基于FEKO仿真的室内场景信道特性分析

摘要

当前无线通信的热点区域多集中在卧室、办公室、大厅等室内场景。数据表明，室内数据业务量占比至少70％，而且随着移动互联网时代的到来，室内数据业务量增长的趋势更加明显。因此研究室内移动通信系统具有重要意义。
　　室内场景不同于室外场景。相对于农村以及城市郊区的室外场景，室内场景具有封闭性和狭小性的特点，相对于市区的室外场景具有很多车辆和行人等，室内场景移动物体较少，因此室内场景的信道特性与室外场景有很大不同，有必要单独针对室内场景信道特性研究。
　　传统的无线信道特性分析一般建立在实地信道测量的基础上。本文基于综合电磁仿真软件FEKO，进行了信道小尺度衰落、时延和角度谱等特性研究，具有成本低、参数可控、易于实施等优点。
　　本论文的主要内容如下:
　　(1)介绍了无线信道传统研究机制，在此基础上比较了实地测量与FEKO仿真两者的优劣。用FEKO仿真代替实地测量步骤，进而进行无线信道特性分析等，这是本论文的一个特色。
　　(2)选取了四种典型室内场景（走廊场景、拐弯走廊场景、办公室场景、走廊与办公室组合场景），根据FEKO软件仿真得到的场强数据，基于三种检测方法（K-S检测、x2检测、AD检测）确定了小尺度衰落分布，研究了不同场景、不同频率、不同位置时分布参数变化情况，给出了每个场景的衰落余量建议。
　　(3)通过一个简单的两径模型验证了运用FEKO进行电波传播时延特性研究的可行性，选取了四种室内场景，根据FEKO软件仿真得到的S21参数得到了对应场景下的功率时延谱，进而得到了平均时延和均方根时延扩展，最后探究了收发天线距离和中心频率对时延特性的影响。
　　(4)介绍了角度功率谱估计的MVDR算法，通过单径LOS和单径NLOS两个简单模型验证了基于FEKO仿真进行角度功率谱估计的可行性，选取了两种典型室内场景，根据FEKO仿真得到的S21参数得到了角度功率谱，并以此为基础分析了角度谱特性，包括波簇个数及相应功率比、到达角、离开角、角度功率谱及所服从的分布、角度扩展等几个方面。
　　本论文的研究成果可以用于室内场景通信系统设计和网络部署。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．3 创新之处及本文组织结构

2 无线信道研究方法以及FEKO介绍

2．1 信道测量

2．2 信道特性分析

2．3 信道建模

2．3．1 信道模型分类

2．3．2 信道建模方法

2．4 信道仿真

2．5 FEKO介绍

2．5．1 FEKO主要算法

2．5．2 FEKO仿真步骤

2．6 本章小结

3 基于FEKO仿真的室内场景小尺度衰落研究

3．1 小尺度衰落成因

3．2 室内场景建模

3．2．1 走廊场景

3．2．2 拐弯走廊场景

3．2．3 办公室场景

3．2．4 组合场景

3．3 室内场景常用小尺度衰落分布

3．3．1 Rayleigh分布

3．3．2 Rice分布

3．3．3 Nakagami分布

3．3．4 Weibull分布

3．4 小尺度衰落仿真数据分析

3．4．2 X2检测

3．4．3 AD检测

3．4．4 仿真数据检测步骤

3．4．5 检测结果分析

3．5 本章小结

4 基于FEKO仿真的室内场景时延特性研究

4．1 研究背景

4．2 时延特性研究方法

4．2．1 时延特性参量计算方法

4．2．2 时延特性仿真步骤

4．3 两径模型时延特性验证与分析

4．4 室内场景时延特性分析

4．4．1 仿真参数设置

4．4．2 功率时延谱分析

4．4．3 平均时延与均方根时延扩展分析

4．5 本章小结

5 基于FEKO仿真的室内场景角度谱特性研究

5．1 研究背景

5．2 角度功率谱估计算法介绍

5．2．1 算法综述

5．2．2 MVDR算法

5．2．3 角度功率谱估计MATLAB步骤

5．3 场景及参数设置

5．3．1 验证场景

5．3．2 室内场景

5．4 验证场景估计结果

5．5 室内场景角度谱特性

5．5．1 到达角与离开角

5．5．2 角度功率谱分布

5．5．3 角度扩展

5．6 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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