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MIMO信道电波传播特性

2020-11-22阅读(386)

MIMO信道电波传播特性

论文摘要

本文详细研究了不同传播环境下MIMO无线信道间的特征，使用测量和全三维射线跟踪仿真两种方式来研究MIMO无线信道的传播特征，这些信道特征包括：接收功率及其延迟分布、角扩散、时间延迟扩散、相关系数。本文对MIMO接收天线端的相关性与发射端的相关性相互独立的假设进行了仿真验证。 在实际实验室内进行仿真和测量，仿真前对实验室房间的尺寸、结构、内部布局都进行了认真的测定，特别是对每种物体在仿真频率上的介电常数进行了认真的测定。就作者所知，有一些物体如内含金属网的强化玻璃在5.8GHz的介取常数，还没有文献报道。本文对其传输系数和反射系数进行了实际测量和理论分析，从而导出其介电常数，其中使用了时间栅函数来消除环境对测量的影响。用同种方法对石膏板墙和木质门的介电常数也进行了测量。 本文分别对2.25GHz，5.8GHz和60GHz的无线信道特征进行了实际测量和仿真计算，并将两者的结果从三方面功率延迟分布、接收总功率、RMS延迟扩散进行了仔细地比较，以确定仿真的可靠性。 本文确定仿真可靠性后，在相同的实验室内，用仿真的方法对不同电波传播环境下MIMO信道的相关系数进行了研究。通过改变发射机和接收机的位置、收发天线的极化、取向等对MIMO信道间的相关性进行了研究。其中包括接收机采样时间(Bin)宽度与相关系数的关系；传播距离与相关系数的关系，不同天线间距与相关系数的关系；衍射与相关系数的关系；不同天线极化与相关系数的关系；不同仿真参数与相关系数的关系；周围金属物体及天花板与相关系数的关系等。 对相同传播环境下不同频率的传播特性从功率覆盖、延迟扩散、角扩散分布进行了仿真比较。对仿真中接收射线总数、射线功率、射线传播时间延迟、到达角分布也进行了统计分析。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 研究发展状况与本文工作
  • 1.3 主要工作和创新点
  • 1.3.1 主要工作
  • 1.3.2 主要创新点
  • 1.4 篇章结构
  • 第二章 MIMO信道基础
  • 2.1 MIMO信道模型
  • 2.1.1 MIMO系统的物理模型
  • 2.1.Z MIMO信号模型
  • 2.2 MIMO信道容量
  • 2.3 MIMO无线信道分析和空间相关系数模型概述
  • 2.3.1 单空间相关系数模型
  • 2.4 假定条件和信道参数
  • 2.4.1 天线相关假设
  • 2.4.2 功率延迟分布（P DP）
  • 2.5 空间相关和衰落相关
  • 2.5.1 相关系数
  • 2.5.2 衰落相关分布
  • 2.5.3 相关延迟分布
  • 2.5.4 瑞利衰落假设
  • 2.6 电波传播与MIMO信道参数
  • 第三章 射线跟踪与MIMO信道仿真
  • 3.1 MIMO信道的仿真工具
  • 3.1.1 射线跟踪基本原理
  • 3.1.2 射线发射法
  • 3.1.3 镜像法
  • 3.2 射线跟踪的详细计算
  • 3.2.1 自由空间传播损耗
  • 3.2.2 电波的反射及折射
  • 3.2.3 粗造表面的电波反射
  • 3.2.4 粗造表面电波的散射
  • 3.2.5 墙的透射
  • 3.2.6 单层相同结构的反射及折射
  • 3.2.7 散射损耗计算
  • 3.2.8 信号相位
  • 3.2.9 传播时间延迟
  • 3.3 射线跟踪的加速算法
  • 3.3.1 多面体面模型中“阴影测试法”
  • 3.3.2 多面体及其形态模型
  • 3.3.3 可视化射线追踪技术
  • 3.4 仿真参数的正确选择
  • 3.4.1 射线反射阶数的选择
  • 3.4.2 射线跟踪维数的选择
  • 3.4.3 射线角间隔的选择
  • 3.4.4 天线主波瓣上金属物体的处理
  • 第四章 介电常数测定
  • 4.1 材料结构
  • 4.1.1 内含金属丝的强化玻璃
  • 4.1.2 石膏板
  • 4.1.3 木门
  • 4.1.4 天花板和地板
  • 4.1.5 混凝土柱子
  • 4.2 测量用天线
  • 4.3 测量的建立
  • 4.3.1 传输系数的测量
  • 4.3.2 反射系数的测量
  • 4.4 数据处理
  • 4.4.1 测量结果从频域到时域的转换
  • 4.4.2 时间栅
  • 4.4.3 FFT及传输系数和反射系数
  • 4.5 介电常数
  • 4.5.1 内含金属丝的强化玻璃
  • 4.5.2 木制门
  • 4.5.3 石膏板
  • 4.6 结果与结论
  • 第五章 频率5.8GHz的仿真和测量
  • 5.1 WAY实验室描述及信道测量
  • 5.2 WAY实验室的仿真
  • 5.2.1 仿真模型的建立
  • 5.2.2 仿真参数的选择
  • 5.3 WAY实验室测量和仿真结果
  • 5.3.1 简述
  • 5.3.2 测量结果的数据处理
  • 5.3.3 窗函数的应用
  • 5.3.4 IDFT
