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在隧道环境中6Ghz下的5G无线系统信号测量与建模.docx

发布时间：2022-07-03 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：5.46M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    2测量设置和环境
    在隧道环境中 6Ghz 下的 5G 无线系统信号测量与建模 方法：sbr/im 研究内容：路径损耗模型、接收功率、根均方 (rms) 延迟扩散、莱斯 k 因子和到达角度 (aoa) 全向路径损失模型由 ci 封闭自由空间参考距离模型和α-β-伽玛模型组成。路径损耗指数 (ples) 在 los 情景 中为 1.50–1.74, 在 nlos 情景中为 2.18–2.20。参考距离为 1 米的 ci 模型在隧道场景中更精确稳定。rms 延迟 扩散 2.77 ns - 18.76 ns，泊松分布- los , 高斯分布-nlos ；莱斯 k 因子-正态分布。 以往研究： METIS [8]、NYU WILESS [1, 5, 9, 10]、MIWEBA [11] 和 MMMAGIC [12]等研究项目针对室内外多种场景发展 了 5g 毫米波通道模型。 实验室分析 28 ghz 和 82 ghz 的毫米波传播特性 测量结果模拟结果的路径损耗模型综合参数表,。3. 利 用测量数据，隧道场景中 rms 延迟分布参数分析。4. 接收功率参数、莱斯 k 因子和到达角度 (aoa) 的累积 分布函数 (cdf) 的不同分布模型。5.减法聚类算法分析 一些重要的到达角度。 [13]. 在 55–65 ghz 下针对不同天线位置和天线模式进 行车辆信道测量 [14]。 进行了 3Ghz 以上多种无线信道环境探测活动。5.3 GHz [15], 10 GHz [16], 11 GHz [17], 15 GHz [18], 28GHz [5, 13, 18–21], 32 GHz [22], 38 GHz and 73 GHz [1, 5, 23–26], 60 GHz and 70 GHz [16, 27–30], 83.5GHz [31], and 110GHz [32]. 缺陷：测量设备成本高，观测点数有限 SBR/IM 方法可以扩展数据集,研究 EHF 波段的传 播特性，捕获时变无线信道的多径分量并通过模拟信道 与真实测量信道模型比较证明提出的信道模型的精确性。 本文证实在相同隧道环境和距离范围所有测量路径 中估计结果与测量结果的一致性。不足：有的场景和带 宽未测。 1.分析了 6ghz 在隧道环境中的传播特性（之前没 详细研究）。2.基于闭环 (ci) 自由空间参考距离模型和 ABG 模型, 表征全向路径损失模型，给出了所有场景的 Signal source D/A conversion Up conversion Optical fiber remote Reference clock Channel Storage PCIE A/D conversion IF Down conversion RF Figure 1 2 测量设置和环 境 2.1.设置： 发射频率 6GHZ，射频 带宽 100MHZ，信号多 载频信号，有效子载 波 2048，天线全向天 线，传输功率 10dbm， 发射接受增益 10dbm， 高度 1.8m/1.6m，时 钟同步。 1: Channel Table sounding system parameters used at 6 GHz.
