【摘 要】
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相控阵天线借助移相器,可以快速改变相控阵天线的波束方向,具有增益高,波束指向精确,波束无惯性,可实现高速移动目标跟踪的优点,因此被广泛应用于移动通信领域。高速移动场景大规模阵列天线波束无线信道覆盖角度较窄,只能涵盖角度和时延扩展较小的反射路径,会显著影响无线信道的小尺度衰落特性。除此之外,随着目标的高速移动,无线信道还将呈现显著的动态性,因此研究高速移动场景无线信道测量技术具有重要意义。本文的主要
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相控阵天线借助移相器,可以快速改变相控阵天线的波束方向,具有增益高,波束指向精确,波束无惯性,可实现高速移动目标跟踪的优点,因此被广泛应用于移动通信领域。高速移动场景大规模阵列天线波束无线信道覆盖角度较窄,只能涵盖角度和时延扩展较小的反射路径,会显著影响无线信道的小尺度衰落特性。除此之外,随着目标的高速移动,无线信道还将呈现显著的动态性,因此研究高速移动场景无线信道测量技术具有重要意义。本文的主要研究内容和创新点如下:1)本文基于原有宽波束静止场景无线信道测量系统,提出了一种基于波束跟踪的高速移动场景大规模多输入多输出（Massive Multiple Input Multiple Output,Massive MIMO）无线信道测量方法,将相控阵天线步进跟踪算法与信道测量系统相结合,设计并搭建了一套基于相控阵的无线信道测量系统,编写一套基于相控阵天线的波束控制软件,重点阐述了相控阵天线波束控制软件的设计流程、设计界面以及步进跟踪算法以及理论可行性验证。2)基于信道衰落仿真器对无线信道测量方法、系统响应消除方法、定时误差消除方法和大尺度特征提取方法进行了验证。在电波暗室内对相控阵天线波束方向图,波束扫描和波束跟踪性能进行了测试,结合连续信道采集系统,提取了电波暗室内理想环境下的路径损耗、阴影衰落等大尺度衰落特征。在此基础上,开展了走廊场景电波传播测量,对比了不同波束宽度下,信道多径功率时延分布的不同。测试发现窄波束信道多径成分大大减少,多径成分向时延较小位置聚集,频率选择性衰落减小,实现了发端空域滤波的效果。。3)基于实测数据分析了基于波束跟踪的高速移动场景Massive MIMO无线信道的大尺度传播模型,并对LOS场景和NLOS场景的功率时延分布特征进行了分析,结果表明,高速移动场景窄波束信道LOS场景多径成分大大减少,多径成分向时延较小位置聚集,并且随着波束宽度减小,路损因子增加,阴影衰落减小,信号越容易受到障碍物的影响。以上结论可为Massive MIMO系统在高速移动场景应用部署提供理论依据。
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