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.     

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.     

基于改进射线跟踪法和BP神经网络算法的室外微蜂窝毫米波信道特性研究

在28 GHz与39 GHz毫米波频段室外微蜂窝场景下,基于改进射线跟踪法和反向传播(back propagation,BP)神经网络算法对毫米波单发单收信道及单发多收信道进行建模仿真研究.在得到的无线信道仿真数据基础上,研究分析了毫米波信道的路径损耗、均方根(root-mean-square,RMS)时延扩展(del...     

面向高速铁路车站场景的多频段信道特性

为助力我国铁路数字化转型升级,需加快推进智能铁路的总体建设。以厦门北高铁车站为目标场景,结合我国铁路实际,采用射线跟踪(RT)技术对932 MHz、2.1 GHz、41 GHz和93.2 GHz 4个频段的铁路综合数字移动通信系统(GSM-R)、铁路5G(5G-R)、毫米波通信系统3种制式的信道特性展开研究。依托高性能射线跟踪仿真,精准刻画了不同频段下高铁车站场景的电波传播特性,对多频段、多制式下的多维度信道特性进行比较和研究。结果表明,电波频率越高,无线信号覆盖范围越小;且经由散射体产生的多径越少,多径信号在时间域和空间域的色散程度越弱。本文研究基于高铁车站的应用场景,为铁路专用移动通信系统的设计与改善提供了相应的理论依据、数据支持。     

60 GHz与300 GHz频段航天器舱内通信信道特性

太赫兹(THz)技术有望在航天器舱体轻质化和舱内高容量传输需求方面发挥重要作用.本文构建了典型航天器舱内毫米波60 GHz与太赫兹300 GHz频段信道三维仿真模型,基于射线追踪法获取了两种典型发射机部署位置下的无线信道特性,提取并分析了路径损耗指数、阴影衰落因子、莱斯K因子、均方根时延扩展和角度扩展等关键信道参数,研究了发射机的部署位置对特定频段舱内信道的影响.结果表明：相同环境下,频率越高、路径损耗与莱斯K因子越大而时延扩展越小;相同频率下,发射机部署于舱内角落的信道特性优于部署于舱内上壁中央.本文所研究的无线信道特性将为未来复杂舱内环境下的太赫兹通信系统设计和部署提供启示.     

39 GHz室外微蜂窝信道测量、建模与仿真研究

基于39 GHz室外微蜂窝场景实测数据,开展了毫米波段路径损耗、阴影衰落和大尺度参数的建模与仿真研究.介绍了毫米波段喇叭旋转测量系统下空间交替广义期望最大化(Space-Alternating Generalized Expectation-maximization,SAGE)算法信号模型,优化的分簇算法与莱斯因子计算方法.基于SAGE提取多径参数,利用优化的分簇算法提取并分析了簇参数,包括簇内角度扩展、簇内时延扩展以及簇的数目,并根据测量结果验证了第三代合作伙伴计划(The 3rd Generation Partnership Project,3GPP)第五代(the 5th Generation,5G)移动通信标准推荐的仿真平台准确定性无线信道产生器(Quasi-Deterministic Radio Channel Generator,QuaDRiGa)在39 GHz的可用性.结果表明:在视距径下,方向性路损和全向路损在固定截距和浮动截距两种拟合方式下与自由空间路损模型接近;大尺度参数统计特性与基于毫米波的第五代集成通信移动无线电接入网络(Millimetre-Wave Based Mobile Radio Access Network for Fifth Generation Integrated Communications,mmMAGIC)、3GPP结论接近;视距径与非视距径的簇参数差别较小,且簇的个数较6 GHz下的频段更少.本文为5G毫米波39 GHz频段信道仿真和系统设计提供了重要的信道模型和参数.     

