虚拟Massive MIMO信道测量系统的研制及大尺度衰落分析

发布时间：2017-07-08 19:04

  本文关键词：虚拟Massive MIMO信道测量系统的研制及大尺度衰落分析

  更多相关文章： 5G 大规模多天线 信道测量 测量系统 光纤拉远 路径损耗 阴影衰落 相关性

【摘要】：本篇论文以宽带虚拟大规模多输入多输出(Massive Multi-Input Multi-Output)系统的无线传播信道研究为中心,重点探究相应测试方法以及研制高效的测量系统,并且使用研制的系统进行了2014年和2015年两次实际的外场信道测量活动,采集了暗室和北京交通大学西操场的大规模多天线无线传播信道数据,通过采用包括LS (Least Square)、MUSIC (Multiple Signal Classification)等在内的信道测量和参数估计算法提取信道参数。先介绍了系统实现原理和各部分功能模块的作用,进而通过实验室校准表明所设计的系统能够准确的提取出无线信道传播特性,例如,在信道冲激响应的测试中可以准确的获取信道的多径数目、多径时延以及路径损耗等。另外在角度域的测量中,可以以最大平均误差不大于0.6°得到1×2MIMO的到达角度。并分析在实际的测量场景中测得的数据,得到相应的信道特性,为5G技术和系统的研究和应用奠定了坚实的基础。首先,介绍无线信道的传播特性,概括了无线信道的特点以及能体现信道传输能力的大尺度和小尺度的特征参数,对大规模多天线阵列(Massive MIMO)系统的无线信道传播特性的研究点和研究方法进行详细阐述；然后对无线信道的衰落模型和无线信道测量方法进行全面的归纳分析,给出宽带信道测量的基本要求、信道测量的分类、信道测量的应用场景,基于现有文献对广泛使用的信道测量的基本原理和方法做出分类和分析。其次,详细阐述虚拟Massive MIMO信道测量系统的研制,第一步对Massive MIMO信道测量技术做出分析,概述虚拟Massive MIMO的信道测量原理；第二步根据提出的信道测量技术与原理,参考通信系统的基本结构,在详细考虑信号源、天线阵列、时钟同步单元、射频接收单元以及数据采集和存储单元的相关功能以及参数的基础上,设计或购买不同的硬件设备搭建一套适用于Massive MIMO信道测量的系统,随后对系统进行性能分析。与现有的商用信道测量相比,本系统的优势在于成本低、实现简单,并且为保证在信道测量的过程中探测信号的相位连续,采用了光纤拉远设备保证整个系统的同源同步,进而保证系统的相位同步；在数据的采集存储过程中,采用虚拟连续存储的方法,即减轻了硬盘的数据存储压力又不破坏数据的有用信息,有效提升了系统的性能：通过使用信道仿真仪器对搭建的测量系统进行实验室的校准,证明了方案的可靠性和稳定性。最后,概述对Massive MIMO信道进行真实测量的方案,对两种不同场景的虚拟Massive MIMO信道测量活动进行全方位的描写和分析：介绍测试点和天线阵列的摆放策略、测试基本参数、测试性质及其条目；通过实地信道测量,得到信道冲击响应的结果,提出了有效统计信道参数的算法,全面分析Massive MIMO无线传播信道的各种特性：Massive MIMO信道冲击响应矩阵、路径损耗、阴影衰落阵列相关性等,研究表明天线阵列的不同阵元对固定目标用户的不同链路阴影衰落存在相关性,这种相关性源于同一障碍物对天线阵列的不同阵元的遮挡。
【关键词】：5G 大规模多天线 信道测量 测量系统 光纤拉远 路径损耗 阴影衰落 相关性
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN919.3
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 1 引言12-20
• 1.1 研究背景和课题意义12-15
• 1.2 Massive MIMO无线信道研究现状15-17
• 1.3 本文研究内容17-18
• 1.4 本文章节安排18-20
• 2 信道传播特性研究20-32
• 2.1 无线信道特性20-26
• 2.1.1 大尺度特性20-24
• 2.1.2 小尺度特性24-26
• 2.2 无线信道测量26-32
• 2.2.1 直接射频脉冲信道测量29
• 2.2.2 伪随机序列滑动相关信道测量29-30
• 2.2.3 频域信道测量30-32
• 3 虚拟Massive MIMO测试原理与测试系统32-54
• 3.1 虚拟天线阵列原理32-34
• 3.2 系统结构与原理34-46
• 3.2.1 系统总体描述34-41
• 3.2.2 控制与数据采集存储41-46
• 3.3 实验室校准46-54
• 4 Massive MIMO信道测量及数据分析54-68
• 4.1 测试活动54-58
• 4.1.1 暗室场景54-56
• 4.1.2 市区开阔地场景56-58
• 4.2 数据分析58-68
• 4.2.1 暗室场景59-61
• 4.2.2 市区开阔地场景61-68
• 5 结论与展望68-70
• 参考文献70-74
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果74-78
• 学位论文数据集78

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本文编号：535843