    International Journal of Antennas and Propagation 2 Value 6 GHz 100 MHz 3.1.路径损耗模型 本文用两种闭环 (CI) 自由空间参考距离模型和 ABG 模型表征全向路径损耗模型。 Multicarrier signal CI 模型： 2560 2048 Omnidirectional/omnidirectional d0 自由空间参考距离, f 载波频率 ghz, c 光速 n 表示路径损耗指数 (ple), d 是发射机和接收机之间的距离 X 是零均值高斯随机变量标准差(阴影效应) 最小均方误差 (MMSE)计算路径损耗指数和标准差 n = 1 相当于平面波, n = 2 相当于自由空间路径损耗, n = 4 相当于天线很低导致第一菲涅耳区域被阻塞 [15]。 ABG 模型： 它表示基于频率和距离的路径损耗(db);α和γ分 别是与距离和频率相关的系数;β是优化偏移值;X 是零 均值高斯随机变量标准差, 来自 MMSE 封闭式最佳化。当 单频时, ABG 模型等效于 3GPP (FI) 模型, 其中γ设置为 0 或 2 [5,23]。 Parameters Carrier frequency RF bandwidth Excitation sequence Subcarrier number Effective subcarrier number TX/RX antenna Transmission power TX/RX antenna gains TX/RX antenna height TX-RX synchronization 2.2. 环境： 10 dBm 20 dBi/20 dBi 1.8 m/1.6 m Supported 北交大隧道两个场景两次测量。 Nlos A-B-C-D30m 1m 31 Los1 直线 A-B 19m 1m 20 场景 收发距离 采样距离 采样点数 Los2 C-D11m 1m 12 Los3 A-B8m 0.5m 17 在每个测量位置，共 8 个等 45°间隔测量点组成圆 轨。在 1 号隧道和 2 号隧道方案中,圆形轨道的半径距离 3λ和 2λ。 2.3. 射线追踪模拟 SBR/IM 可以追踪三角射线管。如果接收机位于射线 管内 ，射 线管 在 rx 位置 确定 接收 场和 等效 源 ( 图 像 ) 。 使用软件 Wireless InSite。 对于每个射线，光线跟踪 器最多可跟踪 6 个反射、2 个穿透和 1 个衍射。材料特 性与频率有关，基于不同带宽下的材料特性的 6ghz 频 带，文章对介电常数和电导率的进行了估计 [36-39]。 假定建筑物为混凝土 εr = 6 94 and σ = 0 73S/m,每 个模拟的 rx 点, 基于复振幅和时延模拟射线组成一个 离散等效基带信道冲激响应。第 3 节还进行了光线追踪 仿真。 3.信道模型统计分析
    International Journal of Antennas and Propagation 3
    International Journal of Antennas and Propagation 4 Figure 2: Continued. Figure 2: Measurement environment. (a) Photo of tunnel scenario 1, (b) photo of tunnel scenario 2, (c) sketched plan of tunnel scenario 1, and (d) sketched plan of tunnel scenario 2.
    International Journal of Antennas and Propagation 5 图 3(a)、3(b)、3(c) 和 3(d) 显示在 los 和 nlos 环境 中对 CI,CI-OPT,ABG 模型最优化的测量和模拟路径损耗 散点图,包括自由空间路径损耗模型。路径损耗值随收发 距离的增加而增加。 表 2 总结了 ABG、CI 和 CI-OPT 模型的损耗参数。 LOS-1、LOS-2 和 LOS-3 CI 模型的 测量 PLE 值分别 为 1.72、1.69 和 1.58，模拟值分别为 1.66、1.50 和 1.74。 CI-OPT 的 PLE 测量值分别为 1.75, 1.45, 1.45,模拟值分别 为 1.61, 1.55, 1.71。结果表明, PLE 的值小于自由空间 PLE (N= 2), 意味着经墙面多径分量，产生导波现象。 NLOS 环境中, CI 模型的测量、模拟 PLE 分别为 2.18 、 2.20。CI-OPT 模型的测量、模拟 PLE 值分别为 2.41 和 2.11, 表明信号电平随距离下降更快,可能由于隧道场景 结构不同。 CI 模 型 ：los 标 准 差 0.53 -3DB ,nlos 标 准 差 在 2.74DB-4.2 DB ；CI-OPT 模型：los 标准差 0.38 -2.10 DB,nlos 标准差 1.38-2.74 DB；两模型差异小于 1，无本 质区别。 ABG 模型： los 标准差 1.06 -8.27 DB，nlos 路径 标准差 7.41-7.68 DB。ABG 和 CI 模型的标准差差值总 是大于 1DB, CI 模型具有更高的精度和可靠性。 Figure 3: Path loss variation with TX-RX separation distance using CI and ABG models. (a) LOS-1 path in tunnel scenario-1, (b) LOS-2 path in tunnel scenario 1, (c) LOS-3 path in tunnel scenario 2, and (d) NLOS path in tunnel scenario 1.