  • 5.3.5 仿真结果的数据处理
  • 5.4 WAY实验室测量和仿真结果的对比
  • 5.4.1 功率延迟分布
  • 5.4.2 接收功率
  • 5.4.3 RMS延迟扩散
  • 5.4.4 在Φ（水平）和θ（垂直）平面的RMS角扩散
  • 5.4.5 结果汇总及误差分析
  • 5.5 射线数据统计
  • 5.5.1 到达角的统计数据
  • 5.5.2 射线功率随传播时间的衰减统计
  • 5.5.3 射线功率数据统计
  • 5.5.4 射线传播时间统计
  • 5.6 结论
  • 第六章 频率2.25GHz的仿真与测量
  • 6.I EH实验室1描述
  • 6.2 信道测量
  • 6.3 仿真模型建立
  • 6.4 仿真参数选择
  • 6.5 数据处理
  • 6.6 一号金属柜子在和不在实验室时测量和仿真
  • 6.6.1 功率延迟分布
  • 6.6.2 接收功率
  • 6.6.3 RMS延迟扩散
  • 6.7 一号金属柜是否在实验室其他仿真结果的比较
  • 6.7.1 角扩散
  • 6.7.2 射线到达角的统计
  • 6.7.3 射线功率和传播时间的统计
  • 6.8 周围房间、桌子、天花板等的影响
  • 6.8.1 接收机平行于一号金属柜子放置的仿真
  • 6.8.2 仿真一次和两次衍射结果比较
  • 6.8.3 不同天花板仿真结果的比较
  • 6.8.4 桌子影响的仿真
  • 6.8.5 实验室周围房子影响的仿真结果比较
  • 6.8.6 接收机线2的仿真和测量
  • 6.9 结果和结论
  • 第七章 频率60GHz的仿真和测量
  • 7.1 EH实验室2的测量
  • 7.2 EH实验室2的仿真
  • 7.2.1 仿真的建立
  • 7.2.2 仿真参数
  • 7.3 仿真和测量结果
  • 7.3.1 发射天线1.4米高
  • 7.3.2 发射天线1.9米高
  • 7.3.3 发射天线2.4米高
  • 7.3.4 结果比较
  • 7.4 有无金属窗帘的仿真比较
  • 7.4.1 发射天线1.4米高
  • 7.4.2 发射天线1.9米高
  • 7.4.3 发射天线2.4米高
  • 7.4.4 仿真结果比较
  • 7.5 不同发射天线高度有、无金属窗帘射线特性
  • 7.5.1 实验室内无金属窗帘射线特性
  • 7.5.2 实验室内有金属窗帘射线特性
  • 7.5.3 射线统计结果比较
  • 7.6 结论
  • 第八章 传播环境与MIMO信道相关系数
  • 8.1 相关系数、时间延迟扩散、角扩散的定义
  • 8.2 实验室结构
  • 8.3 WAY实验室和EH实验室仿真描述
  • 8.4 不同时间分辨率与相关系数的关系
  • 8.5 天线极化对相关系数的影响
  • 8.5.1 发射天线垂直与斜45度时的相关系数
  • 8.5.2 不同极化接收机之间的相关系数
  • 8.5.3 不同极化发射机之间的相关系数
  • 8.6 不同收发天线距离与相关系数
  • 8.7 衍射对相关系数的影响
  • 8.7.1 不考虑衍射和考虑一次衍射相关系数的比较
  • 8.7.2 考虑一次衍射和两次衍射相关系数的比较
  • 8.7.3 WAY实验室内衍射的作用
  • 8.8 反射、透射阶数对相关系数的影响
  • 8.9 金属柜、桌子、天花板对相关系数的影响
  • 8.9.1 一号金属柜在和不在实验室相关系数的比较
  • 8.9.2 桌子在实验室和不在实验室相关系数的比较
  • 8.9.3 不同天花板相关系数的影响
  • 8.10 四并排接收机和接收机线3的相关系数
  • 8.11 多接收、多发射天线之间的相关系数
  • 8.11.1 WAY实验室仿真描述
  • 8.11.2 多接收机间的相关系数
  • 8.11.3 多发射机间的相关系数
  • 8.12 EH实验室接收线2仿真描述
  • 8.12.1 多发射机间的相关系数
  • 8.12.2 多接收机间的相关系数
  • 8.13 不同天线阵取向对相关系数的影响
  • 8.14 结论
  • 第九章 不同频率的传播特性
  • 9.1 墙壁的吸收作用
  • 9.2 不同频率的场强覆盖
  • 9.3 不同频率的时间延迟扩散和角扩散及射线特性
  • 9.3.1 三个发射机所在房间的时间延迟扩散和角扩散
  • 9.3.2 三发射机所在房间的射线特征
  • 9.3.3 发射机1所在房间接收机的时间延迟扩散和角扩散
  • 9.3.4 发射机1的射线特性
  • 9.4 结论
  • 附录
  • 附录A 到达（?）平面的射线统计
  • 附录B:到达（?）平面的射线统计
  • 附录C 射线功率延迟分布
  • 附录D:射线功率CDF
  • 附录E 射线延迟CDF
  • 结论和建议
  • 致谢
  • 参考文献
  • 作者在攻读博士学位期间完成的论文和成果鉴定
  • 一、博士期间撰写的论文
  • 二、博士期间参加科研情况

    • 相关论文文献

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