刘因因[1]2018年在《5G高频信道模型仿真实现与混合波束赋形性能研究》文中认为全球移动通信业务趋于多样化,人们对大数据流量传输的要求不断提高,然而目前6GHz以下频段带宽已经被很多无线通信业务占用,高频(6GHz以上)带宽的使用成为了第5代移动通信技术(5G,Fifth Generation)的重点研究方向[1]。相比于6GHz以下频段,高频无线通信传播环境更复杂,建立系统级仿真平台,评估候选关键技术的性能对制定5G国际标准至关重要。高频信道模型是评估5G关键技术的基础,混合波束赋形技术可以补偿高频额外路径损耗、提升系统容量,是5G移动通信系统传输关键技术之一,因此高频信道模型仿真实现和混合波束赋形技术性能研究是本文的主要研究内容。论文选题来自国家科技重大专项“5G国际标准总体方案研发与推进”。论文在长期演进增强(Long Term Evolution-Advanced,LTE-A)系统级仿真平台的基础之上,针对5G移动通信进行了高频信道模型与混合波束赋形技术的仿真设计与实现,并在此基础上对高频信道附加特性下混合波束赋形技术的性能展开了研究。首先,论文对5G移动通信相关技术进行了研究,总结了高频信道模型、波束赋形技术以及通信系统仿真平台的研究现状。其次,针对高频信道模型,论文选取阻塞、移动特性作为高频附加特性的研究重点,详细阐述了高频信道模型仿真开发的总体设计思想,在设计思想的指导下完成了基础高频信道模型和两大高频附加特性的仿真实现,并以第叁代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project,3GPP)提案提供的包括华为、英特尔在内的十余家研究机构的仿真数据平均值作为校准参考数据,完成了对信道模型功能正确性的验证。最后,在高频信道模型仿真开发的基础上,论文对3GPP中提出的混合波束赋形技术进行了仿真实现与校准,并分别研究了阻塞和移动两大高频信道附加特性下的混合波束赋形性能。仿真结果表明,阻塞特性的开启会降低混合波束赋形技术频谱效率增益。当波束重选周期和用户设备(User Equipment,UE)移动速度选取合适时,移动特性下混合波束赋形的性能可以与不考虑移动特性时持平。
姜涛[2]2003年在《高频信道模型的仿真与模拟》文中研究表明本文主要讨论了高频信道的传播特性和高频信道模拟器的仿真与实现。在论文开始我们讨论了无线通信信道的传播特性和高频信道的传播特性，分析了高频信道的数学表述和统计特性，最后我们选择了Watterson高频通信模型作为本论文的仿真和模拟模型。这一模型主要考虑了高频通信信道的多径效应、多普勒频移、多普勒展宽及信道传输的瑞利衰落，根据这一模型特点，我们给出了仿真结构图和算法分析，并在计算机上进行了计算机仿真，获得了较理想的效果。在硬件设计上，我们选用了双CPU(Tms320C3x和Am186)系统作为我们的模拟硬件平台，充分利用了DSP的高速运算功能和AM186的协调控制功能，在此平台上实现了高频信道模拟器的设计。在论文最后，还讨论了在设计构成中遇到的一些问题以及一些算法研究。
唐晓东[3]2005年在《高频信道物理仿真器的研制》文中提出短波通信具有成本低、架设灵活、抗毁能力强等优点,在远距离通信中起着举足轻重的作用。短波信道的物理仿真,使人们可以在实验室里仿真特定的信道环境,从而有助于短波通信系统的研究和测试,具有重要的应用价值。本文研制的仿真器提供接口直接对短波通信系统进行测试,能够全面反映短波信道的多径时延、瑞利衰落、多普勒频移、多普勒扩展、高斯噪声和脉冲干扰等特性。为了实现对中频信号的信道仿真,开发出一个结合软件无线电思想的由多个数字信号处理芯片构成的短波信道物理仿真器。本文的主要工作包括以下几个方面:1.提出了一个HF信道物理仿真器的设计方案。该方案适用于基带和中频信道的物理仿真,带宽≤12KHz。对高速的中频信号采样数字化后,以专用DSP芯片和通用DSP芯片相结合的方法实现信道仿真。2.针对Watterson信道模型,着重研究了多普勒频移与多普勒扩展在DSP中的实现方法。在查表法基础上结合内插技术,实现了最小精度为0.1Hz的多普勒频移的实时产生;运用高斯型FIR滤波器结合线性内插技术的方法,实现了多普勒扩展的仿真。3.开发出HF信道物理仿真器样机,分析了硬件设计中的一些关键技术及软件设计流程,并对该样机进行了性能测试。实验结果达到了设计指标。