    International Journal of Antennas and Propagation 6 Figure 4: Cumulative distribution function (CDF) of the received power at 6 GHz in LOS and NLOS tunnel scenarios. (a) LOS-1 and NLOS paths and (b) LOS-2 and LOS-3 paths. Table 3: Received power values for all scenarios. Scenarios Tunnel 1 LOS-1 LOS-2 NLOS Tunnel 2 LOS-3 Mea. Sim. Mea. Sim. Mea. Sim. Mea. Sim. μ (dB) −53.76 −49.53 −45.36 −45.89 −61.4 −56.25 −48.12 −50.38 σ (dB) 6.45 5.90 6.24 5.03 11.49 10.88 4.15 5.26 Fitted parameters Max (dB) −38.55 −33.80 −33.37 −34.32 −38.55 −33.80 −37.78 −38.28 Min (dB) −62.31 −64.56 −60.62 −57.71 −81.62 −86.13 −52.71 −56.49 Median (dB) −53.68 −49.51 −45.28 −45.82 −60.44 −54.10 −48.99 −52.65
    International Journal of Antennas and Propagation 7 Figure 5: RMS delay spread variation with TX-RX separation distance in LOS and NLOS tunnel scenarios. (a) LOS-2 and LOS-3 paths and （b）nlos. 3.2.接收功率结果分析 是多径分量的叠加 [45]。图 4 是 los 和 nlos 的接 收功率累积分布函数 (cdf)测量、模拟结果。在 los 和 nlos 隧道场景中, 光线跟踪预测与测量结果相当吻合。 轻微差异可能归因于隧道场景中的小物体的散射。回归 分析后接收功率 cdf 分布接近正态分布，表 3 列出了分 布的参数。 3.3. 均方根延迟扩展统计分析. 平均超额延迟和均方根(rms)延迟是表示多径通道 瞬时扩散特性的两个重要参数。 平均超额延迟τ是功率延迟分布（pdp）的一阶矩。 ak, τk, and P τk 分别增益系数延迟和多经分量功率延迟分 布。 RMS 延迟(τrms) 是 pdp 的二阶矩 图五为不同场景下 RMS 延迟扩展 2.77 - 18.76ns. 和收发距离相关性很低。los 路径中的 rms 延迟扩散值 低于 nlos，隧道中障碍物对多径的影响是不一致的。当 传播和散射引起无线信道中较大的传播时延时，RMS 增 加。图 6(a)、6(b)、6(c) 和 6(d) 表示了所有场景 rms 延迟扩展的经验 CDF (包括泊松、指数、瑞利和高斯分 布)。估计方法:最大似然法，los-泊松分布,nlos-高斯 分布。Los 场景中 90%的能量在 13.2 ns 内接收, nlos 情 景中是 14.6 ns。表 4 列出了所有隧道环境中 rms 延迟 扩展的平均值、最小值和最大值。
    International Journal of Antennas and Propagation 8 (a) (c) (b) (d) Figure 6: CDF for RMS delay spreads at 6 GHz in LOS and NLOS tunnel scenarios. (a) LOS-1 path, (b) LOS-2 path, (c) LOS-3 path, and (d) NLOS path. Table 4: RMS delay spread values for all scenarios. Scenarios Tunnel 1 Tunnel 2 LOS-1 LOS-2 NLOS LOS-3 Mea. Sim. Mea. Sim. Mea. Sim. Mea. Sim. μ (ns) 10.01 8.42 5.41 7.18 10.12 8.30 9.85 8.18 σ (ns) 2.75 1.51 0.86 2.41 3.74 1.59 3.23 1.73 Fitted parameters Max (ns) 14.61 10.31 8.76 12.09 18.76 10.46 18.28 10.02 Min (ns) Median (ns) 5.34 3.66 4.40 2.77 3.03 3.66 5.32 3.67 10.08 8.51 5.28 2.41 10.46 8.43 3.23 8.48
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