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基于射线追踪的遮挡空间无线信道特性分析

张萃平  
【摘要】:近二十年来,无线通信技术有了质的飞跃,2G、3G等蜂窝移动通信网络技术已经慢慢淡出人们的视野,4G网络普及的同时,2019年第一个5G商用网络成功部署,随后5G网络也如雨后春笋般破土而出。国际电联组织的5G商用频谱范围可划分为Sub 6 GHz和毫米波频段。目前国内5G网络所采用的频段仍然是Sub 6 GHz频段,而毫米波段的研发、测试和应用也在稳步开展。5G网络主要部署场景包括室内热点、市区宏蜂窝、市区微蜂窝和郊区宏蜂窝。在室内场景中,几种特殊遮挡空间(如楼梯井和地下车库)的电波传播特征尚缺少足够认识,需要开展相关研究。无线通信中信号以电磁波形式在无线信道中传播,在进行无线通信系统设计和无线网络规划时,需要准确了解环境中信号的传播特性。无线信道模型能够有效描述无线通信环境的传播特征,可用于系统优化设计和性能评估,对无线通信(包括5G移动通信)研究至关重要。本文主要基于射线追踪技术对两个特殊室内场景的无线信道进行特性分析,主要研究工作如下:(1)研究楼梯井环境60 GHz毫米波频段的信道特性。搭建了楼梯井环境仿真模型,使用Wireless Insite获得信道数据;分析了发射端在不同高度时平均功率时延谱随接收端移动的变化趋势;分析了信道路损和路损指数,对阴影衰落、时延扩展、角度扩展以及莱斯K因子等大尺度参数进行了拟合,得到其对数均值和方差;计算了各大尺度参数之间的相关系数和参数本身去相关距离;给出了两种64阵元线性阵列在不同发射端高度和天线单元间隔处的空间相关系数。(2)研究大频率范围内地下车库环境Sub 6 GHz频段信道传播特性。搭建了地下车库仿真场景,使用Wireless Insite获得信道数据;在3.5 GHz频段,采用上述楼梯井环境相同研究方法,获得大尺度参数等信道特性参数;以500 MHz为间隔仿真获得Sub 6 GHz连续频段的信道数据,分析了材料特性对无线电波信号传播的影响,研究了路径损耗、时延扩展、角度扩展等信道参数对频率的依赖性。(3)研究信道分簇算法及簇内射线统计参数计算方法。利用KPowerMeans分簇算法,结合多径分量距离和分数融合估计指标,对上述两种场景的信道数据进行了分簇处理;研究了簇的分布特征,并分析了簇的传播机制,计算了关于簇的时延扩展和角度扩展等簇内射线统计参数。


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