移动通信系统室内多场景下的宽带信道测量与建模

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随着移动通信系统向着更高带宽和更快传输速率方向的发展,各种新技术应运而生。为了评估各项新技术及提升系统性能,信道测量与建模作为最基础的工作,具有支撑作用。与此同时,室内场景服务需求持续增长,成为了移动通信系统应用最为广泛的场景。而室内结构复杂不一,使得不同的室内场景表现出不同的信道传播特性。此外,由于无线信道的传播特性依赖于载波频率,2.35GHz作为我国LTE (Long Term Evolution)系统的应用频段之一,3.5GHz作为我国LTE-Advanced系统下被力推的用于室内增强的频段,为了更好地进行网络规划和优化,有必要对2.35GHz和3.5GHz下的信道特性进行深入的建模分析。因此,本论文重点针对室内办公场景,分为日益普遍的室内开阔办公及传统的室内办公场景。围绕上述两种室内场景,分别在2.35GHz和3.5GHz两个频段下,展开了大量的实地测量。基于测量数据,分析了包括大尺度路径损耗、阴影衰落特性,及小尺度时延和空域信道特性。有关的重要结论如下。(1)对于室内开阔办公场景,研究了其在2.35GHz频段下的跨层特性。当穿透一层楼层时,存在13个dB的衰减,此数值与楼层的材料及厚度有关,并且路径损耗值并不随着穿越楼层数目的增加而线性增加。对于小尺度时延特性,当发送端和接收端位于同一层楼的时候,视距LOS(Line-Of-Sight)和非视距NLOS (None-Line-Of-Sight)下的根均方时延扩展分别为36ns和53ns, LOS结果基本符合现有的标准化模型,NLOS结果较现有的标准化模型更大。当需要跨越楼层时,时延参数会在一定程度上有所增大,条件是接收到的多径分量能量要足够大。并且,统计的根均方时延扩展符合对数正态LogNormal分布,不会受到信号向上或向下跨越楼层的影响,且信号跨越楼层和穿透墙面所引起的多径效应是一致的。最后,平均附加时延和根均方时延扩展符合线性关系,当传播环境更加复杂时,根均方时延扩展随平均附加时延变化得更快。(2)对于传统的室内办公环境,在3.5GHz频段下,采用垂直极化偶极子天线进行了走廊-走廊,走廊-房问,房间-房间及房间-走廊共四种场景下的实地测量。具体而言,在LOS传播环境下,基于测量得到的路径损耗模型,较自由空间和标准化模型小3到5个dB的损耗。而在NLOS传播条件下,由于存在内墙穿透损耗,路径损耗较大。至于时延特性,四种场景下除了走廊-走廊场景以外,其余场景基本与标准化模型的结果一致。而走廊-走廊场景下,由于存在功率较强的背向径信号,波导效应严重,造成了较大的时延扩展。此外,采用全向阵列ODA (Omni-Directional Array)天线,进行了走廊-走廊及房间-房间两种场景下的信道数据采集。通过分析,发现两种场景下的角度扩展值均大于标准模型,主要原因在于无论室内走廊还是房间,面积都较小,散射体十分丰富,造成了收发两端角度扩展值较大。同时,这样丰富的散射体分布的传播环境,也使得统计的交叉极化率较小。通过上述分析得到的结论,反映了在2.35GHz和3.5GHz这两个频段下,室内开阔办公和传统办公场景下的一些信道特性,可以为LTE系统的实际网络部署和规划提供一定参考,为LTE-Advanced系统仿真和性能提升提供一定价值。
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