郑琨[4]2017年在《下一代移动通信系统高频信道建模与仿真》文中研究表明由于下一代通信网络对信道容量、频谱效率等方面的要求更高,需要更大的频谱带宽支持,因此在下一代通信技术发展中,高频段的信道建模成为了重要的研究方向。无线信道在高频条件下可能会产生低频条件中难以体现的特性,如何准确描述信道特性成为了各组织和研究机构面临的挑战。论文开展信道建模研究,主要工作如下:(1)对高频信道的建模和校准进行了研究和仿真评估,分析了无线信道在高频条件下具有的特性,为高频信道模型的建立提供了理论基础。(2)讨论了高频信道模型的建模方法和对模型的仿真校准及分析。采用基于几何统计的建模方法,将3DMIMO信道模型扩充到高频段,给出了高频信道的建模步骤。(3)为保证信道模型的准确度,对高频信道模型进行了仿真,并将仿真结果从大尺度参数、小尺度参数和高频特性参数叁个方面与权威机构结果进行校准,保证了仿真结果的准确性。(4)定性分析了高频信道的部分仿真结果,对高频信道的性能和部分参数进行了简要说明。论文中信道建模是对无线通信环境的抽象描述,利用一系列参数和建模步骤,表述传输环境的物理特性,能够准确刻画无线信号的传输机制,是评估无线技术性能的一种重要手段。
王宁[5]2018年在《电离层探测系统及高频信道特性的仿真研究》文中认为为了研究电离层信道的特性,评估电离层探测系统性能,本文完成了电离层探测系统的仿真建模及后续的数据处理,并对电离层行进式扰动(TID)进行建模,结合射线追踪技术,研究了不同尺度TID情况下电波在电离层中传播的特点,仿真结果可以指导实际电离层探测结果的分析。首先,本文采用伪随机二相编码调制方式,选取Watterson信道模型仿真电离层信道,以超外差接收机和正交解调方式完成回波信号的采集,最后利用武汉大学电离层实验室的雷达数据处理软件对得到的数据进行处理,得到高质量的双时响应图和散射函数图。仿真结果验证了电波在电离层中传播时受到的各项影响,确定了系统性能最佳时各模块的参数,表明该模型能够准确模拟实际电离层探测系统。其次,本文采用国际参考电离层模型(IRI作为背景电离层,利用数值模拟计算出不同尺度TID情况下的电离层电子密度分布,结合射线追踪技术,模拟了发生TID情况下,电波在电离层中的传播轨迹,提取了一个TID周期内,电波传播的相路径,回波信号仰角和电波的多普勒频移等参数及其变化信息,分析了 TID对电波传播的影响。最后在中尺度TID情况下,将射线追踪得到的电离层信道参数(群时延和多普勒频移)反馈到Watterson信道模型中,利用Simulink仿真了中尺度TID扰动情况下的电离层探测结果,对比结果进一步验证了 TID对电波传播的影响。综上所述,本文基于Simulink仿真平台搭建了完整的电离层探测系统模型,并展示了相应的仿真结果及数据处理结果,验证了仿真模型的正确性,同时对不同尺度的TID进行建模,能够观察电离层行进式扰动对电波传播的影响,发掘电离层探测结果的异常现象背后的物理原因,为电离层探测的结果分析提供参考。
余雅威[6]2018年在《3D MIMO信道传播特性和建模研究》文中研究指明随着移动智能设备的快速普及和新业务场景的广泛应用,满足更高传输速率、更低时延和更高能耗效率的第五代(Fifth Generation,5G)通信成为当前研究的重点。叁维多输入多输出(3DimensionlMIMO,3D MIMO)技术通过采用叁维天线阵列,实现对垂直维度的充分利用来达到更高的频谱效率,被认为是5G通信的关键技术之一。不同于4G通信采用2D信道模型,开展5G通信3D信道传输特性和建模研究具有基础意义,因此本文基于多场景下的实际测量和理论分析,进行如下四个方面的研究:1.基于信道测量和数据处理,3D信道传播统计特性的研究。对信道传输特性的准确认知离不开真实的信道测量,本文采用MIMO信道测量平台Sounder和叁维天线阵列,开展了多个频点3.5和6 GHz、发端采用32天线阵元的正交极化矩形阵列、收端采用56阵元的正交极化圆柱形阵列、多场景下的实际信道测量,典型的场景包括:室内会议室、室内工作间、微蜂窝室外到室内和宏蜂窝室外到室内等。