动信道模型不适用于无人机毫米波通信场景的问题,本文基于射线追踪原理构建了一个无人机毫米波三维几何信道模型,并提出了一种针对该模型的信道参数更新算法,该算法考虑了通信距离、信号角度、路径时延和功率等传播参数的随时间演进过程。在此基础上,针对南京航空航天大学校园传播场景,研究分析了时延分布、时延扩展、角度分布和角度扩展等信道统计特性。数值仿真结果表明,本文模型能够有效复现无人机信道的时变非平稳特性,输出信道统计特性与实测结果吻合,可用于无人机毫米波通信系统的方案设计、性能优化和评估验证等领域。      

基于无人机的空地信道特性测量系统

随着各种飞行器和通信一体化的发展,对空地信道特性的研究变得愈发重要且迫切。针对空地通信场景,本文研制了一套由无人机发射单元和地面接收单元组成的无人机空地信道测量系统。该系统选取具有平坦功率谱特性和大动态范围的ZC序列作为测量序列,利用硬件实现实时提取信道冲激响应(Channel Impulse Response, CIR),并通过采样偏差恢复、系统响应校正等方式,提高信道测量系统的准确性。实测验证结果表明,本文研制的信道测量系统与信道模拟器模拟结果和射线跟踪(Ray Tracing, RT)仿真结果基本一致。最后,开展了校园场景空地实测活动,分析了该场景路径损耗(Path Loss, PL)、莱斯K因子、均方根时延扩展(Root Mean Square-Delay Spread, RMS-DS)等信道特性。     

基于飞行轨迹的无人机通信信道仿真

通过分析无人机之间无线链路的传播损耗、多普勒频率和多径时延等特征参数,提出一种基于三射线的无人机通信信道模型,并给出了无人机飞行轨迹在不同坐标系中的转换公式及已知飞行轨迹求解信道模型参数的方法。最后针对两种不同的典型飞行场景,对无人机通信链路的多径时延、传输损耗及多普勒频率算法进行了仿真验证,并获得了基于飞行轨迹的无人机空空数据链信道模型。该模型对无人机数据链系统参数选取、物理层算法设计和性能分析等具有重要意义。     

基于射线追踪法的毫米波高架桥信道仿真

信道特性分析是通信网络规划、设计通信系统的基础。针对高架桥毫米波信道特性问题，基于射线追踪法仿真了37GHz毫米波信道，分析了大尺度路径损耗模型和小尺度多径模型，分别得出了两者在高架桥场景下表示信道损耗的影响因子和参数，如路径损耗、莱斯因子等。使用正态分布对附加阴影损耗进行建模，得到路径损耗模型。对莱斯因子和均方时延扩展使用正态分布拟合累计分布函数，获得建模参数。该参数的明确，为高架桥信道建模提供了理论依据。     

地空通信传输中空间调制的适应性分析

空间调制是一种新型多天线传输技术,在隐蔽通信中具有广阔的应用前景。针对传统空间调制主要集中在地面通信场景下,而极少涉及地空场景应用研究的现状,在对空间调制通信模型简要介绍的基础上,提出了改进的空间调制系统地空通信信道模型,并分别研究了此信道模型中空对地通信传输场景和地对空通信传输场景的信道相关性,以及应用空间调制的适应性。并对上述理论分析的有效性及传输性能进行了仿真验证,从而为空间调制在地空通信中的工程应用提供了重要参考。     

基于抛物方程的无人机通信场景传播特性分析

摘 要：为提高无人机（unmanned aerial vehicle，UAV）毫米波通信场景传播特性的分析精度，基于抛物方程（parabolic equation，PE）理论建立了一种无人机通信场景传播特性分析方法，并针对都市和郊区两种典型无人机空地通信场景下的传播特性进行仿真。结果表明，提出的方法能够有效地反映地形地物变化对无人机空地通信信号传播产生的影响，对比ITU-R统计预测方法，两种场景下预测结果趋势均保持一致。该方法可实现毫米波无人机应用场景传播特性有效预测，对无人机毫米波通信系统设计、研制、测试等环节提供支撑。     

