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。     

基于射线跟踪的空地毫米波传播损耗预测

传播毫米波传播损耗模型假设收发端天线高度比较低,不直接适用于空地传输场景,本文基于射线跟踪原理提出了一种空地场景下毫米波通信的传播损耗统计模型。该模型推导分析了视距、反射、绕射和无信号四种不同传播情况的路径概率,并综合考虑了环境、频率、距离和天线高度等因素对路径损耗的影响。仿真分析结果表明,本文模型对不同场景和传播高度都具有良好的适用性,对于非视距情况的细化分类使其计算结果,比传统模型更为精确且与射线跟踪仿真结果更为吻合,可用于空地毫米波通信系统设计和算法优化等领域。      

基于三维抛物方程的路径损耗预测模型

为实现通信网络的优质覆盖和基站选址的优化布局,研究城市环境中电波传播的路径损耗预测模型尤为必要。文章通过STL数据的三维重建技术,结合K-means聚类算法对传播环境进行电磁建模,采用三维抛物方程解算电波传播过程,形成了路径损耗预测模型。仿真结果与经验模型相比,表明本模型不仅能准确地反映出电波的衰减趋势,还可预测环境反射、散射造成的多径衰落;街道场景下本模型的仿真结果和实测路径损耗基本吻合,验证了本文模型的正确性。     

基于抛物方程的无人机通信场景传播特性分析

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。     

面向6G的无线通信信道特性分析与建模

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.     

基于视距概率模型的6G室内无线通信系统性能分析

工业物联网、大型商超、体育场馆等室内通信场景的重要性在6G无线通信系统中日益显著。研究室内视距（LoS）信号概率模型有利于提升室内通信系统性能分析准确性。针对室内环境，考虑家具、设备等室内阻挡物的任意位置以及任意高度，构建了视距信号概率模型。该模型可以准确刻画不同阻挡物场景下的视距概率。基于视距信号概率模型，推导了信噪比分布，并研究了室内覆盖性能和能量效率。相关研究成果有助于指导室内无线通信系统部署，降低成本。     

基于机器学习和卫星图像的路径损耗预测

基于反向传播神经网络（back propagation neural network,BPNN）构建了一种路径损耗预测模型.通过卫星图像的红、绿、蓝（red, green and blue,RGB）通道的颜色信息来表征无线通信电波传播路径的环境特征,结合路测点与基站的距离特征构建数据集,迭代训练网络参数,以预测传播路径损耗.结果表明,对跨基站路测点的预测结果与实测数据之间的相关系数达到0.83,绝对平均误差控制在0.66 dB,标准差控制在6.65 dB,说明在缺乏某一场景的详细模型和材质参数时,本文模型也能可靠预测无线通信电波的传播路径损耗.此外,本文信道模型与传统信道建模方法多方面的对比与分析表明,本文模型在相同计算资源下可以提供和传统信道建模方法相差很小的预测结果,同时大大缩短预测所需的时间,说明本文模型对传播路径损耗做出快速预测的能力可以用于无线通信网络系统的优化.     

海面电波传播损耗模型研究与仿真

研究了海面电波传播损耗预测模型,指出对该类传播损耗预测的仿真模型宜采用Longley-Rice模型,并对模型作了适应性修正和补充以适应海上编队通信链路的仿真.还推导了Okumura-Hata模型和Longley-Rice模型电波传输损耗预测的具体算法,数值仿真结果显示本文提出的方法预测结果与实测数据相符,最后给出对1 km以内和飞机飞行高度在10 km以上时的修正和补充方法.     

基于多层感知器神经网络的路径损耗预测研究

为了更好地服务于5G及未来无线通信系统的网络规划与优化,开展了基于多层感知器(multi-layer perceptron, MLP)神经网络的路径损耗预测研究. 利用有限的地物类型,提出一种表征传播环境的简易方法,避免了繁琐的三维场景建模. 结合测量数据和由环境表征方法提取的环境特征,基于MLP神经网络建立了路径损耗模型. 数据实验的对比分析表明MLP神经网络能够实现路径损耗的准确预测,且环境特征的引入有助于提升模型性能. 为解决干扰地物影响路径损耗模型的准确性以及模型对环境变化的敏感性问题,根据视距(line-of-sight, LoS)和非视距(non-line-of-sight, NLoS)标签改进环境表征方法,进一步提升了模型的稳定性和泛化能力. 所做工作有助于了解无线电波传播特性,为无线网络优化和通信系统设计提供了理论依据.     

预测毫米波雾衰减的抛物方程模型研究

雾是影响毫米波通信系统性能的典型气象条件之一.针对传统经验模型无法精确预测多径效应下的电波传播问题,给出了基于抛物方程的雾衰减预测模型.以自由空间雾特征衰减的预测为例,将本文模型与Rayleigh近似及经验模型的计算结果进行对比,验证了该方法的可靠性.最后将该模型应用于预测35 GHz和94 GHz毫米波在分别含有平流雾和辐射雾的复杂环境中的传播特性,仿真结果表明该模型有效地反映了地形绕射、地表反射等对电波传播的影响,为快速准确地预测复杂地理环境及特殊气象条件中的电波传播特性提供了一种有效的预测模型.     

