室内毫米波大规模天线阵列信道:测量与仿真

摘要

这篇文章主要研究了大规模多天线系统在26 GHz的毫米波频段的信道特性。首先，开展了室内大规模多天线的信道测量，分别使用了64和128的天线阵列。基于测量，萃取了信道的路径损耗、阴影衰落、均方根时延扩展以及相干带宽。通过移除依赖于距离的路径损耗，发现阴影衰落可以在对数域用高斯分布进行拟合，且对于64天线的线性阵列、64天线的平面阵列以及128天线的平面阵列，其对数高斯分布的标准差分别为0.090 dB、0.098 dB以及0.079 dB。此外，还对线性阵列以及平面阵列信道阴影衰落的均值和标准差、均方根时延扩展以及相干带宽进行了数值统计。接下来，使用测量数据验证了自主开发的射线跟踪仿真器，并基于仿真器通过搭建同一个室内场景仿真了1024天线阵列的信道。基于测量数据的校准，射线跟踪仿真器的平均误差只有3.5 dB，并且可以仿真更多数量的天线阵列，而这些是测量所难以达到的。从测量与仿真得到的均方根时延的对比中可以看出，结果之间并没有显著的差别。此外，基于1024天线阵列的仿真信道，得到了平均时延与均方根时延随着天线阵列数目变化的趋势：平均时延随着阵列天线的数目有微小的变化，且数值集中在16 ns周围：然而，均方根时延随着天线阵列对称的变化趋势意味着一个较强的相关性存在于发射机／接收机所处的位置以及室内场景的几何特征之间。这个现象对于室内场景毫米波大规模多天线系统的设计有着积极的指导意义。