基于无线移动信道建模与仿真技术探究

无线移动信道由于电波在移动信道中时域与空域上传输时,有很大的随机波动与起伏的特点,控制与测量一般难以把握,通过数值计算与路径损耗建立模型与仿真,能够较好地预知信道特性。根据无线移动信道模型特征建立无线移动信道模型,然后对自由空间模型、经验模型Okumura-Hata模型、COST-231 Hata模型以及COST231-WI模型进行了建模与仿真,并将对仿真结果进行了分析,为无线移动通讯信道传播模型选择提供参考。     

室内走廊环境高频段宽带无线信道测量与建模

为了验证在高频段进行宽带无线通信的可行性,介绍了针对室内走廊环境进行的14GHz宽带无线信道测量和所获取的信道特征。基于频域信道冲激响应测量方法,设计搭建了宽带无线信道测量平台,较好地克服了高频段电波传播能量实时测量采集的难度。基于实测数据提取信道参数化模型,获取了高频段电波传播特性参数统计分析结果,包括路径损耗与阴影衰落、时延扩展、角度扩展。测试与分析结果表明:高频段电波传播时延小、方向性强,适用于宽带互联通信。     

An Enhanced Approach for a Prediction Method of the Propagation Characteristics in Korean Environments at 781 MHz

In high‐speed wireless communications, an analysis of the propagation characteristics is an important process. Information on the propagation characteristics suitable for each environment significantly helps in the design of mobile communications. This paper presents the analysis results of radio propagation characteristics in outdoor environments for a new mobile wireless system at 781 MHz. To avoid the interference of Korean DTV broadcasting, we measure the channel characteristics in urban, suburban, and rural areas on Jeju Island, Republic of Korea, using a channel sounder and 4×4 antenna. The path loss (PL) measurement results differ from those of existing propagation models by more than 10 dB. To analyze the frequency characteristics for Korean propagation environments, we derive various propagation characteristic parameters: PL, delay spread, angular spread, and K‐factor. Finally, we verify the validity of the measurement results by comparing them with the actual measurement results and 3D ray‐tracing simulation results.     

短程脉冲无线信道特性仿真与分析

利用仿真语言对短程脉冲无线信道进行仿真研究。考虑短程脉冲无线传播环境为具有某一密度的随机分布的散射体,在一种理想情况下,信道传播环境表现为一个渗透网格。利用仿真语言仿真短程脉冲无线信道中多径分量的传播轨迹,通过脉冲无线信道的随机模型对短程脉冲无线信道特性进行仿真分析,仿真结果表明：利用该模型对短程脉冲无线信道仿真是有效的。     

Multi-ray channel modeling for programmable wireless environments in the terahertz band

Terahertz communication system based on programmable wireless environment allowed programming customization of electromagnetic wave propagation in the most suitable ways for different wireless devices.It could not only improve serious fading,interference and non-line-of-sight problems,but also significantly enhance the security and privacy of the system.The channel modeling of terahertz wireless communication in programmable wireless environment was focused.Firstly,a multi-ray channel model for terahertz-band programmable wireless environment was established based on ray tracing technology as well as the propagation model of line-of-sight and non-line-of-sight.Then,based on the established propagation model,reflection coefficient,the broadband channel capacity under the water-filling power allocation algorithm and the RMS delayed extension were further studied.The simulation and analysis results show that the programmable wireless environment greatly reduces the influence of path loss and multipath fading in terahertz wireless transmission through active interference in electromagnetic wave transmission,improves the transmission capacity of terahertz communication system,which provides a reference for the later design of terahertz communication system,especially indoor terahertz communication system.     

28 GHz室内毫米波信道路径损耗模型研究

毫米波信道建模是第五代（the 5th Generation,5G）移动通信系统的关键技术,而路径损耗是表征毫米波信道传播大尺度衰落影响的重要参数.为了更好地理解毫米波信道的传播特性,应进行广泛的信道测量与建模.因此,对28 GHz室内环境进行了信道测量,并给出了相应的毫米波信道路径损耗模型,同时基于入射及反弹射线法/镜像法仿真分析了路径损耗传播特性.研究结果表明:实测结果与仿真结果一致性吻合良好,从而验证了入射及反弹射线法/镜像法的正确性;自由空间邻近（Close-In,CI）参考距离路径损耗模型表达式更简洁,鲁棒性更强.最后,本文给出了一种普遍适用的用来表征室内视距（Line-of-Sight,LOS）与非视距（Non-Line-of-Sight,NLOS）环境28 GHz与60 GHz毫米波信道的路径损耗模型.     

基于机器学习和卫星图像的路径损耗预测

基于反向传播神经网络（back propagation neural network,BPNN）构建了一种路径损耗预测模型. 通过卫星图像的红、绿、蓝（red, green and blue,RGB）通道的颜色信息来表征无线通信电波传播路径的环境特征,结合路测点与基站的距离特征构建数据集,迭代训练网络参数,以预测传播路径损耗. 结果表明,对跨基站路测点的预测结果与实测数据之间的相关系数达到0.83,绝对平均误差控制在0.66 dB,标准差控制在6.65 dB,说明在缺乏某一场景的详细模型和材质参数时,本文模型也能可靠预测无线通信电波的传播路径损耗. 此外,本文信道模型与传统信道建模方法多方面的对比与分析表明,本文模型在相同计算资源下可以提供和传统信道建模方法相差很小的预测结果,同时大大缩短预测所需的时间,说明本文模型对传播路径损耗做出快速预测的能力可以用于无线通信网络系统的优化.     

