發(fā)布時間：2020-03-29 10:39

【摘要】：毫米波技術(shù)作為發(fā)展5G的關(guān)鍵技術(shù)之一,其頻帶很寬,從30-300 GHz有豐富的頻率資源有待開發(fā)利用,可滿足人們對高速數(shù)據(jù)、高寬帶圖像業(yè)務(wù)等大容量信息傳輸與處理的需要。如果將毫米波技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合,則其通信容量將比長期演進技術(shù)(LTE)大得多,這就為5G通信提供大容量、高傳輸速率、低延遲、擴展靈活等高性能服務(wù)提供了可能。本文針對毫米波在可視環(huán)境與被阻擋環(huán)境下的信道特性進行了理論與實驗研究,論文主要完成了以下工作:(1)在研究路徑損耗模型的基礎(chǔ)上,分別采用28 GHz和45 GHz的毫米波對室內(nèi)外無線信道進行了視線(LOS)測量;提出了離散的最小二乘擬合方法來對實驗數(shù)據(jù)進行擬合處理,獲得實驗環(huán)境下的路徑損耗指數(shù)以及陰影衰落的方差,從而進一步得到適合該實驗環(huán)境的比較精確的路徑損耗預(yù)測模型。(2)在研究隨機幾何理論的基礎(chǔ)上,應(yīng)用泊松點過程模型對毫米波蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的建筑物阻擋、基站等進行了建模。根據(jù)毫米波對墻壁穿透損耗大的特點,在建模時采用線段方法對矩形建筑物進行了簡化處理,并對傳播路徑上的建筑物阻擋數(shù)量進行了量化計算;推導了建筑物的密度、尺寸以及基站的密度等因素對蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋的影響,并進行了系統(tǒng)仿真。(3)針對幾種常見材料的矩形阻擋,分別提出了三射線與四射線建模方法,并在實驗室內(nèi)使用45 GHz毫米波對12 mm厚的木板、6mm厚的玻璃鏡子,以及0.35 mm厚的白鐵板進行了矩形阻擋繞射衰減測量實驗。實驗結(jié)果表明,在給定的實驗條件下,矩形木板阻擋對45 GHz毫米波的平均繞射衰減約為4.28 dB,在白鐵板阻擋下,45 GHz毫米波的平均阻擋繞射衰減約為18.2 dB,玻璃鏡子阻擋的繞射衰減介于木板和鐵板之間。通過調(diào)節(jié)發(fā)射天線的高度,測量了發(fā)射天線在不同高度下受矩形阻擋的繞射衰減特性。實驗結(jié)果表明,發(fā)射天線位置越高,繞射衰減越小,信號的傳輸效果越好。(4)在深入研究一致性繞射理論(UTD)的基礎(chǔ)上,提出了四種圓柱阻擋模型,并利用45 GHz頻率的毫米波對四種阻擋模型進行了繞射衰減測量。測量結(jié)果表明,對于直徑為26 cm的金屬桶和直徑為30 cm的裝滿水的塑料桶,45 GHz毫米波的繞射衰減性能接近;它們的測量結(jié)果比單個人體阻擋的繞射衰減要大得多;對于人與圓柱結(jié)合的兩種模型,其測量結(jié)果并不相同。當圓柱固定在發(fā)射天線一側(cè)時,其對毫米波信號的繞射衰減小于圓柱固定在接收天線一側(cè)的情況。(5)針對毫米波信號容易被阻擋的問題,本文提出了一種結(jié)構(gòu)簡單的通信轉(zhuǎn)接方法來實現(xiàn)室內(nèi)外毫米波通信、以及其他發(fā)射天線與接收天線不能直視條件下的毫米波通信。通過采用26 GHz頻率的毫米波在微波暗室進行室內(nèi)外通信測量,以及采用45 GHz頻率的毫米波在一個帶有生產(chǎn)車間的大實驗室的實驗測量,驗證了該方法是行之有效的。
【圖文】：