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。     

28 GHz室内毫米波信道路径损耗模型研究

毫米波信道建模是第五代（the 5th Generation,5G）移动通信系统的关键技术,而路径损耗是表征毫米波信道传播大尺度衰落影响的重要参数.为了更好地理解毫米波信道的传播特性,应进行广泛的信道测量与建模.因此,对28 GHz室内环境进行了信道测量,并给出了相应的毫米波信道路径损耗模型,同时基于入射及反弹射线法/镜像法仿真分析了路径损耗传播特性.研究结果表明:实测结果与仿真结果一致性吻合良好,从而验证了入射及反弹射线法/镜像法的正确性;自由空间邻近（Close-In,CI）参考距离路径损耗模型表达式更简洁,鲁棒性更强.最后,本文给出了一种普遍适用的用来表征室内视距（Line-of-Sight,LOS）与非视距（Non-Line-of-Sight,NLOS）环境28 GHz与60 GHz毫米波信道的路径损耗模型.     

室内60 GHz毫米波无线信道参数及其相关性研究

基于典型的室内走廊环境,对60 GHz毫米波通信信道参数及其相关特性进行了研究.在视距和非视距条件下,分析了信道参数包括多径个数、均方根时延扩展、莱斯因子、阴影衰落的特点及其分布模型,研究了信道参数之间的相关特性.结果表明:在视距条件下各参数之间普遍具有较强的相关性,而在非视距条件下只有均方根时延扩展和多径个数之间的相关性较强.利用信道参数的相关特性可从一个参数来预测另一参数,为60 GHz无线通信系统的设计提供有用信息.     

毫米波宽带综合化信道技术研究进展与展望

根据现代毫米波频段军民用电子信息系统并行多功能、全频带、集成化发展趋势,提出了毫米波综合化信道技术发展需求。综述了国内外宽带综合化信道架构和关键技术研究进展,提出了基于可配置宽带毫米波前端的信道架构、全信道单片集成、超导技术、宽带线性固态功放等毫米波综合化信道技术发展方向,给出了开展毫米波宽带综合化信道技术研究的建议。     

基于射线跟踪法的73 GHz走廊环境MIMO信道特性研究

为了研究5G室内走廊环境的毫米波传输特性,通过射线跟踪仿真方法预测了室内走廊环境下73 GHz毫米波MIMO信道特性。介绍了实验的仿真环境和射线跟踪仿真预测的实验方法和具体参数设置。研究了室内走廊环境下73 GHz毫米波MIMO信道的路径损耗、RMS时延扩展和MIMO信道容量变化。发现了路径损耗斜率和RMS时延数值较小。研究MIMO容量随距离变化时发现,收发机沿走廊纵向方向中间处会产生容量峰值,主要是由于该处散射丰富,NLOS分量大。研究MIMO容量特性发现增大天线间距和增大天线阵列规模可以提升容量,但是采用4×64 Massive MIMO相对于采用4×4 MIMO时容量提升较为有限。实验证实了73 GHz毫米波MIMO可以用于室内走廊环境。     

Wideband Millimeter-Wave Channel Characterization in an Open Office at 26 GHz

Based on the newest frequency allocation for the fifth generation (5G) radio systems at 26 GHz millimeter wave band by the World Radio Communications Conference, this paper investigates the wideband channel properties by measurements carried out in the LOS and NLOS environments at 26 GHz with 1 GHz bandwidth in an open office at KeySight Beijing, China, which is a representative of an indoor hotspot scenario. In the time domain measurements, an omni-directional biconical horn is used at the transmitter, while at the receiver a 24.3 dBi horn is applied and rotated with 5° angular step in the whole azimuth plane, and from ?20° to 30° in the elevation plane with 10° angular step. In the work, two kinds of path-loss models are developed, namely directional and omni-directional models by using close-in and float intercept methods. The directional path-loss model is useful for adopting beamforming techniques. The large scale channel parameters such as the shadow fading, root mean square (RMS) delay spread, RMS angular spread in the azimuth and elevation planes, Ricean K-factor, number of clusters and their correlations are investigated for the fifth generation (5G) link and system level simulations. A new method for extracting number of clusters is proposed to find the peak power within a sliding window. The power angular profiles are employed at the measurement locations for propagation mechanisms studies. We believe that the newest results in this work are useful in the simulations and planning for future 5G radio systems at 26 GHz.     

