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.     

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(delay spread, DS)、接收功率等传播特性. 通过与现有文献的测量结果对比分析验证了改进射线跟踪法的正确性与有效性. 通过BP神经网络方法拟合得到的路径损耗模型参数结果与改进射线跟踪法仿真得到的路径损耗参数结果对比发现,两者吻合程度很高,验证了BP神经网络算法能很好地对室外微蜂窝毫米波信道大尺度参数进行预测. 同时,文中给出了一种普遍适用的用来表征室外微蜂窝视距(line-of-sight, LoS)与非视距(non-line-of-sight, NLoS)场景下28 GHz与39 GHz毫米波信道的路径损耗模型. 结果表明:LoS场景下的RMS DS和接收功率都小于NLoS场景下得到的结果;LoS场景与NLoS场景下RMS DS、水平方向到达角、多径簇的个数累积分布函数均服从高斯分布;RMS DS在毫米波频段微蜂窝场景下,随着频率的升高而增大,到达接收端的多径成簇呈现稀疏性.     

非对称毫米波大规模MIMO系统信道特性研究

为了满足下一代无线通信的需求,基于最近提出的非对称毫米波大规模多输入多输出(multipleinput multiple-output, MIMO)系统架构,研究了非对称毫米波大规模MIMO系统信道特性——信道非对称性. 根据非对称毫米波大规模MIMO系统架构和影响毫米波信道非对称性的主要因素,提出了刻画上下行信道非对称性的新参数——非对称因子. 同时利用实验室自行研发的射线跟踪平台对非对称毫米波信道进行仿真分析. 结果表明,基站收发天线阵列配置不同是导致信道非对称性的根本原因,复杂的传播环境使得这种非对称性更加突出,严重情况下室内场景非对称因子可达到?30 dB左右. 同时室外视距(line-of-sight, LoS)和非视距(non-line-of-sight, NLoS)场景下的非对称因子累积分布函数(cumulative distribution function, CDF)与高斯分布拟合程度较好,而NLoS场景下明显比LoS场景下的非对称因子小. 因此,非对称因子能够直观地描述出不同场景中上下行信道的非对称程度,而且非对称毫米波大规模MIMO系统也应以场景为导向进行信道特性分析.     

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.     

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。     

车内宽带信道测量与建模

介绍了针对车内环境进行的宽带信道特性测量结果和提取的信道特性.测量的信道频率范围为0.5～16 GHz,场景包括了直达径(Line-of-Sight,LOS)和非直达(Non-Line-of-Sight,NLOS)的典型情况,同时也考虑了收发距离和车内乘员的影响.测量结果显示:车内环境下的小尺度多径衰落模型可以使用Saleh-Valenzuela(S-V)模型进行描述.车内的幅度衰落统计特性服从Lognormal分布.从测量的数据中提取了均方根时延扩展和S-V模型的关键参数.进一步的研究显示:均方根时延较少依赖于传输距离,主要取决于车内的环境、人员数量和布局.统计得出的信道参数和分布特性可以建立离散时间信道模型,应用于仿真与验证宽带通信系统.     

65.5 GHz毫米波信道测量与分析

毫米波技术和大规模多输入多输出天线技术是5G移动通信系统的关键技术. 为了研究60 GHz毫米波频段宽带信道特性,在会议室进行了65.5 GHz频段的信道测量活动. 首先基于方向性路损模型,研究路径损耗指数和阴影衰落特性;然后基于空间交替广义期望最大化（space-alternating generalized expectation-maximization, SAGE)参数化分析算法,提取水平到达角、时延和幅度信息;最后根据多径分量距离方法,对多径分量进行分簇,分析均方根时延扩展和均方根角度扩展特性. 实测结果表明:视距情况下,方向性路损在固定截距和浮动截距两种方式的拟合下与自由空间路径损耗模型相近;65.5 GHz下环境中的簇具有稀疏性;时延扩展和角度扩展的结果与第三代合作伙伴计划（the 3rd Generation Partnership Project, 3GPP）的结果相近. 本文提供的信道参数对于5G毫米波60 GHz频段信道建模和仿真具有重要参考意义.     

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.     

6G超大规模天线信道波束域传播特性分析

为了探明6G超大规模天线信道在波束域的信道传播特性,重点开展了无线信道测量实验与测量数据分析.首先,在典型城市场景下,开展了sub-6 GHz频段配置超大规模均匀线阵的视距(light-of-sight, LoS)和非视距(non-LoS, NLoS)信道测量实验;其次,划分若干子阵列,并分别使用高分辨率参数提取算法估计多径幅度、时延和角度;然后,根据不同的子阵列角度分辨率构建虚拟波束,将对应不同虚拟波束角度的多径进行分组及叠加.通过比较不同子阵列在相同角度对应的虚拟波束系数,发现传统天线域的空间非平稳特性在波束域表现不明显.通过分析不同虚拟波束的信道系数,可观察到波束域稀疏特性,并且LoS场景的稀疏特性更加明显.针对不同场景下各虚拟波束的多径数目、功率和均方根时延扩展进行拟合分析,可知分别服从高斯分布、高斯分布、均匀分布.此外,分析发现LoS场景下虚拟波束间相关性较低,而NLoS场景下虚拟波束间相关性随波束分辨率提高而增大.     

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.     