（１）實驗室環(huán)境下測量逡逑本次實驗在羅德施瓦茨公司的開放實驗室進行，載波頻率為２８邋ＧＨｚ，信號逡逑源的發(fā)射功率設(shè)為０邋ｄＢｍ，實驗場景如圖２－１所示。逡逑ｍ逡逑圖２－１實驗室環(huán)境下路徑損耗測量場景逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ邋ｓｃｅｎｅ邋ｏｆ邋ｐａｔｈ邋ｌｏｓｓ邋ｉｎ邋ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ邋ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ逡逑此實驗室環(huán)境比較開闊，測量環(huán)境比較理想。受限于房間空間，測量的逡逑丁NB－１＾（范圍是２－８．５邋１１１，每隔０．５邋１１１測一組數(shù)據(jù)。將測量結(jié)果代入＼１入１１＾：８擬逡逑合程序，可以擬合出路徑損耗指數(shù)以及隨機對數(shù)陰影衰落的方差，如表２－２所逡逑示逡逑表２－２實驗室場景下的路徑損耗優(yōu)化參數(shù)逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－２邋Ｏｐｔｉｍａｌ邋ｐａｔｈ邋ｌｏｓｓ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ邋ｓｃｅｎｅｓ逡逑ｄ0（ｍ）邐ＰＵｄ0）邐ｎ邐ｃ２逡逑２邐４０．３邐０．９２邐０．１１６逡逑將表２－２的參數(shù)代入公式（２－２）可得到該環(huán)境下的路徑損耗表達式。從而實逡逑２１逡逑

方差為＾＝０．１１６。逡逑該實驗環(huán)境下的測量到的信號衰減散點圖以及根據(jù)測量數(shù)據(jù)所擬合出路徑逡逑損耗預(yù)測與測量距離的關(guān)系曲線如圖２－２所示。逡逑Ｓ０邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐ｋ邐ｋ逡逑邐路徑損耗擬合曲線｜邐１逡逑５４邋－邐｜邋口邋測Ｍ的散點數(shù)據(jù)邐｜邋晝逡逑５２．逡逑＿邋？，目逡逑黽５0－邐｜．ｒ目逡逑ｉ４６＿逡逑ｓ逡逑４４邋＊邐／邐－逡逑Ｉ＇逡逑４２邋－邐－逡逑ＩＩ＇逡逑４０邋邐１邐１邐１邐１邐１邐１邐逡逑２３４５６７８９逡逑ＴＸ－ＲＸ邋距離（ｍ）逡逑圖２－２路徑損耗測量及擬合結(jié)果逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｐａｔｈ邋ｌｏｓｓ邋ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ邋ｒｅｓｕｌｔｓ邋ａｎｄ邋ｆｉｔｔｉｎｇ邋ｒｅｓｕｌｔｓ逡逑圖２－２為該實驗室環(huán)境下隨機接收到信號衰減的散點圖與擬合的趨勢線。逡逑將各位置所測到的散點數(shù)據(jù)求平均值，其結(jié)果與自由空間的Ｆｌｉｉｓ公式計算結(jié)果逡逑很接近，，證明了測量方法可行，測量結(jié)果是合理的。逡逑（２）圖書館走廊內(nèi)測量逡逑將該方法應(yīng)用到圖書館環(huán)境下對書架之間的走廊環(huán)境進行測量，考察一下逡逑其普遍適用性，也為未來圖書館５Ｇ的布設(shè)提供參考。圖書館兩個書架之間的逡逑走廊寬０．８５邋ｍ，兩邊的書架毫無疑問會產(chǎn)生大量的反射，造成多徑傳播，這將逡逑對接收信號造成影響。測量的時候，ＴＸ以及信號源不動，ＲＸ和頻譜分析儀放逡逑在一個小推車上
【學位授予單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.5

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