5G宏蜂窝移动通信三维圆柱MIMO多天线系统性能

针对第五代(5G)宏蜂窝移动对移动(M2M)通信场景需要高效率的信号传输模型,提出一种三维(3D)圆柱多输入多输出(MIMO)信道,反映分布区域宏蜂窝传播环境,其中三维圆柱作为信号传输中的干扰对象。接收端(Rx)位于圆柱模型的中心点,发射端(Tx)位于散射区域之外任意位置。接收信号由视距(LoS)传播分量的总和以及由不同物体反射的非视距(NLoS)传播分量组成,该模型能够充分适应各种5G无线通信场景。此外,本文结合莱斯衰落信道、均匀分布、高斯分布、拉普拉斯分布、冯米赛斯分布研究统计信道传播特性,即发射端和接收端在不同的运动方向和运动时间的空间互相关函数(CCF)、时间自相关函数(ACF)和多普勒功率谱密度(PSD)。发射端和接收端在不同时刻的传播特性数值的Matlab分析结果与仿真结果很好地拟合,证明了所提出的三维模型对于真实的5G宏蜂窝移动通信信道是切实可行的。     

Broadband channel measurement and analysis

1 Introduction A complete understanding of propagation characteristics of wireless channel is the key for designing a mobile wireless communication system as the outcomes of various researches on wireless channel are regarded as the basis of mobile wirele…     

Analysis of a modified MIMO multi-bounced channel model for narrow street environment

To establish scattering models that match realistic street transmission scenarios for more efficient M2M mobile communication systems,existing models mainly focus on single-scattering and double-scattering,while for narrow urban street environment,single-scattering assumption is rather restrictive.To overcome this problem,a modified multi-bounced channel model based on EBSBM was provided,in which the concept of equivalent scattering point is assumed.The multi-bounced propagation paths are considered as an one-bounced ellipse scattering path and characteristics of the model were further analyzed.General formulations of several important parameters such as the probability density function (PDF) of the angle-of-departure(AOD),angle-of-arrival (AOA) and Doppler shift were derived,which were applied to the performance of multiple-input-multiple-output（MIMO）system employing a circular array antenna.Doppler frequency distribution was also taken into account.The results show good agreement with the previously models,which validates the rationality of proposed model.     

Review of Wireless Personal Communications Radio Propagation Models in High Altitude Mountainous Areas at 2.6 GHz

This paper presents five commonly used radio propagation models (RPMs) which are suitable for the prediction of path loss in macrocell environments of LTE wireless communication systems. These RPMs’ application in high altitude mountainous areas networks (HAMANETs) environment requires further validation and studies. Through using the measured path loss in the HAMANETs at 2.6 GHz to calculate the predicted value of the five RPMs and the measured value’s mean error (ME), root mean square error, and error standard deviation (ESTD), we verified the predicted value of the SPM model that is closer to the actual measurement. On this basis, the empirical propagation model in HAMANETs environment is corrected. When correcting, a method to calculate base station’s effective antenna height and propagation distance is provided by using the altitude above sea level data. This method can reduce the error that the mountainous areas are simplified to the flat-terrain in the existed propagation models. A linear least square method is used to calculate the optimal propagation model. Finally, the ME is the smallest, and the ESTD is less than 8 dB, which indicate that the corrected propagation model is more suitable for the actual environmental path loss’s prediction. The results show that the path loss factor of the test area is about 65 dB, including the influence of the high altitude, mountains, vegetation, and air humidity in HAMANETs environment. The study results can provide useful advice to the evaluation and verification of personal wireless communications in the HAMANETs. Furthermore, using the correction method proposed in this paper can correct propagation models suitable for the different propagation environments to improve the accuracy and efficiency of wireless network optimization.     

A new stochastic spatio-temporal propagation model (SSTPM) formobile communications with antenna arrays

In order to evaluate the performance of third-generation mobile communication systems, radio channel models are required. The models should be capable of handling nonstationary scenarios with dynamic evolution of multipath. In this context and due to the introduction of advanced antenna systems to exploit the spatial domain, a further expansion is needed in order to include the nonstationary characteristics of the channel. In an attempt to solve these problems, this paper presents a new stochastic spatio-temporal propagation model. The model is a combination of the geometrically-based single reflection and the Gaussian wide-sense stationary uncorrelated scattering models, and is further enhanced in order to be able to handle nonstationary scenarios. The probability density functions of the number of multipath components, the scatterers' lifetime, and the angle of arrival are calculated to support these features. The input parameters of the model are based on results from measurement campaigns published in the open literature     

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.     

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...