随机桥方法研究超宽带无线信道

该文使用随机桥方法研究超宽带室内多径信道。首先介绍随机桥理论,分析UWB室内多径信道的物理基础;然后对UWB脉冲信号失真问题和脉冲信号的相位问题进行深入分析。把UWB信号在信道中发生的传播损耗和与散射体发生碰撞产生的损耗分开,假设UWB多径信号的传播路径为布朗桥过程,同时采用双值相位假设,得到布朗桥模型信道冲激响应。对有金属网格玻璃门反射的走廊环境进行仿真,得到的UWB信道功率时延分布与公布的UWB信道测量结果一致。     

Millimetric wavelengths radiowave propagation for line-of-sightindoor microcellular mobile communications

Discusses millimeter waves for indoor microcellular communications. The results of propagation experiments conducted at 60.4 GHz (the oxygen absorption band) and 38.25 GHz to determine multipath characteristics in a number of indoor microcell channels employing omnidirectional antennas are presented. Cumulative distribution functions for received signal envelope, as well as corresponding power spectra are given. In addition, a comparison between the fading statistics measured at 60.4 GHz and 38.25 GHz under similar conditions is made. The change in multipath characteristics due to the presence of different building materials is also illustrated. A ray model is developed to represent indoor microcell propagation by considering a direct ray plus rays which have undergone single and double reflections from the walls. Specular floor-reflected and ceiling-reflected rays are included when the antennas radiation pattern does not preclude them. Using this simple model, the signal variations and the amplitude of reflected rays with respect to the line of sight (LOS) ray as functions of mobile receiver position are predicted and used to assist in interpreting experimental results. Theoretical results are found to be in good agreement with measured ones, with the model also being used to predict structure-induced root mean square (rms) delay spread along receiver routes in an indoor microcell environment. This parameter is a measure of multipath conditions in a mobile radio channel and is inversely proportional to the maximum usable data signalling rate of a channel     

超宽带室内多径信道随机分析模型

使用随机分析方法研究超宽带(UWB)室内多径信道.从UWB信号的基本传播特性出发构建随机分析模型的物理基础.假设UWB信号的多径分量在信道中的传播轨迹是某个随机过程的样本,把UWB信号在信道中传播时发生的传播损耗,和与散射体发生碰撞产生的损耗分开,建立UWB室内多径信道的随机分析模型,包括完全随机的布朗桥模型和有约束的布朗桥模型.使用有约束的布朗桥模型对假设的有8个散射体的不完全随机分布室内环境,以及有金属网格玻璃门反射的走廊环境进行仿真,得到了具有明显成簇现象的UWB信道的功率延迟分布.仿真结果与已公布的UWB信道实测结果具有很好的相似性.     

基于相位补偿的非理想无线轨道角动量复用通信系统研究

电磁波轨道角动量各模态间满足严格正交性,为无线通信系统提供了一个新的复用维度。当前无线轨道角动量通信的研究仍集中于理想视距(LoS)场景,在实际通信场景中,多径效应和非对齐效应等非理想传输情况通常是无法避免的,这会使得无线轨道角动量多入多出(OAM-MIMO)通信系统的性能遭受较大损失。为提升非理想无线OAM-MIMO通信系统性能,该文建模了一种更加符合实际传输场景的毫米波OAM-MIMO 10射线信道模型;然后评估了多径效应和非对齐效应带来的性能损失问题;最后,提出了一种低复杂度的平均相位补偿与迭代功率分配(APC-IPA)联合优化方案来消除非对齐和多径效应造成的相位偏差,提升系统信道容量。仿真结果表明:在同时遭受非对齐和多径效应时,所提APC-IPA联合方案能够有效地提升系统信道容量。     

A Stochastic Model of the Time-Variant MIMO Channel Based on Experimental Observations

This paper proposes a stochastic multipath model that is useful for generating multiple-input–multiple-output (MIMO) channel matrices in time-variant environments. The multipath model is developed by first extracting the relevant multipath cluster characteristics from measured indoor channel data and subsequently capturing these characteristics in an autoregressive stochastic model. This model is then used to generate channel matrices whose space–time characteristics closely match those of realistic scenarios, particularly when birth and death of multipath clusters are included in the stochastic representation. Computational examples reveal the applicability and the accuracy of the approach. While the current implementation is based on data taken assuming that propagation is confined to the horizontal plane, this paper also discusses the extension of the model to describe 3-D propagation, enabling its application to a wide range of physical scenarios and antenna characteristics.      

Propagation Path Loss and Materials Insertion Loss in Indoor Environment at WiMAX Band of 3.3 to 3.6?GHz

The purpose of this study is to characterize the indoor channel for IEEE 802.16 (WiMAX) at 3.3?C3.6?GHz frequency. This work presents a channel model based on measurements conducted in commonly found scenarios in buildings. These scenarios include closed corridor, wide corridor and semi open corridor. Path loss equations are determined using log-distance path loss model and a Rayleigh multipath induced fading, Normal multipath induced fading or a combination of both. A numerical analysis of measurements in each scenario was conducted and the study determined equations that describe path loss for each scenario. Propagation loss is given for 300?MHz bandwidth. This work also represents the insertion loss of different materials and the obstruction loss due the existence of human beings between the transmitting antenna and the receiving one.     

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。     

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.