基于射线追踪技术的毫米波限定空间信道特性研究

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近年来,随着科学技术的飞速发展,人们对于高速数据流的需求越来越大。与此同时,高速数据流也正在快速增长。更重要的是,为了支持未来高速无线通信的速率要求,迫切需要新的物理层解决方案,其中毫米波(28GHz-300GHz)被认为是最有前途的频段之一。与微波相比,毫米波频谱由于其带宽大、数据传输速率快,给未来的快速通信提供了巨大的潜力。本文首先针对室内狭长信道模型,即室内长走廊信道进行仿真,比较了视距(line-of-sight,LOS)和非视距(non-line-of-sight,NLOS)的大尺度和小尺度衰落。其次,推导了一个随机模型用来描述均方根时延扩展(root-mean-square delay spread,RMS-DS)和均方根角度扩展(root-mean-square circle angular spread,RMS-CAS)的距离相关行为。结果表明,毫米波频段具有较大的路径损耗,仅适用于短距离传输。与视距相比,非视距中的频率分量相关性更好,但视距具有更丰富的圆角扩展(circle angular spread,CAS)。通过增加发射功率和天线的位置可以有效地降低时延扩展和提高信道容量。其次,室外场景中也会含有典型狭长信道,诸如车联网信道中的隧道。根据车车通信(Vehicle to Vehicle,V2V)的交通情况要求,我们针对不同拼接角度的矩形隧道进行了研究。对比了不同正切角下隧道中路径损耗、时延扩展、角度扩展和莱斯因子,并给出了它们之间的相关性,并使用burr概率分布模型和一个四阶多项式分别去描述路径损耗因子和时延扩展变化规律。同时,为了进一步研究隧道曲率和信道参数间的关系。本文研究了不同曲率的隧道在不同频率下的信道特性并分析了路径损耗因子、时延扩展、频率和曲率之间的关系。本文提出了一个高阶多项式去描述路径损耗指数并用一个一阶多项式去拟合均方根时延扩展。最后,本文利用神经网络建立了预测路径损耗因子和时延扩展的模型,以验证上述多项式的有效性。最后,为了使得仿真环境更接近实际,针对隧道内的变化情况本文给出了三种案例,分别是:空隧道,含较多车辆时的隧道和非视距下的隧道模型。给出了不同模型下信道参数间的变化,并着重分析了当速度变化时隧道内多普勒频移的变化。所得到的结果均有利于未来室内外狭长信道的仿真和分析工作。
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