短距離室內(nèi)無線信道傳播特性研究.pdf

1、無線信道傳播特性是無線通信系統(tǒng)中提高性能、降低成本的關(guān)鍵因素。隨著無線傳感網(wǎng)應(yīng)用的迅速發(fā)展和第四代移動通信系統(tǒng)的逐步商用，短距離室內(nèi)無線通信的業(yè)務(wù)需求和應(yīng)用場景日漸豐富。短距離室內(nèi)無線通信由于場景、頻段、人員密集程度等因素的影響，電磁傳播環(huán)境更為復(fù)雜，因此亟待對短距離室內(nèi)無線信道傳播特性展開深入研究。本文在室內(nèi)辦公室、樓梯等典型場景，選擇5.8GHz和2.6GHz頻段進(jìn)行單輸入單輸出（SISO）和多輸入多輸出（MIMO）信道頻域測量。通

2、過積累大量實測數(shù)據(jù)，重點分析路徑損耗、多徑傳播、交叉極化鑒別率（XPD）等信道傳播特性，并結(jié)合環(huán)境、頻率、人員等因素建立經(jīng)驗統(tǒng)計模型。本文的主要研究及貢獻(xiàn)如下：
　　首先，詳細(xì)分析比較了目前成熟的短距離室內(nèi)時域和頻域無線信道測量技術(shù)。頻域測量方法與時域測量方法相比，實驗設(shè)備簡單并且節(jié)省測量時間，并且在短距離室內(nèi)環(huán)境中，易于實現(xiàn)收發(fā)兩端的精確時間定位及嚴(yán)格同步。綜合考慮選擇頻域測量方法對信道傳播特性進(jìn)行研究，并結(jié)合現(xiàn)有實驗設(shè)備，分別

3、設(shè)計SISO和MIMO測量系統(tǒng)。
　　隨后，在短距離室內(nèi)環(huán)境5.8GHz頻段選取多個房間設(shè)計SISO實驗方案研究路徑損耗。在分析大量視距和非視距實驗數(shù)據(jù)后，先對路徑損耗指數(shù)n和頻率f進(jìn)行擬合，使用最小二乘法確定冪函數(shù)表達(dá)式進(jìn)行擬合，然后對路徑損耗指數(shù)n和陰影衰落X進(jìn)行概率統(tǒng)計分析，隨后在此基礎(chǔ)上建立頻域和空域聯(lián)合架構(gòu)的路徑損耗模型。研究表明路徑損耗指數(shù)n隨著頻率的增高逐漸變小，路徑損耗指數(shù)n和陰影衰落X兩個參量的標(biāo)準(zhǔn)偏差都是頻率相

4、關(guān)參量且服從高斯分布。
　　接著，在短距離室內(nèi)環(huán)境中統(tǒng)計人員密度定義“閑時”和“忙時”場景，在2.6GHz頻段設(shè)計SISO實驗方案進(jìn)行“閑時”和“忙時”測量，研究這兩種場景中的路徑損耗和多徑傳播統(tǒng)計特性。研究表明室內(nèi)多人引起的附加路徑損耗與收發(fā)天線間距離成線性關(guān)系δ·d，利用指數(shù)表達(dá)式可以定量描述均方根時延擴展與3-dB相干帶寬之間的反比關(guān)系。統(tǒng)計研究發(fā)現(xiàn)“忙時”均方根時延擴展的統(tǒng)計中值比“閑時”有所增加，并且“忙時”3-dB相干

5、帶寬的統(tǒng)計分布服從正態(tài)分布，“閑時”與t分布相吻合。特別在非視距情形“忙時”場景中，到達(dá)接收端的多徑分量不能很明顯形成簇，多徑分量的幅度和數(shù)目的最佳分布分別服從Nakagami分布和t分布。
　　最后，在室內(nèi)典型應(yīng)用場景樓梯環(huán)境中選擇2.6GHz頻段進(jìn)行2×2 MIMO信道測量。研究發(fā)現(xiàn)在樓梯環(huán)境非視距情形中，路徑損耗并不隨收發(fā)天線間距離的增加而增加，通過定義關(guān)于樓梯臺階和平臺的路徑損耗變量對路徑損耗進(jìn)行經(jīng)驗建模。樓梯環(huán)境非視距情

6、形中測量得到的MIMO信道容量接近于理想獨立同分布瑞利信道容量，信道矩陣特征值的統(tǒng)計分布與Nakagami分布相吻合。然后在短距離室內(nèi)視距情形進(jìn)行混合極化2×2 MIMO信道測量研究XPD，分析大量數(shù)據(jù)后采用線性函數(shù)對XPD-頻率指數(shù)和距離進(jìn)行擬合，在頻域和空域建立XPD經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀Ｑ芯勘砻鱔PD隨著頻率的增加輕微增加，而隨著距離的增加緩慢減小，XPD-頻率指數(shù)和XPD陰影衰落的標(biāo)準(zhǔn)偏差服從Nakagami分布。
　　本學(xué)位論文研究