60GHz毫米波室内环境下传输信道链路分析

摘要

近年来，无线通信技术快速发展，毫米波这一新兴通信技术为大数据短距离高速率传输提供了可靠的技术支持。无线通信技术在日常生产生活中越来越紧密的围绕在我们周围，比如我们的手机以及各种需要高速流量的手机APP、数字电视、视频点播等。为了实现高速带宽无线接入，只能往高频无线频谱资源方向开发，无线通信技术中领先的技术要属于毫米波通信，毫米波相对于其他电磁波的特点是频率高，毫米波还有波长短、带宽大、保密性高等优点。毫米波只能在短距离内传输，空气、环境、障碍物等因素都会对毫米波无线通信产生影响，使毫米波传输环境变复杂。因此，如何正确地描述电磁波短距离传输，对毫米波无线通信信道的关键参数获取有着很重要的意义。
　　本文的工作主要在以下几个方面:
　　首先，对短距离无线通信系统进行概述，介绍天线阵列利用发射天线和接受天线空间排列实现传输信号的分集与复用;分析短距离无线信道传输和天线阵列的关系，对无线信道在阵列模型下进行信道建模并提出阵列天线毫米波无线通信的理论解释与分析。结果表明，到达角(Angle of Arrival，AOA)和到达高度（Elevation of Arrival，EOA）的对链路都会产生影响。且均匀矩形阵列(Uniform Rectangular Array，URA)相对于均匀线形阵列（Uniform Linear Array，ULA）和均匀圆形阵列(Uniform Circular Array，UCA)在信号传输中更有优势。
　　其次，进一步研究与讨论了短距离无线通信毫米波信号在室内环境下的链路损耗，观测比较ULA和URA在室外空间中的链路损耗模型。推导出电磁波在三维空间下的均匀线形阵列和均匀矩形阵列的空间衰落相关性表达式。对比毫米波链路损耗在不同极化模式下的吻合度。结果表明，相同的极化模式下，介电常数低的材质链路损耗小，反之介电常数大则链路损耗大。比较电磁波在垂直极化模式下和水平极化模式下的链路损耗，所得出的结果表明:垂直极化模式造成的衰落和相比于水平极化模式损耗较小。
　　然后，分析室内环境下短距离无线信道，提出适用于60GHz的室内环境下短距离无线信道传输模型。推导出基于接收机和发射机两端距反射面间距的反射系数表达式以及基于接收机发射机距离的路径损耗相关函数表达式，验证了IEEE工作组发布的典型无影响链路的路径损耗模型的在实际情况下不准确。结果表明，在现有的传输模式下。默认毫米波反射系数”R=-1”会带来较大的误差。
　　最后，针对60GHz毫米波在室内环境下传输受移动人体的影响做出理论研究，提出一种60GHz在室内环境下移动人体导致的阴影衰落扩展计算三路径切面模型，在频率域范围和时间域范围将计算结果和实验结果进行对比。结果表明，提出的模型与计算结果不能很好的吻合，需要改进毫米波性能评估的计算模型。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 短距离无线通信技术

1．1．1 简介

1．1．2 60GHz毫米波通信

1．2 短距离无线传输信道

1．3 本文主要创新工作

1．3．1 本文主要的创新

1．3．2 本文主要工作

2．1 引言

2．2 无线信道特性

2．2．1 大尺度衰落特性

2．2．2 小尺度衰落特性

2．2．3 室内多径信道参数

2．3 毫米波概述

第三章 阵列的衰落模型

3．1 引言

3．1．1 MIMO基本理论

3．1．2 MIMO通信系统

3．2 阵列的分类

3．2．1 均匀线形阵列

3．2．2 均匀矩形阵列

3．2．3 均匀圆形阵列

3．3 信道模型

3．3．1 ULA空间信道模型

3．3．2 URA空间信道模型

3．4 uLA和URL空间衰落相关性

3．4．1 ULA空间衰落相关性

3．4．2 URA空间衰落相关性

3．5 结果与分析

3．6 结论

4．1 引言

4．2 毫米波传输信道

4．2．1 毫米波的分类

4．2．2 毫米波研究的必要性

4．3 60GHz毫米波短距离传输模型

4．3．1 反射系数表示法

4．3．2 毫米波短距离传输模型

4．3．3 两种极化模式分析

4．4 毫米波链路损耗计算及分析

4．4．1 不同材质链路损耗分析

4．4．2 不同频率链路损耗分析

4．5 链路损耗模型改进

4．6 结论

第五章 移动人体对毫米波传输的影响

5．1 引言

5．2 移动人体扩展计算模型

5．2．1 多路径切面模型

5．2．2 时间功率谱

5．3 结果与分析

5．3．1 不同频率损耗特性

5．3．2 不同时间损耗特性

5．4 结论

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简介

致谢