室内场景亚太赫兹信道测量与混合信道建模

针对当前准确定性信道模型不能准确地描述室内场景亚太赫兹信道特性的问题,提出一种基于准确定性的亚太赫兹混合信道建模模型。首先,基于亚太赫兹信道多径稀疏簇特性,利用镜像法追踪视距径和低阶反射径建模确定性部分。其次,结合220 GHz室内大厅及132 GHz走廊场景测量数据,利用扩展的SV模型分别统计确定簇和随机簇内的散射径,对数正态分布描述簇内多径数分布,完成随机性部分建模。确定性信道冲激响应hD和随机性信道冲激响应hS相加获得混合信道冲激响应h。最后,通过科尔莫戈罗夫-斯米尔诺夫检验混合模型准确性,以及与扩展的SV模型小尺度参数的均方根误差和结构相似性比较验证混合模型的有效性,结果表明,所提出的模型能够准确有效地描述亚太赫兹信道特性。

专题:面向6G的信道测量与建模

内容导读2023年6月,国际电联(ITU)完成了《IMT面向2030及未来发展的框架和总体目标建议书》。该建议书作为6G纲领性文件,汇聚了全球6G愿景共识,描绘了6G目标与趋势,提出了6G的六大场景和15个能力指标,标志着6G技术标准化工作正式启动。信道是移动通信系统收发端之间信号承载的媒介,而深入掌握6G的传播特性和精确模型对6G系统的研发、评估和优化至关重要。

蜂窝车联网侧行链路信道测量与分析

蜂窝车联网侧行链路接口(PC5)采用终端到终端直接通信的形式,因其通信延迟低、传输容量大和传输可靠性高的特点而具备广阔的科研和工程前景。为了实测蜂窝车联网侧行链路信道特性,使用具有PC5接口的车载板卡在城市道路进行了通信测量工作,并依据测量结果从信道特征对PC5接口信道进行了分析。分析了通信收包时延随距离和信噪比变化的特征,将实测参考信号接收功率值与自由空间和双射线两种路径损耗经验模型及对数距离和双斜率两种路径损耗拟合模型的预测值进行了对比,并引入了四种相关性分析算法,从数值偏移量、线性相关程度和几何形态相似度等角度分析了模型预测值与实测数据的关联性,最终验证了双斜率路径损耗模型最适合表征PC5接口通信信道在城市环境下的衰落特征,基于该模型测算得到的路径损耗指数和阴影衰落方差也进一步说明此模型能够更好地结合实验环境表征信道特性。

6G智能超表面通信信道测量与建模:进展与挑战

RIS是6G无线通信的潜在关键技术之一,受到学术界和产业界的广泛关注。RIS不仅具有低成本、低功耗、可编程、易部署、与现有网络兼容等优点,还可以智能调控通信环境,提升信号质量与通信系统性能。首先介绍了目前的RIS通信信道测量实验,总结了暗室、室内和室外环境中的RIS信道特性,然后,对多种RIS信道模型进行了比较,包括大尺度衰落与小尺度衰落信道模型,并探讨了不同模型的适用场景及特点。最后指出RIS信道研究的挑战,包括新型RIS通信信道测量与建模、新频段新场景RIS通信信道测量与建模、参数可调天线与信道一体化建模、普适RIS通信信道建模等,为未来RIS通信信道研究提供重要指导。

室内热点场景多频段RIS辅助MIMO通信信道测量与建模

对Sub-6 GHz频段和毫米波频段可重构智能超表面(RIS)辅助多输入多输出(MIMO)通信信道进行了室内热点(InH)场景下的信道测量。基于上述信道测量结果,研究了RIS辅助通信信道修正浮动截距(FI)模型,并对模型的准确性以及参数特性进行了验证。对RIS辅助通信信道在多频段的传播特性进行了分析,包括路径损耗增益、路径损耗因子(PLE)、时间色散等。上述信道测量和建模结果将为RIS辅助通信系统的实际应用奠定基础。