Channel Modeling of Wireless Sensor Networks in Oil

Electromagnetic (EM) techniques enable efficient wireless communications in different media with high material absorptions, such as underground soil, water and oil medium. A wide range of novel and important applications in such challenged environments can be realized based on the EM communication mechanism. In this paper, the propagation based on EM waves in the megahertz (MHz) and gigahertz (GHz) band through a different types of oil is analyzed in order to explore its applicability in pipelines and oil sands. The developed model evaluates the total path loss and the transmission characteristics. Moreover, based on the proposed channel model, the resulting bit error rate (BER) is analyzed that an EM wave experiences when propagating through the oil medium. The propagation characteristics are investigated through simulation. The theoretical analysis and the simulation results prove the feasibility of wireless communication in the MHz and GHz band in oil environment and highlight several important aspects in this field.

     

高铁站场景2 100 MHz信道仿真与传播特性分析

随着铁路通信系统的发展需要和第五代移动通信技术(5G)的快速推进,5G-Railway (5G-R)有望成为铁路通信系统的下一代标准。2 100 MHz作为5G-R的潜在频段,其在经典铁路场景中的传播特性亟待研究。构建符合场景典型特征的三维模型,基于射线跟踪仿真法研究半封闭式高铁站台场景2 100 MHz无线信道的传播特性。在车站立柱、扶梯旁部署发射机,定义传播模型参数,分别在手持移动设备与车载移动台处进行大量仿真。计算路径损耗、时延扩展、角度扩展等信道特性,为5G-R部署的覆盖功率预测和网络规划与优化提供参考,弥补该频段在铁路应用方面研究的短缺。     

Finite-State Markov Wireless Channel Modeling for Railway Tunnel Environments

In recent years,high-speed railways(HSRs)have developed rapidly with a high transportation capacity and high comfort level.A tunnel is a complex high-speed rail terrain environment.It is very important to establish an accurate channel propagation model for a railway tunnel environment to improve the safety of HSR operation.In this paper,a method for finite-state Markov chain(FSMC)channel modeling with least squares fitting based on non-uniform interval division is proposed.First,a path loss model is obtained according to measured data.The communication distance between the transmitter and receiver in the tunnel is non-uniformly divided into several large non-overlapping intervals based on the path loss model.Then,the Lloyd-Max quantization method is used to determine the threshold of the signal-to-noise ratio(SNR)and the channel state quantization value and obtain the FSMC state transition probability matrix.Simulation experiments show that the proposed wireless channel model has a low mean square error(MSE)and can accurately predict the received signal power in a railway tunnel environment.     

基于自适应噪声抵消的无线传感网络信道优化

无线传感器网络通信技术广泛应用在物联网近场通信、水声通信等领域。无线传感网络通信信道受到多途干扰,导致信道失衡,需要进行信道均衡模型设计。提出一种基于自适应噪声抵消的无线传感器网络通信信道优化技术,首先构建了无线传感器网络通信的信道模型,对无线传感器网络信道传播过程中衰减损失和各条路径的信号进行重组,采用自适应噪声抵消算法进行信道的多途干扰滤波,结合最小二乘（ RLS）准则算法进行无线传感器网络通信信道均衡设计。仿真结果表明,采用该通信信道均衡技术能有效提高无线传感器网络通信的信道质量,降低通信传输失真和误比特率,实现信道自适应均衡,提高通信的抗干扰能力。     

基于改进射线跟踪法和BP神经网络算法的室外微蜂窝毫米波信道特性研究

在28 GHz与39 GHz毫米波频段室外微蜂窝场景下,基于改进射线跟踪法和反向传播(back propagation, BP)神经网络算法对毫米波单发单收信道及单发多收信道进行建模仿真研究. 在得到的无线信道仿真数据基础上,研究分析了毫米波信道的路径损耗、均方根(root-mean-square, RMS)时延扩展(delay spread, DS)、接收功率等传播特性. 通过与现有文献的测量结果对比分析验证了改进射线跟踪法的正确性与有效性. 通过BP神经网络方法拟合得到的路径损耗模型参数结果与改进射线跟踪法仿真得到的路径损耗参数结果对比发现,两者吻合程度很高,验证了BP神经网络算法能很好地对室外微蜂窝毫米波信道大尺度参数进行预测. 同时,文中给出了一种普遍适用的用来表征室外微蜂窝视距(line-of-sight, LoS)与非视距(non-line-of-sight, NLoS)场景下28 GHz与39 GHz毫米波信道的路径损耗模型. 结果表明:LoS场景下的RMS DS和接收功率都小于NLoS场景下得到的结果;LoS场景与NLoS场景下RMS DS、水平方向到达角、多径簇的个数累积分布函数均服从高斯分布;RMS DS在毫米波频段微蜂窝场景下,随着频率的升高而增大,到达接收端的多径成簇呈现稀疏性.     