5G毫米波频段不同天线形式信道参数测量及对比分析

基于5G毫米波应用频段,开展了全向天线、喇叭天线以及阵列天线的信道测量与信道参数对比分析研究. 利用空间交替广义期望最大化(space-alternating generalized expectation-maximization, SAGE)算法提取了多径信道参数,包括多径时延、到达角、多径强度等,基于多径分量距离（multipath component distance, MCD）对多径分量进行了分簇结果的对比,对比分析了相同测量点处不同天线形式得到的信道参数差异. 结果表明,同场景下不同天线的信道参数测量结果会有较大差别,全向天线路损指数最小,阵列天线均方根(root-mean-square, RMS)时延扩展和RMS角度扩展均最小,喇叭天线可以得到较多的簇. 本文为5G毫米波频段信道建模提供了不同天线形式信道参数结果对比分析数据.     

Measurement‐Based Propagation Channel Characteristics for Millimeter‐Wave 5G Giga Communication Systems

This paper presents millimeter‐wave (mmWave) propagation characteristics and channel model parameters including path loss, delay, and angular properties based on 28 GHz and 38 GHz field measurement data. We conducted measurement campaigns in both outdoor and indoor at the best potential hotspots. In particular, the model parameters are compared to sub‐6 GHz parameters, and system design issues are considered for mmWave 5G Giga communications. For path loss modeling, we derived parameters for both the close‐in free space model and the alpha–beta–gamma model. For multipath models, we extracted delay and angular dispersion characteristics including clustering results.     

Path loss and delay spread for the stairwell channel at 5 GHz

Measured channel characterization results are provided for six stairwells in the 5‐GHz band, for two distinct stairwell types and two antenna polarizations. The stairwell channel is of interest for several applications, including Wi‐Fi and public safety. Although other authors have reported stairwell path loss for other frequency bands (900 MHz, 2.4, 5.8 GHz), to our knowledge, ours is the first work at 5 GHz. More significantly, we report on floor attenuation factors and delay spread, which prior work has not thoroughly addressed. We measured power delay profiles and from these estimated propagation path loss and root‐mean square delay spread (RMS‐DS). Path loss exponents were between 5.5 and 8.3, and vertically polarized monopoles yield larger path loss and path loss exponents than horizontal polarization. Mean RMS‐DS values ranged from 15 to 57 ns for link distances covering up to three flights of stairs. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

28 GHz MIMO无线信道特性分析与研究

基于室内视距(Line-of-Sight,LOS)和非视距(Non-Line-of-Sight,NLOS)无线信道测量数据,研究了28 GHz多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)信道参数和容量特性.具体地说,分析了莱斯K因子、时延扩展、出发角和到达角的角度扩展等信道参数,研究了MIMO信道容量及空间相关性对容量的影响.结果表明:莱斯K因子、时延扩展以及角度扩展值取决于测量环境及场景;LOS条件下时延扩展的累积分布函数(Cumulative Distribution Function,CDF)曲线与正态分布拟合优于NLOS条件下的数据;MIMO天线空间相关性越大信道容量越小.本文结果可为28 GHz无线通信系统设计提供有用信息.     

Effects of polarization, antenna directivity, and room size ondelay spread in LOS indoor radio channel

This paper presents results of experiment and computer simulation based on a three-dimensional (3-D) ray-tracing method for various directional polarized antennas, where the effects of polarization, antenna directivity, and room size on delay spread (measured at 94 GHz) are investigated in the line-of-sight (LOS) indoor channel. These results indicate that the delay spread can be reduced significantly by the directional circularly polarized antenna. It is also found that the delay spread increases almost proportionally with the square root of the room floor area     

Measurement and modeling of an ultra-wide bandwidth indoor channel

This paper describes the results of frequency-domain channel sounding in residential environments. It consists of detailed characterization of complex frequency responses of ultra-wideband (UWB) signals having a nominal center frequency of 5 GHz. A path loss model as well as a second-order autoregressive model is proposed for frequency response generation of the UWB indoor channel. Probability distributions of the model parameters for different locations are presented. Also, time-domain results such as root mean square delay spread and percent of captured power are presented.