面向6G的RIS信道测量与建模研究进展

智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)技术被认为是6G中很有应用前景的技术。RIS信道研究对于RIS辅助通信系统的技术创新和性能评价至关重要。综述了RIS信道的测量与建模研究进展,总结了基于矢量网络分析仪(Vector Network Analyzer, VNA)的频域测量和基于滑动相关的时域测量两种信道测量方法。介绍了基于时域的RIS信道测量平台,并对目前的测量活动进行了总结。分析了RIS信道中的阵元反射系数、散射方向图和级联路径损耗三个特性。总结了RIS信道统计性建模、确定性建模和混合型建模的方法,给出了一种基于现有5G标准的3D几何统计性信道模型(Geometric-Based Stochastic Model, GBSM)扩展的RIS信道建模方法,以及基于此方法的RIS信道仿真平台。展望了RIS信道测量和建模研究面临的挑战和未来的研究方向。

近岸海陆结合场景6 GHz以下频段无线信道测量与建模

海洋通信是6G空天地海一体化网络的关键场景。海洋信道特性分析与建模对海上通信系统的技术开发和部署规划具有重要意义。关注海岸边的岸-船通信场景,介绍了在5.80、5.45、3.90、3.00 GHz频段开展的无线信道测量活动,提取并建模了岸边发射机与运动船舶之间无线链路的关键信道参数。研究发现存在于近岸区域的散射体以及沿海岸线分布的建筑群会对信道造成差异化影响。基于实测数据给出了时变抽头延迟线(Tapped Delay Line,TDL)架构参数化模型。针对多径分量丰富的近岸区采用5抽头模型,并通过设置随机时变抽头表征了场景中偶然存在的高时延多径分量。仿真结果与实测数据概率密度分布的科尔莫戈洛夫-斯米尔诺夫检验(Kolmogorov-Smirnov,K-S)统计量为0.11,KL散度为0.65,研究结果可为近岸场景岸-船通信技术的设计和部署提供参考。

基于测量的典型工业物联网场景毫米波信道特性分析

为更好地补充和扩展典型工业物联网(Industrial Internet of Things,IIoT)场景中毫米波频段电波传播特性的研究,并满足IIoT在连接性、可靠性、安全性、智能化和覆盖性等方面的更高需求,在26 GHz频段下,对典型IIoT场景进行了信道测量与特性分析。研究涉及的典型工业场景包括不同设备布置密度的工业密集场景和工业稀疏场景。基于实测数据,对上述两种工业环境下的信道特征参数进行了萃取,并在此基础上分析和比较了两种典型工业场景的毫米波信道特性。研究发现,由于工业密集场景存在大量金属设备会对信号产生强反射,导致其路径损耗指数小于工业稀疏场景,且莱斯K因子更小、时延扩展更大。当接收端使用相控阵天线时,通过波束跟踪可以实时调整波束方向,从而提高信号的传输效果,减小信号传播时延。对IIoT场景信道特性的准确分析将有助于理解信号在工业环境中的传播规律,预测和评估通信系统的传输可靠性,进而优化系统设计和网络规划,确保IIoT应用的高效稳定运行。

面向差异化变电场景的无线信道测量与建模研究

无线通信网络对新型电力系统的建设和发展至关重要,信道测量和建模是构建无线通信系统的基础。首先,文章面向差异化变电应用场景在470 MHz和2.4 GHz频段开展信道测量工作;其次,基于信道实测数据,研究变电场景下路径损耗、阴影衰落和时延扩展建模方法;对比分析不同频段下、室内外场景的信道建模结果。最后,将建模结果与3GPP标准化信道参数作对比,结果表明,变电场景信道参数与3GPP标准化信道参数有很大不同。文章获得的信道参数填补了现有标准在电力场景的空白,为新型电力系统下无线通信网络的部署和优化提供基础信道模型。