后续通过数据处理,从接收信号中去除系统影响,获得3D信道冲击响应(Channel Impulse Response,CIR),并利用子空间交替期望最大化(Space-Alternating Generalized Expectation Maximize,SAGE)迭代算法提取多径传播参数,包括时延、功率、水平角、垂直角和信道极化分量等,进行统计分析(如一阶均值和二阶方差)和分布拟合。研究发现多径垂直角服从Laplacian分布,垂直角扩展服从对数正态分布,在短距离视距传输时更高频点6 GHz信号散射更丰富,而在远距离非视距传输时由于路损严重,3.5 GHz信号的收端到达径更多。2.基于实际测量的3D MIMO信道模型精度和性能分析研究。目前,3D信道模型的标准化工作已初步完成,然而3D信道模型的精度和性能缺乏论证。因此,本章基于实际测量和标准化的信道模型,重构2D和3D信道,以信道容量和特征值分布为度量,论证3D信道模拟真实信道的准确性,并研究3D信道相比传统2D信道能够获得的性能增益。研究方法如下:将SAGE提取的多径传播参数和天线的辐射增益带入3D信道模型中,进行3D CIR的重构。同理,基于2D信道模型重构2D CIR。然后,基于测量获取的真实CIR、重构的2D和3D CIR分别计算信道容量和信道空间相关性(Spatial Correlation,SC)的特征值。结果显示,3D信道模型的容量和特征值分布与真实测量的相应结果十分吻合,即3D信道模型能准确模拟真实3D信道。相比传统2D信道,3D MIMO信道容量有显着的提高,容量增益与具体场景相关,且特征值分布更均匀,即各子信道并行传输能力更强。此外,通过对天线结构和位置的建模,文章还分析了不同天线对MIMO系统性能的影响,为天线设计提供参考。3.从信道空间相关性和信道容量的角度,推理2D和3D MIMO的关系和差异。上述从实验测量上验证了 3D MIMO相比传统MIMO的性能优越性,但相关的理论基础和量化差异依然缺乏。因此,为了便于对垂直维度进行分析,本文首次完成了 3D SC在水平和垂直维度的Hardmard分解,并在不同天线辐射增益、不同垂直角度分布时,通过正弦函数近似及贝塞尔函数级数展开,给出了一种通用的3D SC闭式表达式的推理方法,解决了 3D SC推理中多参数分量的双重积分难题。进一步,对比2D和3D信道模型,推理了 2D vs 3D SC的关系式,结果表明:当天线阵元垂直维度间隔为0且多径沿平面波传输时,3D SC退化为2D SC,即2D信道为3D模型的特殊情况。而当天线垂直维度间隔和多径垂直角度扩展增大时,2D和3D SC的差异值随之平方增大,即3D MIMO通过垂直维度的利用能够实现更低SC并获得更高信道容量。最后,从信道容量的角度,给出3D信道容量的宽松界和紧致界:宽松上界为独立同分布(Independent and Indentically Distributed,i.i.d)信道的容量,宽松下界为2D信道容量,而紧致上界和下界则分布在2D信道容量和i.i.d信道容量之间,与天线阵元的垂直间隔和垂直角度扩展相关。4.针对3D MIMO多用户干扰进行研究,并提出基于3D空间分组的干扰消除算法。多用户之间的干扰会严重影响MIMO系统的性能,因此本文分别研究了视距传输和一般传输(包含视距和非视距分量)时单小区内多用户的干扰,推理了视距传输时干扰的一阶中心矩(均值)和二阶中心矩(方差)等统计参量,发现干扰会随着多用户在垂直维度的离散分布而急剧减小。在一般传输时,仿真对比了不同预编码方案、用户距离基站距离、用户之间的空间间隔、多用户的角度分布等对信号与干扰加噪声功率比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)的影响。结果显示,为了抵抗严重的多径传播路损,具有较小覆盖范围的小小区技术十分必要。而在狭小范围内密集的多用户分布会严重降低SINR并影响系统性能,因此本文进一步提出基于3D空间间隔的多用户分组算法,使各组多用户的空间间隔最大化,且各组占用彼此正交的资源块避免组间干扰,因而多用户干扰和系统性能显着改善。综上,本文围绕3D MIMO技术,开展了大量的信道测量和数据处理与分析,并结合理论推导和实验仿真,从信道的传播统计特性、信道容量、特征值分布、2D vs 3D SC及多用户干扰和消除等方面,论述了 3D MIMO信道模型模拟真实信道的准确性和相比传统2D MIMO的性能优势,从实验和理论上为3D MIMO在5G通信中的应用奠定了基础。