基于神经网络的毫米波跨场景路径损耗预测研究

毫米波通信因其可以提供更高的传输速率和系统容量受到了广泛关注。无人机空地通信技术是未来通信网络的重要组成部分,路径损耗预测对于无人机的节点布局、轨迹优化和功率分配具有重要意义。针对无人机通信多场景PL预测问题,结合参数化的几何场景和多输入反向传播神经网络,提出了一种具有跨场景能力的PL迁移预测模型。该模型利用有限场景下信道数据进行网络训练,可以预测未知新场景下的PL。最后,利用射线跟踪仿真数据进行模型有效性验证,仿真结果表明,所提模型的神经网络训练收敛效果较好,在新场景下预测PL结果与RT仿真结果基本吻合,验证了该模型的跨场景迁移预测能力。     

一种基于改进卡尔曼滤波的无人机信道估计算法

主要研究用于无人机下行高速数据链路的信道估计算法,构建了包括正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)传输系统和无人机常用场景信道冲激响应模型的无人机通信系统。针对无人机通信系统快时变的信道特性,提出了一种基于改进卡尔曼滤波器的信道估计算法。仿真结果表明,该算法可以提高无人机信号估计精度,有效抵抗噪声干扰,并在计算量上有了一定的优化,提高了运行速度。     

机器学习在信道建模中的应用综述

信道建模是设计无线通信系统的基础,传统的信道建模方法无法自动学习特定类型信道的规律,特别是在针对特殊应用场景,如物联网、毫米波通信、车联网等,存在一定的局限性.此外,机器学习具有有效处理大数据、创建模型的能力,基于此,探讨了机器学习如何与信道建模进行有机融合,分别从信道多径分簇、参数估计、模型的构造及信道的场景识别展开...     

5G城市轨道交通场景分类及信道建模

城市轨道交通是现代化交通基础设施的重要组成部分,5G作为新一代移动通信技术,可提供高速率、低时延的无线数据传输,有助于提升城市轨道交通的运行效率和服务质量。由于城市轨道交通场景的复杂性,需要针对性的通信场景分类、信道特性分析和精准的信道模型为城市轨道交通5G通信系统的设计提供理论支撑。基于此,提出了5G城市轨道交通电波传播场景的分类,以支撑典型场景下的信道测试与建模工作,同时阐述了城市轨道交通场景信道测量和建模的现状,并分析了当前面临的主要挑战。结合5G通信智能化特点,讨论了人工智能在信道特征提取和信道建模方面的应用前景与可行思路,并深入分析了基于可重构智能面和无人飞行器辅助的5G城市轨道交通信道建模研究现状和发展前景。最后,阐述了毫米波频段下5G城市轨道交通信道建模的研究。     

基于双IRS辅助的毫米波MIMO通信信道估计

考虑到智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)可以辅助毫米波通信,为提高信道估计的准确度,引入基于双智能反射面辅助的毫米波单用户多输入多输出(Multiple?Input Multiple?Output,MIMO)无线通信新场景.因为毫米波信道具有稀疏性,首先将原始毫米波窄带信...     

面向6G的毫米波多频段多天线信道测量系统构建及实测验证

毫米波是5G和6G无线通信系统的关键技术.设计满足6G多频段、多天线、高动态范围需求的信道测量系统是6G无线信道研究面临的首要挑战.针对这一需求,本文构建了一种毫米波多频段多天线信道测量系统,可以覆盖24.25～28.5 GHz、31.8～33.4 GHz、37～42.5 GHz等毫米波频段,支持最高16×16天线配置.首先介绍该信道测量系统的架构与性能指标,提出多通道并行校准方案以及测量数据处理算法;其次,基于该信道测量系统开展26 GHz室内外场景的信道测量实验,分析路径损耗、时延扩展以及奇异值扩展等信道统计特性.通过对实测结果分析,验证了该信道探测器用于毫米波段测量的有效性.     