太赫兹信道测量研究与实测结果分析

太赫兹通信技术是下一代无线通信的关键技术之一。相较于5G的毫米波频段,太赫兹频段的电磁波波长更短、波束更窄、抗捕获能力和抗干扰能力更强。但另一方面,更高的频率意味着更大的衰减。在太赫兹频段,传播距离相较于毫米波进一步缩短,需要对太赫兹频段的无线传播环境进行测量与建模,作为评估太赫兹通信技术的基础。罗德与施瓦茨公司在信道测量方面有着丰富的研究经验,为推动太赫兹频段信道测量的研究工作,介绍了太赫兹频段时域信道测量和频域信道测量的两种方法,并基于罗德与施瓦茨公司的信号源和频谱仪,分别在158、300 GHz频段对常见通信场景如城市街道峡谷、室内购物中心等进行了信道测量,并分析了信道冲激响应(Channel Impulse Response, CIR)。太赫兹技术已经在业内具有了一定研究基础,但仍有许多技术挑战亟待解决。通过对信道测量方法的介绍和对实测结果的分析,对太赫兹频段下的信道特征进行了研究与总结,为后续太赫兹相关领域的研究工作打下了基础。

UMa场景中频段XL-MIMO信道测量与特性分析

超大规模多输入多输出(Extremely Large-scale Multiple-Input Multiple-Output,XL-MIMO)是未来6G通信系统的一个关键潜在技术,显著提高了系统的安全性、能量效率、空间效率和鲁棒性。XL-MIMO信道的研究对于系统设计和部署十分重要。此外,为解决频谱紧张的问题,中频段(7~24 GHz)将作为6G潜在的应用频段之一,未来XL-MIMO系统也有可能应用在此频段。随着天线阵列尺寸的进一步增大,XL-MIMO信道将呈现出近场和空间非平稳特性,给XL-MIMO信道建模带来了挑战。为研究中频段下XL-MIMO信道近场与空间非平稳特性,在城市宏蜂窝(Urban Macro-cell,UMa)场景下进行了13 GHz XL-MIMO信道测量,通过多径参数分析了近场和空间非平稳特性。分析结果发现,近场球面波会造成多径角度在阵列域上的偏移,空间非平稳效应会造成多径功率、角度扩展在阵列域上的不均匀分布,为6G XL-MIMO信道建模提供了一些参考。

面向6G通信感知一体化的40~50 GHz毫米波信道反射和透射特性研究

为解决毫米波信道反射和透射特性测量数据不足、多层材料传播系数计算不准确和传播特性表征不明的问题,该文开展面向6G通信感知一体化(ISAC)的40~50 GHz毫米波信道反射和透射特性研究。首先,基于菲涅尔理论和射线弹跳追踪原理,提出一种室内多层建筑材料传播系数计算方法;然后,利用基于矢量网络分析仪的毫米波信道测量平台,开展40~50 GHz频率范围内多层木板和多层玻璃的反射和透射系数测量活动。结果表明,该方法与测量值间高度吻合,传播系数误差低于0.1,能够准确地刻画毫米波信道反射和透射特性变化规律。此外,研究还发现反射系数谐振特性和有效布儒斯特角特性依赖于电波极化、入射角和材料厚度。

面向电力应用场景的5G信道测量与路损模型修正

传统公网5G信道模型一般针对城市、街区等场景进行建模,在变电站等电力工业场景中适应性不足。为支撑5G在电网的规模化应用,需要开展对特定电力场景的信道测量与建模以指导电力5G无线网络规划和系统级仿真。本文在500 kV变电站开展5G频段的实地信道测量,分析了时延功率谱、路径损耗等信道特性,并在此基础上提出了一种引入天线高度矫正因子的路损模型修正方法,以便更准确地对天线高度与路损之间的关系进行建模,同时对比分析与5G标准路损模型之间的差异。结果表明,该模型能更好地适应电力应用场景,可为通信性能评估提供参考与指导,并为电力通信设备的覆盖范围预测提供理论依据。

