论文部分内容阅读
无线通信发展到如今的4G时代,各项技术优化或革新的关键即在解决有限而又紧缺的频率资源以及日益增长的数据流量需求。对于正处于研究热潮的5G,增大系统容量、提高频谱效率仍然是我们发展无线通信技术的重要指标。大规模多输入多输出(Massive Multiple-Input Multiple-Output,Massive MIMO)技术,是在基站端设置几百根天线(128、256或者更多),从而实现几百根天线同时发数据。它在继承MIMO技术的基础上,充分利用空间分集与复用技术,使得通信在能量效率、安全、鲁棒性以及频谱利用率上又有了一个显著的提升。毫米波频段,即电磁波的波长在毫米级别的频段。因其有效缓解了低频段已趋于饱和的频率占用情况,并且具有极宽的带宽、波束窄、抗干扰性较好、安全性高等特点,近几年受到广泛的关注。并且毫米波所需通信设备的体积很小,利用小巧尺寸的天线便能获得很高的方向性,可有效结合Massive MIMO技术进行通信。然而,毫米波信号的空间衰减较大,使得目前对于毫米波的研究多进行于室内。但将波束赋形技术与毫米波Massive MIMO技术相结合,在理论上可实现指向性强、射程远、且功率大的通信情况,适用于室外场景之中。因此本文基于上述理论,主要研究内容及创新性贡献如下:一是深入研究了无线信道建模理论与方法,分析了 MIMO信道建模以及射线跟踪(Ray-tracing,RT)仿真建模原理;二是基于射线跟踪仿真建模的思想,提出了一种基于遗传算法对射线跟踪仿真器的参数进行校正的方法,并在28 GHz下进行了实际的校正工作,通过与测量数据的对比,验证了校正的可靠性和准确性,成功搭建了毫米波通信信道建模仿真平台;三是利用校正后的仿真平台对毫米波信道的路径损耗、多径、莱斯K因子、时延扩展、角度扩展等参数进行分析总结;四是利用仿真器仿真分析了 Massive MIMO各子信道特性,同时对时延扩展、角度扩展等参数进行了统计建模;最后,结合毫米波和MassiveMIMO信道特性,提出将波束赋形技术与二者相结合应用于城区室外场景的中心城区或主要街道场景中。并通过相关仿真实验得出,天线经波束赋形后对目标用户的指向性更强,并且系统的信道容量得到了显著提升,因此可有效地用于解决室外环境下人口密集区域的通信质量情况。