吴增荣[7]2004年在《基于DSP的高频实时信道模拟》文中研究指明短波通信在现代通信中具有重要的地位，长期以来一直是一种不可缺少的远距离通信方式。作为短波通信系统的一部分，短波信道特性的研究是人们关注的一个问题，短波信道属于典型的时变色散信道，它具有时间、频率和空间叁种选择性衰落，这些衰落直接影响通信系统的性能。 在短波通信工程中，经常需要对短波传输设备的性能进行测试。通常在实际短波信道中对设备长时间的测试，这样不仅要花费很多的时间，人力与财力，而且不能保证相同的测试条件和信道条件，也不能人为的改变信道参数。因此，在实验室条件下模拟短波信道的工作就显得十分重要。 本文针对短波高频信道的数学模型(Watterson模型)，对其结构和算法进行了分析与研究，模拟了短波高频信道的主要特性。并且可以人为的改变信道参数，并利用最新的TI公司TMS320VC5509数字信号处理器等芯片组成硬件平台来设计信道模拟器，可以模拟实际高频信号传输环境并给出实际测试结果。为高频调制解调器的设计与高频信道估计提供实验环境。文章最后还给出了一种在短波通信中传输数据的自适应均衡方案。 本文共分6章，第1章绪论，介绍论文研究的相关内容；第2章讨论了信道模拟的理论基础，并给出功能模块划分和设计方案；第3章阐述了信道模型的基本理论；第4章介绍TMS320VC5509 DSP的特性，性能指标、软件开发工具、硬件结构，给出了短波信道模拟器的软硬件实现方案；第5章给出了短波信道模拟器实验数据的测试分析，还提出了短波数据传输的一种自适应均衡方案；其中4，5章是本论文的核心部分，最后是结论以及本工作的改进方向。
张旭辉[8]2009年在《基于自适应OFDM的电力线高速数据通信关键技术研究》文中指出电力线作为一种分布广泛,不需布线,连接方便的通信媒介,在智能家庭网络和宽带接入领域具有得天独厚的优势和不可估量的市场潜力。正交频分复用(OFDM)技术具有抗多径时延、抗信道衰落、频谱利用率高、硬件实现简单等优点,近年来受到广泛关注。将自适应技术与OFDM技术相结合,将更有效的应对复杂恶劣的电力线通信环境,实现可靠高速的数据通信。自适应OFDM技术的关键问题是实时准确的信道估计和高效的OFDM自适应调制和功率分配。本文在研究信道模型的基础上,根据对各用户的子信道的瞬时特性估计的结果,采用动态分配数据速率和传输功率,有效地优化了系统性能,并利用构建的通用信道仿真平台对所设计的系统性能进行测试。主要工作如下:首先,通过对低压电网不同区域,不同时段的测试样本进行分析,在已有传输模型的基础上,提出将粒子群算法应用于电力线通信多径传输模型的参数辨识,缩短辨识时间,提高拟合精度,为低压载波通信调制技术的研究和设计打下良好的基础。其次,研究自适应OFDM通信系统的实现机理,讨论自适应调制OFDM系统结构、OFDM信号帧结构、载波控制方法,并对系统性能进行分析,建立适应低压电力线信道特性的参数选择方案。再次,针对标准卡尔曼滤波方程不适用于非线性电力线信道,扩展卡尔曼滤波算法计算量大、复杂度高的特点,本文提出了基于梳状导频的无先导卡尔曼滤波算法,采用加权采样点线性化方法代替泰勒公式线性截断的方法进行时域信道估计的同时,利用载波间的信道频域相关函数和卡尔曼滤波的估计误差的协方差矩阵,对滤波结果在频域进行最小均方误差(MMSE)意义下的估计,采用时频域联合估计算法使估计精度得到进一步提高。另外,针对多用户OFDM系统基于迭代的信道和比特功率分配算法实现复杂,而分组分配方法虽降低了运算复杂度,但却使系统性能下降的特性,本文从优化的角度出发,提出采用具有全局优化能力的粒子群算法,将信道分配和比特分配问题相结合,实现电力线信道下多用户自适应OFDM子载波比特、功率分配,节省运算时间,降低发射功率,提高频谱利用率。最后,针对低压电力线信道复杂多变,载波通信研究者缺少全面的试验环境来测试和评估设计方案,单纯依赖现场调试,影响开发速度的状况,本文建立了集软、硬件于一体的模块化、开放式的测试仿真平台,来模拟低压电力线载波通信信道特性,以无源阻容元件为核心构建阻性、感性、容性负载的基础模拟单元,以计算机控制继电器的方式实现不同拓扑结构,使用户可以根据具体需要获得不同情况的信道模拟环境,期望成为相关研究人员开发电力线载波通信设备的一种实用工具。
