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。     

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.     

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.     

基于射线追踪技术的多类工业环境28GHz信道特性研究

工业物联网是第六代移动通信技术（6th Generation Mobile Communication Technology,6G）的典型应用场景,工业环境无线信道特性是构建工业物联网应用的基础。本文基于射线追踪技术,研究三类典型工业环境（车间工厂、食品工厂、仓库工厂）在28GHz频段的信道特性。研究结果表明不同工业环境的路径损耗特性相差较大,本文对差异的产生原因进行了阐述,还对比了视距与非视距情况下的均方根时延扩展特性。本文研究结果可以为室内多场景下28GHz信道特性的建模与研究提供帮助。     

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。     

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.     

室内场景中140 GHz无线信道测量与传播特性研究

太赫兹技术具有超大带宽的传输能力和超高精度的感知能力，因此成为了6G潜在关键技术方向之一。探明太赫兹信道空间传播特性是太赫兹基础理论创新和关键技术研发的基础。为此，开展了140 GHz室内场景中信道测量与传播特性研究。具体地，搭建了基于矢量网络分析仪的频域信道测量平台，并在数据中心、办公室、走廊等典型室内场景中进行了大量的信道数据采集。基于测量数据，完成了太赫兹信道的多径分量提取和分簇，分析了太赫兹信道传播特性。     

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。     

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.     

大规模3D-MIMO在典型室内NLOS信道下的特性研究

为了明确室内不同场景、不同频段以及不同天线数目下大规模三维多输入多输出(Massive 3D-MIMO,Massive Three-Dimensional Multiple-Input Multiple-Output)的差异,本文搭建了一种3D-MIMO信道测量平台,对典型室内非可视(NLOS,Non Line of Sight)环境下大规模3D-MIMO无线信道进行测量,利用三维逆快速傅里叶变换(Inverse Fast Fourier Transform,IFFT)对各个场景下的信道特性进行了波数域的表征。结果表明,在NLOS信道下,3D-MIMO的空间分辨率依然取决于天线阵列的大小,且空间分辨能力几乎不受频段变化的影响。     

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。     

室内走廊环境高频段宽带无线信道测量与建模

为了验证在高频段进行宽带无线通信的可行性,介绍了针对室内走廊环境进行的14GHz宽带无线信道测量和所获取的信道特征。基于频域信道冲激响应测量方法,设计搭建了宽带无线信道测量平台,较好地克服了高频段电波传播能量实时测量采集的难度。基于实测数据提取信道参数化模型,获取了高频段电波传播特性参数统计分析结果,包括路径损耗与阴影衰落、时延扩展、角度扩展。测试与分析结果表明:高频段电波传播时延小、方向性强,适用于宽带互联通信。     

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.     

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.     

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。     

高架桥场景下的射线跟踪仿真器校正及信道特性分析

基于93.2 GHz频段下高速铁路典型高架桥场景中的通信信道测量数据, 利用射线跟踪仿真器对无线信道传播特性进行仿真, 并通过与实测数据的对比进行场景结构尺寸、收发机位置、材料介电常数等仿真器基本输入参数的校正, 实现路径损耗数据的平均误差为0.2 dB, 提升了仿真器的有效性和可靠性.利用校正后的仿真器输出结果对高架桥场景下的信道传播特性做了进一步的分析, 分别对莱斯K因子、均方根时延扩展、功率时延谱以及角度扩展进行了计算.结果表明, 高架桥场景的特殊结构导致随着收发机距离的增大, 各多径成分与直射径成分的路程差减小, 从而使多径在较小的时延范围内分布, 同时由于半功率波束宽度为10°的喇叭天线的使用导致多径分量减少且集中, 因此在高架桥场景下各参数数值均相对较小.除此之外, 本文还利用相关性对整个场景进行了准平稳区间的划分, 并计算了一个准平稳区间内各大尺度参数间的互相关性.     

室内X波段离体信道传播特性的测量与建模

研究了在X波段以人体为中心环境的无线信道衰落模型建模方法，围绕可穿戴天线在体表不同部位的无线信道进行了实验和分析.分别在离体与无体场景下测量视距（line-of-sight, LoS）和非视距（non-lineof-sight, NLoS）两种路径的信道衰落，对比分析人体不同部位的阴影效应和穿透损耗，结果表明改变天线穿戴部位，信道衰落曲线的损耗指数和截距均会发生变化；人体穿透损耗与信道频率、收发端天线之间的距离无关.基于现有的模型对实验数据进行拟合，提出一种与人体不同部位相关的带有体表阴影效应、穿透损耗修正因子的离体信道衰落模型.该模型细化了人体不同部位的信道特性，与通用模型相比能更加精地确描述离体信道传播环境.     

基于皮肤-脂肪模型的太赫兹体内多输入多输出信道特性分析与建模

为探究太赫兹(THz)频段体内多输入多输出(MIMO)通信系统的传输特性,该文在0.8～1.2 THz下构建了精确的皮肤-脂肪模型,对皮肤-脂肪模型中垂直方向和水平方向的链路进行全波电磁仿真,分析太赫兹体内信道特性,建立路径损耗模型。首先,结合太赫兹频段人体组织的介电特性和人体皮肤的解剖学结构构建皮肤-脂肪模型。其次,对比分析了3条链路的路径损耗和阴影衰落,提出带有等效吸收因子的太赫兹体内路径损耗模型。最后,对3条链路的莱斯K因子、均方根时延扩展、MIMO容量进行分析。仿真分析表明,带有等效吸收因子的太赫兹体内路径损耗模型可以更准确地描述加长距离垂直链路2的路径损耗,发射端在体表可以增强MIMO容量。该文的工作可以为太赫兹体内通信系统的设计和优化提供参考。     

一种通用宽带MIMO信道模型

针对宽带的MIMO信道建模问题,提出一种通用多天线信道模型及其构造方法.该方法把克罗内克积应用到频域,同时提出频域散射衰落加权因子的概念,由此导出一种室外宽带MIMO散射分布模型.经过简化,该模型还可以应用到室内场景.仿真结果表明,这种通用信道模型能够准确的描述出宽带MIMO信道的视距(LoS)、非视距(NLoS)、室内外散射特征以及孔径效应.