5G网络中无人机-车辆非平稳信道模型与统计特性分析

针对无人机到车辆通信场景,提出了一种椭圆-圆柱-半球几何非平稳无人机-车辆信道模型。为了描述收发端周围散射体分布情况,一次散射径的散射体分布用同心椭圆面模拟;在二次散射径建模中,无人机侧散射体分布采用同心圆柱体模拟,并且车辆侧散射体分布使用同心半球体模拟;地面一次反射径的反射点分布则通过半球底面同心圆来模拟。为了进一步研究信道的非平稳特性,在各路径分量的二维角度服从Von Mises分布、Laplacian分布以及Von Mises Fisher分布的基础上,推导了时间自相关函数、空间互相关函数和多普勒频谱密度函数。仿真结果表明,理论值与测量值具有较好的拟合度,所提出的信道模型可以作为无人机到车辆非平稳信道建模的设计方案。     

无人机地空信道模型仿真与特性分析

针对当前无人机地空信道模型存在的局限性,根据实际测量结果,对现有模型进行改进和仿真验证,并对其时变特性和稀疏特性进行了分析。首先,分析了多径的间歇性和瞬时多普勒频移特性。其次,从微观时间尺度上,得到多径的时延和增益仿真数据。最后,对宽带通信系统下的离散信道冲激响应进行了定量分析,即在连续几个符号周期内,抽头增益近似线性变化,并且在时域上具有明显的稀疏特性。研究成果为无实测数据下的无人机地空通信系统提供了验证模型,为线性时变信道稀疏重构方法的应用提供了依据。     

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。     

利用部分重叠信道的多无人机自主协同优化抗干扰

针对多无人机通信网络抗干扰中的功率和信道联合优化问题,考虑多无人机通信网络中的部分重叠信道切换、外部恶意干扰与网络内部互扰问题,通过构建Stackelberg博弈抗干扰模型,设计无人机用户和干扰机的效用函数,并提出了基于次梯度迭代的算法求解博弈的均衡解,获得无人机用户在干扰条件下的部分重叠信道选择和功率选择联合优化结果。仿真结果表明,所提算法能使多无人机用户获得良好的信道选择和传输功率策略,优化多无人机通信网络抗干扰性能。     

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。     

一种基于无人机MIMO信道的容量分析方法

针对无人机通信环境特点以及多天线系统(Multi-Input Multi-Output,MIMO),建立了具有直射、反射以及散射分量的无人机MIMO三维GBSBCM信道模型,给出了无人机空时频信道相关函数的简要形式;采用信道矩阵分解、信道系数归一化的方法,推导了无人机的MIMO信道相关矩阵的计算方法;根据信道相关矩阵中参数定量分析法,仿真分析了在发射端信道未知条件下的多天线间隔对无人机MIMO信道容量的影响。通过容量的影响分析,对无人机MIMO天线间隔的合理配置具有一定的理论参考价值和实际应用价值。     

战术自组网下非平稳信道测量与建模

为研究城市战场环境下战术自组织网络（tactical mobile ad hoc network,TacMAN）通信节点间的信道特性,针对城区场景超短波频段展开信道测量与建模。测量结果表明,TacMAN通信场景下,多径信号存在明显的非平稳性和生灭现象。针对信道非平稳性,首先设计了一种多径识别与跟踪算法,有效地估计出多径信号的存在概率。其次,使用基于马尔科夫链的改进型抽头延迟线（tapped delay line,TDL）模型对实测数据的非平稳过程进行建模。最后基于赤池信息准则（akaike information criterion,AIC）给出了小尺度衰落的统计模型,分析表明双高斯混合分布（bimodal Gaussian mixture distribution,BGMD）和Ricean分布分别是描述模型首径与最强径幅度分布的最佳模型。论文建立的非平稳信道模型可以较好地描述TacMAN场景下信道特性,为提高相关军事通信场景下通信系统的性能提供参考。     

一种适用于战术通信环境的车对车信道模型

在战术通信环境下,机动车载平台间的无线信道特性更加复杂。传统移动信道模型没有考虑战术场景下的特殊因素对车对车信道的影响,所以此类模型不能应用于战术车载通信系统的设计和优化。为解决传统移动信道模型的局限性,该文提出一种适用于战术通信环境的车对车(Tactical-Vehicle-to-Vehicle, T-V2V)信道模型。该模型充分考虑了实际战术场景中两个车载平台间相互运动、方向性天线的对准问题以及地形地貌等因素对车对车信道的影响,并基于电平通过率(Lever Crossing Rate, LCR)和平均衰落持续时间(Average Duration of Fading, ADF)指标对所提模型进行统计分析。仿真结果表明,所提模型更加贴合战术通信实际情况,能够更为准确地反映出战术通信环境下的车对车信道的变化特性。最后,该文对影响T-V2V信道模型的相关因素进行了仿真分析,所得结果对战术车载通信系统的物理层设计具有重要参考价值。