車(chē)對(duì)車(chē)及毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)信道建模理論與方法.pdf

1、面向2020年及未來(lái)，第五代無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)(The5th Generation Mobile Communication，5G)將解決多樣化應(yīng)用場(chǎng)景下差異化性能指標(biāo)帶來(lái)的挑戰(zhàn)。從5G的主要技術(shù)場(chǎng)景出發(fā)，5G不僅需要滿(mǎn)足傳統(tǒng)移動(dòng)通信的多樣化業(yè)務(wù)需求，還需要滿(mǎn)足低時(shí)延高可靠場(chǎng)景的車(chē)對(duì)車(chē)通信和熱點(diǎn)區(qū)域海量大連接場(chǎng)景的毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的特殊應(yīng)用需求。
　　5G新型應(yīng)用場(chǎng)景的建設(shè)離不開(kāi)車(chē)對(duì)車(chē)及毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信系統(tǒng)的支撐，而二者通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)則

2、需立足于對(duì)典型車(chē)對(duì)車(chē)及毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)信道的深入研究。物理無(wú)線(xiàn)信道作為通信發(fā)生的媒介，其特性極大地影響著通信系統(tǒng)的性能。因此，在車(chē)對(duì)車(chē)及毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，需要用信道模型對(duì)復(fù)雜的無(wú)線(xiàn)信道加以描述。
　　盡管人們已經(jīng)對(duì)車(chē)對(duì)車(chē)及毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)信道建模理論與方法開(kāi)展了大量研究，但是現(xiàn)有研究仍然存在下述局限:從科學(xué)研究上看，現(xiàn)階段針對(duì)車(chē)對(duì)車(chē)及毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)信道的研究無(wú)法揭示相關(guān)場(chǎng)景下電波傳播的基本規(guī)律;從建模理論與方法上看，

3、現(xiàn)階段針對(duì)車(chē)對(duì)車(chē)及毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)信道建模理論與方法的研究還不足以為系統(tǒng)設(shè)計(jì)者提供完整的信道模型庫(kù)。針對(duì)上述問(wèn)題，本文圍繞車(chē)對(duì)車(chē)及毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信場(chǎng)景的無(wú)線(xiàn)信道建模理論與方法進(jìn)行了綜合性的研究。本文主要工作如下:
　　1)車(chē)對(duì)車(chē)通信場(chǎng)景時(shí)變非平穩(wěn)相關(guān)散射信道建模:針對(duì)車(chē)對(duì)車(chē)無(wú)線(xiàn)信道時(shí)變非平穩(wěn)的特點(diǎn)，基于一階二狀態(tài)馬爾科夫鏈，提出了車(chē)對(duì)車(chē)時(shí)變非平穩(wěn)信道模型，描述車(chē)對(duì)車(chē)無(wú)線(xiàn)信道的多徑生滅過(guò)程;針對(duì)車(chē)對(duì)車(chē)無(wú)線(xiàn)信道相關(guān)散射的特點(diǎn)，以Cho

4、lesky分解為基礎(chǔ)，提出高斯、韋伯和均勻分布相關(guān)系數(shù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，建立了車(chē)對(duì)車(chē)相關(guān)散射信道模型，彌補(bǔ)了相關(guān)信道建模理論研究的不足;以實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，驗(yàn)證了車(chē)對(duì)車(chē)時(shí)變非平穩(wěn)相關(guān)散射信道模型的準(zhǔn)確性。
　　2)車(chē)對(duì)車(chē)通信場(chǎng)景三維散射體簇信道建模:針對(duì)車(chē)對(duì)車(chē)無(wú)線(xiàn)信道散射體快速時(shí)變的特點(diǎn)，以泊松分布的散射體簇為基礎(chǔ)，提出可視區(qū)域的概念，建立了車(chē)對(duì)車(chē)時(shí)變非平穩(wěn)信道模型，描述車(chē)對(duì)車(chē)無(wú)線(xiàn)信道的散射體簇動(dòng)態(tài)變化過(guò)程;針對(duì)車(chē)對(duì)車(chē)無(wú)線(xiàn)信道散射

5、體簇建模理論研究的不足，以電波傳播的多徑幾何結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)，建立了車(chē)對(duì)車(chē)多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)信道模型，促進(jìn)了車(chē)對(duì)車(chē)動(dòng)態(tài)信道建模理論的進(jìn)一步發(fā)展;以實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，驗(yàn)證了車(chē)對(duì)車(chē)三維散射體簇信道模型的準(zhǔn)確性。
　　3)毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信場(chǎng)景衰落信道建模和色散信道建模:針對(duì)毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)信道電波傳播特性研究的不足，開(kāi)展了30GHz頻段、1GHz超寬帶，室內(nèi)和室外場(chǎng)景的毫

6、米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)信道測(cè)量，建立了毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)室內(nèi)和室外場(chǎng)景衰落信道模型;針對(duì)毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)信道時(shí)域和空域特性研究的不足，采用旋轉(zhuǎn)接收天線(xiàn)的測(cè)量方式掃描不同方向的水平接收信號(hào)，萃取時(shí)域和空域典型信道參數(shù)，建立了毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)室內(nèi)和室外場(chǎng)景色散信道模型，提升了信道參數(shù)萃取以及模型建立的科學(xué)性。
　　4)毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信場(chǎng)景規(guī)則幾何信道建模:針對(duì)毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)信道幾何建模理論研究的不足，提出了二維雙圓幾何模型，描述毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)信道二

7、維分布的散射體;在此基礎(chǔ)上，進(jìn)而提出了三維雙圓柱和三維雙球規(guī)則幾何模型，建立了毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)MIMO信道模型;深入研究了毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)信道空時(shí)相關(guān)特性，為后續(xù)毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)信道模型的擴(kuò)展和應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。
　　綜上所述，本文圍繞車(chē)對(duì)車(chē)及毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)信道建模理論與方法開(kāi)展了研究。在研究對(duì)象層面為車(chē)對(duì)車(chē)及毫米波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信在5G中的應(yīng)用提供了電波傳播預(yù)測(cè)工具;在方法論層面為不同場(chǎng)景中的無(wú)線(xiàn)信道建模提供了可移植和轉(zhuǎn)化的方法;在應(yīng)