3.5 GHz车联网信道测量与仿真对比分析

针对第五代（the 5th Generation,5G）移动通信试验频段中的3.5 GHz开展测量和分析研究.利用自主研发的频域信道探测系统对车联网场景进行测试,同时,利用自主研发的射线跟踪仿真器产生车联网场景的信道数据.通过校正几何模型和材料库对实测场景进行仿真,并与实测结果进行接收功率的对比,进而利用对数距离路径损耗模型对实测和仿真场景的路径损耗曲线进行拟合.结果表明,仿真场景的路径损耗因子和阴影衰落标准差的相对误差都不超过7%,从而验证了射线跟踪仿真器在信道仿真中的有效性和准确性.本文的研究内容将对未来5G车联网中低于6 GHz频段的选择和网络部署提供研究依据和指导.     

基于加权正弦和模型的海战场无线信道仿真

海战场无线信道是一种随时间、空间和其他外部因素不断变化的传播环境,随机性较高。为研究无线通信系统对复杂电磁环境的适应性,基于正弦和理论,探讨了海战场无线信道的仿真方法,给出了一种频率选择性衰落信道仿真模型,并用等距离法和等面积法两种算法计算了模型的参数,说明了该仿真方法的有效性。     

一种射线跟踪信道仿真的电磁参数选取方法

为了满足未来无线通信中信道建模日益增高的精度需求,针对射线跟踪信道仿真中电磁参数难以准确确定这一实际问题,提出了一种射线跟踪信道仿真的电磁参数选取方法.该方法利用局部实测的无线电传播信息绘制出无线环境图,基于感知哈希算法快速对比实测与射线跟踪仿真的无线环境图,从而调整仿真环境中的电磁参数使仿真数据逼近测试结果.针对多种...     

一种无线通信信道的设计与算法仿真

无线信道在实际中难以测试,但信道仿真可以解决这一问题。文中给出了一种灵活且适应性强的无线移动信道模型,并给出了该模型中的衰落信道模型及算法,运用该算法对衰落信道进行仿真,给出衰落信号的仿真结果以及输入信号经衰落信道处理后的结果。     

无线传播信道回放模型建模方法及应用

介绍了一种确定性无线信道建模方法——回放模型建模方法，该方法以实时高速的实际无线传播环境测量为基础，能精确复制无线环境的传播特征。首先给出回放模型的建模思路以及对无线信道测量方法和测量仪器的要求：然后重点介绍处理实际外场测量数据形成回放模型的主要步骤和方法，并给出一些典型无线环境的测量和数据处理结果；实际测量和应用例子表明回放模型相对统计模型能更加精确的描述典型无线环境的传播特征，从而在WCDMA等无线系统尤其是物理层系统设计和优化过程中发挥重要的作用。     

海上VHF/UHF频段信道环境及其空时频率选择性

已有的针对海上VHF/UHF(Very High Frequency/Vltra High Frquency)频段信道环境的研究,在电波传播特性和底噪特性方面缺少试验数据支撑.本文在VHF/UHF频段上做了一系列海上通信试验,基于试验数据,分析了传统电波传播模型对海上视距、超视距、视距超视距临界等传播路径的适用性.同时本文提出了空时二维海上频率选择性信道分析方法,从空间、时间二维视角下定量描述了海上无线信道演变现象,对空时频率迁移和空时频率衰变的概念做了定义.结论可用于海上电波传播建模和异常现象分析.     

基于无人机的空地信道特性测量系统

随着各种飞行器和通信一体化的发展,对空地信道特性的研究变得愈发重要且迫切。针对空地通信场景,本文研制了一套由无人机发射单元和地面接收单元组成的无人机空地信道测量系统。该系统选取具有平坦功率谱特性和大动态范围的ZC序列作为测量序列,利用硬件实现实时提取信道冲激响应(Channel Impulse Response, CIR),并通过采样偏差恢复、系统响应校正等方式,提高信道测量系统的准确性。实测验证结果表明,本文研制的信道测量系统与信道模拟器模拟结果和射线跟踪(Ray Tracing, RT)仿真结果基本一致。最后,开展了校园场景空地实测活动,分析了该场景路径损耗(Path Loss, PL)、莱斯K因子、均方根时延扩展(Root Mean Square-Delay Spread, RMS-DS)等信道特性。     

近水面2.4GHz信号传播损耗模型的校正研究

无线传感器网络的性能很大程度上受限于无线信道的特性。随着物联网事业飞速发展,近水面环境下2.4 GHz信号传播路径损耗模型的研究已成为无线传感器网络研究的重要课题之一。在近水面的环境下,针对基于IEEE802.15.4标准的2.4 GHz信号传播特性进行了实测研究,并利用最小二乘法对双射线模型进行拟合分析得到经验公式。研究结果表明:校正后的经验公式更符合实际环境中的信号传播路径损耗特点,这也为未来大规模铺设近水面无线传感器网络提供理论指导作用。