为了能够满足未来移动通信系统中飞速发展的数据流量业务需求,第五代移动通信(5G)系统呼之欲出。IMT-2020 (5G)推进组在去年5月正式发布了《5G无线技术架构白皮书》。就在过去的一年时间里,全球多家研究单位都开展了关于大规模天线的相关测量活动,其中包括华为、中信、大唐等。另外,智能终端的蓬勃发展与广泛应用使得室外到室内(021,Outdoor to Indoor)场景的信道建模具有重要的研究意义。本文基于室外到室内典型城市高楼场景开展了信道测量,对宽带Massive MIMO信道的时间域和空间域特性进行了统计分析,同时对该场景下的传输信道性能进行了评估。本研究课题的工作内容包含以下四个方面:第一,宽带大规模天线信道测量系统的设计与实施。本文研究的内容是面向未来通信系统室外到室内021高楼场景中的大规模天线信道,特点是传输带宽大,天线阵元数多,天线尺寸大,楼层环境复杂等。所以,我们选用专业的测量平台Propsound进行测量。开始项目研究时,市面上还没有成型的大规模天线,大多数大规模天线信道的研究停留在仿真,还有一部分用过单天线阵元线形拼接开展测量。本文基站端通过平移一个32阵元的平面阵列8次,拼接组成了256阵元的虚拟大规模天线。这样的基站天线不仅考虑了水平传播特性还能研究信道的俯仰角度。天线阵元数目在现阶段所有已发表的研究中是最多的。第二,大规模天线的时域特性研究。以往的常规MIMO时延特性是根据所有的子信道时延扩展值分布进行对数正态拟合,随着天线尺寸变大,子信道数目变多,需要对这种方法的合理性进行验证。本文根据测量接收到的信号进行循环相关,获得真实信道的信道冲激响应(Channel Impulse Response,CIR),计算出时域特性参数。本文针对大规模天线尺寸进行了不同位置的发射天线阵元时延扩展分布的对比研究。关于楼层散射环境和传播信号带宽两个因素进行了交叉对比,结果说明大带宽在对抗多径信道衰落有一定作用;本次测量的7层传播环境散射更为严重,时延扩展的均值和方差都较4层的结果大。第三,利用空间交替广义期望最大化算法(Space Alternating Generalized Expectation Maximization, SAGE)从信道冲激响应中估计出极化复增益、多径传播时延、信道的多普勒频偏,水平到达角和水平离开角以及俯仰到达角和俯仰离开角这七维的信道参数。基于估计的角度与增益参数,对照实际场景下分析角度功率谱,发现该测量场景中离开角相对集中而达到角色散严重,7层的到达角分散严重和时域特性一致。计算出的循环角度扩展结果进一步证实了以上结论,参数结果可以为更深入的建模等工作提供数据。第四,多天线Massive MIMO信道的传输性能研究。结合信道冲激响应的结果,计算信道容量在一定信噪比范围内的表现。在带宽100MHz下,考虑测量中基站端天线阵元数目较多,选取不同数量的天线数作为主要研究因素。研究结果表明,天线数增加信道性能的确增加,但是在收端天线阵元固定时,即瓶颈不再是基站端天线阵元数了,128阵元数在本文测量场景情况下是一个合适的选择。考虑7层散射环境与4层的不同,以及带宽对色散情况的影响,假设没有频率选择衰落的信道容量,结果也呈现出7层拥有较好的性能表现,这对室内热点环境的性能研究有一定参考意见。本文通过实际测量,为未来移动通信系统的大规模天线技术发展和规划提供了宝贵的数据,具有一定参考价值。