基于5G典型频段与场景的毫米波信道传播特性研究

摘要

毫米波技术作为第五代(The Fifth Generation，5G)移动通信系统关键技术之一，其不同场景下的信道测量与特征建模对于5G新的传输技术的评估、系统设计与优化部署至关重要。在此背景下，本文基于毫米波时域信道探测器，在典型频段下针对不同场景与天线类型进行信道测量与建模，以此开展了面向5G典型频段与场景的毫米波信道传播特性研究，主要包括:室内26GHz信道传播特性与建模方法研究;毫米波大规模天线信道簇的时变模型与天线选择算法研究;26GHz和39GHz人体阻挡模型研究;以及室外微蜂窝毫米波雨衰时变特性与信道修正模型研究。本文的主要工作及创新点如下: (1)毫米波传播特性与建模方法研究 在开放办公室场景下开展了喇叭天线旋转测试，建立了毫米波信道模型并分析了信道参数的统计规律，针对已有分簇算法的不足，提出了基于动态窗口分簇和包络分簇两种改进分簇算法，提高了分簇结果的准确性;研究了信道参数统计结果与测量范围的关系，建立了基于最优距离的信道建模算法，并通过实际场景数据得到与距离相关的信道参数统计函数，提高了信道建模与仿真的准确性。 (2)毫米波信道簇的时变建模及天线选择算法研究 研究了毫米波簇的时变特性与建模方法，结合26GHz大规模天线信道实测数据，采用时变信道模拟策略和线性回归拟合方法，建立了簇的时变生灭模型;利用实际环境下信道测量矩阵研究分析了大规模天线单元的相关性，提出了基于相关字典的毫米波天线选择算法，实现了毫米波频段大规模天线阵列的高效优化选择。 (3)毫米波人体阻挡模型及材料穿透损耗研究 在26GHz和39GHz典型频段下，开展了毫米波人体阻挡模型研究，将人体看作半平面吸收屏，圆柱体，及双圆柱体等不同人体几何形状，利用双刃峰(Knife Edge，KE)，均匀一致性绕射(Uniform Theory of Diffraction，UTD)模型等相关电磁场理论对单个人体阻挡损耗进行建模，在此基础上运用Volger模型对多人体进行多刃峰建模，通过与实际环境下的测试数据对比分析了上述不同建模方法的准确性;同时研究了典型材料下的毫米波穿透特性，基于树木穿透实验数据开展了对ITU-P-833-8模型参数的修正研究。 (4)时变雨胞模型对毫米波路损和多用户系统性能影响研究 在室外微蜂窝场景下研究了时变雨胞模型，基于EXCELL模型并考虑风的变化因素构造降雨时间序列，提出了针对单用户及多用户系统的动态时变雨胞模型。根据室外微蜂窝场景下26GHz和32GHz信道测量结果，对比分析了雨衰对不同频段下单频率路损模型和多频率路损模型以及多用户系统性能的影响，建立了雨衰修正的信道冲激响应模型，为室外5G毫米波的网络设计和部署提供了理论支撑。

目录

声明

摘要

常用缩略语

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 毫米波单天线旋转测量研究现状

1．2．2 毫米波大规模天线研究现状

1．2．3 人体阻挡，穿透损耗及雨衰研究现状

1．3 本文主要研究内容和创新点

1．4 本文章节结构

第2章 毫米波信道传播特性研究

2．2 信道测试原理

2．3 信道模型

2．4 室内开放式办公室的毫米波传播特性研究

2．4．1 信道测试

2．4．2 信道模型及分簇改进算法

2．4．3 信道传播机理分析

2．4．4 信道参数及相关性分析

2．5 基于最优距离的信道建模算法

2．5．1 算法必要性分析

2．5．2 最优距离模型

2．5．3 结果与分析

2．6 本章小结

第3章 毫米波大规模天线信道簇的时变特性及天线选择算法研究

3．1 引言

3．2 大规模天线簇的时变特性研究

3．2．1 问题描述

3．2．2 信道测试

3．2．3 结果与分析

3．2．4 簇的时变建模

3．3 基于相关字典的毫米波大规模天线选择算法

3．3．1 算法基本思想

3．3．2 基于相关字典的天线选择算法基本原理

3．3．3 信道测试

3．3．4 结果与分析

3．5 本章小结

第4章 26 GHz和39 GHz的人体阻挡建模及穿透损耗研究

4．1 引言

4．2 单人体阻挡建模

4．2．1 单人体衰减测试

4．2．2 双刃峰模型

4．2．3 单圆柱模型

4．2．4 双圆柱模型

4．2．5 结果与分析

4．3 多人体阻挡建模

4．3．2 Volger绕射模型

4．3．3 结果与分析

4．4 穿透损耗研究

4．4．1 典型材料穿透损耗研究

4．4．2 树木穿透损耗研究

4．5 本章小结

第5章 毫米波时变雨衰模型研究

5．1 引言

5．2 雨衰模型

5．3 时变雨衰模型

5．3．1 单用户时变雨衰模型

5．3．2 多用户时变雨衰模型

5．4 雨衰对26 GHz和32 GHz路损的修正研究

5．4．1 信道测试

5．4．2 室外微蜂窝场景下单频率路损的修正

5．4．3 室外微蜂窝场景下多频率路损的修正

5．5 雨衰对26 GHz和32 GHz多用户系统的影响研究

5．5．1 信道冲激响应的修正模型

5．5．2 结果与分析

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 论文工作总结

6．2 今后工作展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文成果

攻读博士学位期间参加的科研工作

致谢

作者简介