李娜[9]2008年在《纠错编码技术在电力线通信中的应用研究》文中提出为了提高电力线通信的可靠性,本文重点研究了纠错编码技术在电力线通信中的应用。首先,对电力线信道的噪声和衰减特性分别进行了测量及分析,并利用MATLAB根据理论分析建立了信道的衰减模型和噪声模型。其次,在分析了BCH码的编译码原理基础上,提出了一种适合于ARM软件实现的快速BCH编译码设计方案。针对分组交织器和随机交织器存在的不足,提出一种新型的随机分组交织器设计方法。然后,根据电力线信道仿真模型并结合具体硬件实现,确定了BCH码型和交织深度。最后详细论述了BCH编译码和交织算法在ARM上的软件实现过程,并对具体实现性能进行了分析,实际测量结果表明,该方案能大大降低信道的误码率。
欧晓丽[10]2007年在《水声信道建模及其仿真平台的实现》文中认为水声通信技术是研究和开发海洋的主要工具之一。水声信道的复杂性,如多途干扰等时变、频变、空变随机特性,使得水声通信技术成为当今最具挑战性的通信领域之一。同时,水声信道的高环境噪声、有限频带、传输时延大等特点又极大地降低了水声通信系统的可靠性、有效性。对水声信道进行研究,了解其特性,是设计水声通信系统的基础。随着计算机技术日新月异的发展,目前应用计算机进行仿真研究己经渗透到各个技术领域。由于水声信道的复杂性,采用传统的手段设计适合浅海信道的通信系统既困难又不经济。而采用计算机仿真技术,则可以较好的对水声信道建模,同时也可以利用仿真事件的可重复性寻找对系统有重要影响的因素,甚至完美地模拟出真实的水声信道环境。本文主要进行水声信道的建模与仿真的研究工作。首先介绍了基于波动方程的五种建模技术,着重介绍射线理论模型的特点及其在声场环境模型处理中的应用可行性。接着分析了水声信道的主要特性以及浅海多途特性。阐述了射线传播理论,并在此基础上介绍了声线跨度模型和基于该模型的分层海洋中的本征声线的搜索算法,该算法能够快速而准确地搜索出重要的本征声线。接着,本文给出了水声信道的本征路径模型,从传播衰减和延迟、多径分量、多普勒频移几个方面用数学公式对本征路径信道进行了详细的理论分析,说明此信道模型的合理性和可行性。最后,本文采用MATLAB建立仿真界面,对水声信道本征路径模型进行了仿真工作。并对仿真中输入的参数进行了一定的理论分析,对仿真所选参数给出了合理解释。从仿真结果中,说明了本征路径模型对水声的建模是合理正确的。
参考文献：
[1]. 5G高频信道模型仿真实现与混合波束赋形性能研究[D]. 刘因因. 北京邮电大学. 2018
[2]. 高频信道模型的仿真与模拟[D]. 姜涛. 哈尔滨工程大学. 2003
[3]. 高频信道物理仿真器的研制[D]. 唐晓东. 南京航空航天大学. 2005
[4]. 下一代移动通信系统高频信道建模与仿真[D]. 郑琨. 北京邮电大学. 2017
[5]. 电离层探测系统及高频信道特性的仿真研究[D]. 王宁. 武汉大学. 2018
[6]. 3D MIMO信道传播特性和建模研究[D]. 余雅威. 北京邮电大学. 2018
[7]. 基于DSP的高频实时信道模拟[D]. 吴增荣. 大连海事大学. 2004
[8]. 基于自适应OFDM的电力线高速数据通信关键技术研究[D]. 张旭辉. 哈尔滨理工大学. 2009
[9]. 纠错编码技术在电力线通信中的应用研究[D]. 李娜. 华北电力大学（河北）. 2008
[10]. 水声信道建模及其仿真平台的实现[D]. 欧晓丽. 厦门大学. 2007
标签：计算机软件及计算机应用论文; 电离层论文; mimo论文; 水声通信论文; 信道估计论文; 信道带宽论文; 建模软件论文; 系统仿真论文; 通信论文; 信道容量论文;