面向Femtocell通信的室内短距离无线信道传播特性研究

发布时间：2017-12-19 05:18

  本文关键词：面向Femtocell通信的室内短距离无线信道传播特性研究

  更多相关文章： 路径损耗 天线高度 多径效应 穿墙损耗 MIMO信道矩阵

【摘要】：Femtocell作为未来第五代移动通信系统关键技术之一,可以有效解决室内信号覆盖的问题。由于Femtocell的小区半径小、形状不规则,传播环境极为复杂,因此急需对面向Femtocell通信的室内无线信道传播特性展开深入研究。本学位论文在办公室、会议室、走廊、楼梯等典型室内场景中,展开传播特性测量,在积累大量实测数据的基础上,对室内无线信道的路径损耗、多径效应、穿墙损耗等传播特性参数进行了建模分析。首先,针对办公室、会议室、走廊、楼梯场景,在2.6GHz频段上提出了一个天线高度相关的新型路径损耗模型。为了模拟用户天线高度变化对路径损耗的影响,模型中引入了一个新的高度损耗因子HAF。针对楼梯场景,为了描述收发天线跨多层楼梯时对路径损耗的影响,模型中引入了一个跨层损耗因子FAF。通过最小二乘算法,分别拟合出路径损耗指数n,高度损耗因子HAF以及跨层损耗因子FAF。结果表明,HAF可以表达成接收天线高度的对数的二次函数。此外,还研究了天线高度的变化对阴影效应的影响,得出阴影效应标准差与天线高度之间呈e指数规律变化的关系。通过积累结构类似、不同场景中的大量测量数据,证明提出的路径损耗模型是准确且有效的。接着,研究办公室、会议室、走廊、楼梯场景中的多径效应,提出了一个抽头延迟线(Tapped Delay Line,TDL)模型。结果表明,所有环境中,模型抽头的幅度都近似服从Nakagami分布,每个抽头的m参数都大于1。其中,走廊、楼梯中,不仅m参数明显大于办公室、会议室的,而且抽头个数明显多于办公室、会议室中情况,说明狭长结构的室内走廊、楼梯比相对开阔的办公室、会议室环境存在更显著的波导效应。此外,通过充分的实验测量和建模还发现,上述抽头模型的m参数与抽头时延近似呈线关系。然后,研究了3-6GHz频段的室内穿墙损耗特性,提出了一个新型的频率-极化相关的穿墙损耗模型。为了更精确地描述天线极化方式对穿墙损耗的影响,模型中引入了极化增益因子。通过最小均方误差算法对大量实测数据进行拟合,发现穿墙损耗指数与频率呈近似线性关系,随频率增加而增加;进一步地,分析了V-V、V-H、H-H三种极化配置方式下的模型结果,揭示了极化增益因子与频率之间呈近似线性关系、且随频率增加而减小;其中,V-V极化配置方式下的穿墙损耗最大,而采用H-H极化配置方式下的穿墙损耗最小。最后,基于信道矩阵奇异值分解的思想,提出了一种新型的随机多输入多输出的(MIMO,multiple-input multiple-output)信道传输矩阵模型。在提出模型的架构下,每一个右奇异值向量可以建模为一个随机标量和一个非随机向量的乘积,左奇异值向量亦然。其中的非随机向量分别定义为发送端和接收端的本征模,可以很容易地从测试数据中提取。同样地,信道矩阵的奇异值也可以从测试矩阵中提取。这种建模方法解释了模型参数的物理含义,有助于更直观地刻画MIMO信道的特性。在办公室、会议室、走廊、楼梯场景中进行了大量的MIMO信道测试,并在此基础上分析了实测的信道容量值。结果表明,提出的模型比两种常用的理论信道模型更符合实际测量结果,验证了提出模型的正确性和有效性。本文中提出的无线传播特性和信道模型为面向Femtocell的室内无线通信系统中链路预算、覆盖预测与规划、链路级仿真以及干扰分析等后续工作提供理论依据和实践基础。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5

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本文编号：1307027