基于几何的随机动态无线信道建模研究

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无线信道是电磁波从发射到接收的有效传播的媒介,是移动通信系统中的关键环节,而信道模型是对这种媒介的具体表现,它通过数学统计的方式预测波的传播特性,以此表达复杂的电磁环境,无线信道的建模研究对移动通信系统的设计尤为重要。随着第五代(the fifth Generation,5G)移动通信技术的不断推进,现有信道模型不足以满足当前多元化移动通信的要求,当下迫切需要多场景,多维度,多频段的信道模型以填充现有模型库的不足。本文针对新一代移动通信形势下对无线信道模型的迫切需求,立足于目前较为广泛使用的几何随机建模方法,开展基于几何的随机动态信道模型研究,建立了2种信道模型,本论文的主要贡献有:(1)对无线信道建模理论开展研究。分析不同种类的无线信道和各自对应的基本特性,研究现有的第三代合作伙伴计划(the 3rd Generation Partnership Project,3GPP)和 WINNER Ⅱ 标准信道模型,为无线信道建模提供理论依据。结合目前多场景通信环境,建立地面端-端几何随机信道模型和无人机空-地几何随机动态信道模型,重点展现了模型的计算方法和模型分析思路。(2)建立了基于均匀圆形阵列的端-端信道模型。针对地面端-端通信场景,提出三维移动-移动的多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)衰减信道模型,模型配备了均匀圆形天线阵列,在所提出的模型基础上,计算得到信道空间-时间相关性表达式;分析毫米波段下不同参数对毫米波信道的时间和空间相关性的影响,这些参数具体包含:天线单元的数量、天线在水平面的摆放角度、均匀圆形阵列的半径和时延;该模型的数值仿真研究结果将对未来5G MIMO毫米波信道的系统设计具有参考意义。这部分的主要研究成果已被EI检索的第六届国际电磁兼容会议论文集收录,并获得了佳论文奖。(3)建立了基于高斯-马尔可夫移动模型的无人机空-地三维信道模型。为模拟发射端和接收端的动态,研究并分析适用于生成动态运动轨迹的高斯-马尔可夫移动模型,求解空-地信道传输函数,建立了三维无人机空-地几何随机动态信道模型,包含参考模型和统计仿真模型,对模型进行数值仿真分析,具体分析了高斯-马尔可夫过程可以在空-地信道中生成线性或随机运动速度和方向;不同的动态轨迹在时域的信道相关性。这部分主要研究成果已在SCI检索的期刊International Journal of Electronics and Communications 发表。
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