5G TM信号无线信道测量平台研究与实现

为了研究第五代移动通信(5G)系统无线信道,获得准确的5G无线信道特性和信道模型,提出了一种基于5G新空口(NR)测试模式(TM)信号的无线信道测量平台。开展了TM无线信道测量平台的总体架构及测量信号接收处理算法设计,并基于软件无线电设备和高性能计算设备搭建测量平台。针对功率谱平坦度、峰均功率比和相关性等指标,对多种TM信号的测量性能进行评估。根据性能评估结果,选择适合作为测量波形的TM信号。采用射频馈线直连、多径信道模拟和静态空口实测3种方法对TM无线信道测量平台进行验证,该平台不仅可以实现准确的信道测量,同时能够对矢量幅度误差和误比特率等传输性能进行测试。

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。

面向6G的毫米波多频段多天线信道测量系统构建及实测验证

毫米波是5G和6G无线通信系统的关键技术.设计满足6G多频段、多天线、高动态范围需求的信道测量系统是6G无线信道研究面临的首要挑战.针对这一需求,本文构建了一种毫米波多频段多天线信道测量系统,可以覆盖24.25~28.5 GHz、31.8~33.4 GHz、37~42.5 GHz等毫米波频段,支持最高16×16天线配置.首先介绍该信道测量系统的架构与性能指标,提出多通道并行校准方案以及测量数据处理算法;其次,基于该信道测量系统开展26 GHz室内外场景的信道测量实验,分析路径损耗、时延扩展以及奇异值扩展等信道统计特性.通过对实测结果分析,验证了该信道探测器用于毫米波段测量的有效性.

面向低轨卫星的星地信道模型综述

低轨卫星(LEO)具备通信时延低、部署成本低、覆盖范围广的特点,已经成为了建设未来空天地一体化网络的重要组成部分。然而卫星通信中端到端传播距离长、经历衰落复杂、终端移动速度快,其信道特性与地面蜂窝网络信道具有很大差异。基于此,为了对低轨卫星星地信道特性以及信道模型有较为全面的认识,该文总结了目前国际标准组织对星地信道的标准化进展,讨论了星地信道在不同传播位置处的衰落特性,根据建模方法对已有的重要信道模型进行了划分与阐述,最后对未来的工作提出了展望。

室内X波段离体信道传播特性的测量与建模

研究了在X波段以人体为中心环境的无线信道衰落模型建模方法,围绕可穿戴天线在体表不同部位的无线信道进行了实验和分析.分别在离体与无体场景下测量视距(line-of-sight,LoS)和非视距(non-lineof-sight,NLoS)两种路径的信道衰落,对比分析人体不同部位的阴影效应和穿透损耗,结果表明改变天线穿戴部位,信道衰落曲线的损耗指数和截距均会发生变化;人体穿透损耗与信道频率、收发端天线之间的距离无关.基于现有的模型对实验数据进行拟合,提出一种与人体不同部位相关的带有体表阴影效应、穿透损耗修正因子的离体信道衰落模型.该模型细化了人体不同部位的信道特性,与通用模型相比能更加精地确描述离体信道传播环境.

室内场景中140 GHz无线信道测量与传播特性研究

太赫兹技术具有超大带宽的传输能力和超高精度的感知能力,因此成为了6G潜在关键技术方向之一。探明太赫兹信道空间传播特性是太赫兹基础理论创新和关键技术研发的基础。为此,开展了140 GHz室内场景中信道测量与传播特性研究。具体地,搭建了基于矢量网络分析仪的频域信道测量平台,并在数据中心、办公室、走廊等典型室内场景中进行了大量的信道数据采集。基于测量数据,完成了太赫兹信道的多径分量提取和分簇,分析了太赫兹信道传播特性。

基于扩频滑动相关的无线信道特性测量系统设计

分析无线信号在不同环境下的信道传播特性常用的方法有统计学建模法和实际测量法,其中,实际测量法需要借助专业的测量工具。针对无线信道传输特性分析的实际需求,利用基于扩频滑动相关方法来获取信道冲激响应的原理,分析了4种常用伪随机序列的相关特性,提出利用恒包络零自相关(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation,CAZAC)序列进行冲激响应测量的基本方法并搭建了系统架构,然后设计了无线信道特性实时探测系统。最后,通过多通道信道模拟器验证了设计系统的可靠性,并通过室内和室外的实测验证了所提方法的有效性和系统设计的可行性。