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随着智能化业务、高清视频流、云端服务等业务的蓬勃发展,移动通信网络在吞吐量、时延、峰值速率等关键性能方面面临巨大挑战。为应对这些挑战,全球各大标准化组织、研究机构、商业公司对第五代移动通信系统(FifthGenerationWirelessCommunicationSystem,5G)展开研究。其中毫米波通信作为5G系统的关键技术,以其丰富的频谱资源与数GHz的连续带宽驱动了通信系统容量的大幅增长。但是由于载波频率的上升,无线信道中具有频率依赖性的时延域特性、空间角度特性以及损耗特性会发生巨大变化。信道特性决定了无线系统的性能上限,为了获得最优的系统性能,必须对无线信道进行充分的研究。本文基于室内走廊、室内工厂场景、室外城市微蜂窝场景(UrbanMicrocell,UMi)的实际测量结果,对比研究了3.5、6.2与28GHz的时延特性、空间角度特性、路径损耗特性以及遮挡损耗特性。本文主要内容与创新点总结如下:(1)毫米波平台搭建与实验设计。为研究时延特性、空间角度特性、路径损耗特性以及遮挡损耗特性,本文搭建了两套毫米波时域信道测量平台,工作频段分别为28GHz以及100kHz至40GHz,最大测量带宽分别为800MHz以及2GHz。在实验设计方面,为研究时延特性,在走廊以及室外UMi场景进行3.5与28GHz的定点测量,利用射线追踪技术去除了不同天线种类对测量结果的影响。在研究空间角度特性时,为克服毫米波测量中无法同时获得离开角与到达角的问题,通过互换收、发端位置获得上、下行链路的到达角,后利用信道互异性获得下行链路的离开角与到达角。在研究路径损耗时,采用不同天线高度研究路径损耗的变化。为研究遮挡损耗特性,在6.2与28GHz下走廊场景进行长时间的监测测量,并通过摄像头实时采集场景中的人数。此外为解决宽带测量中发送伪噪声(Pseudonoise,PN)信号无法通过频域相除获得信道冲激响应(Channelimpulseresponse,CIR)的问题,利用PN序列的相关性重新推导了CIR提取计算方法。(2)毫米波时延域特性。为研究带宽对于毫米波时延特性的影响,利用汉宁窗(Hammingwindow)将接收信号划分为100MHz至400MHz四种不同带宽进行分析。对获得的功率时延谱(Powerdelayprofile,PDP)利用Saleh-Valenzuela(SV)模型进行建模,获得了簇在时延上的到达率、簇功率的衰减因子以及多径功率的衰减因子。为解决SV模型中的分簇问题,利用功率逆序搜索思想,提出了“冒泡”分簇算法,解决了PDP分簇过程中出现的时延不连续问题。通过对比3.5GHz与28GHz的测量结果可以发现,当带宽一致时,毫米波的多径功率衰减速度无论在室内场景还是室外场景中都要比厘米波更大,但是毫米波的簇功率衰减速度在室内场景中却小于厘米波。最后,基于已建模的毫米波SV信道模型,推导出连续形式下的簇内时延扩展计算方法。(3)毫米波空间角度特性。为研究毫米波的传播机制,通过分析上、下行链路到达角的角度功率谱(Powerangularspectrum,PAS)可知,在室外场景的视距(Line-of-sight,LOS)情况下,毫米波主要以直射与一阶反射为主,非视距(Non-line-of-sight,NLOS)下,毫米波主要以一阶反射为主并伴有少量的二阶反射。然后利用空间波瓣(Spatiallobe,SL)方法对到达角进行分簇,得到簇内角度扩展。为验证信道模型中不同的角度生成模型,利用分簇后的到达角分别拟合合成角度功率谱与角度分布,结果发现毫米波水平到达角更服从高斯分布。最后为解决信道模型中簇内角度生成模型不够灵活的问题,建立了簇内角度与功率的二维高斯模型,分析了簇内多径角度与功率的相关性。(4)毫米波路径损耗以及遮挡损耗特性。为研究新兴工业互联网(In-dustrialInternetofThings,IIoT)场景下的路径损耗模型,选择了两个不同的室内工厂场景进行毫米波信道测量,并通过对比浮动截距模型与固定截距模型的拟合结果,确定浮动截距模型更适合IIoT场景。为对比分析毫米波与厘米波的人群遮挡损耗,统计分析了场景中不同人数下的遮挡损耗情况。通过分析可以发现,当场景中人数为0时,6.2GHz与28GHz的静态信道中簇的时延一致,但6.2GHz的簇功率衰减速率要高于28GHz。当场景中人数为1时,分别使用双边刃绕射模型以及简化四边刃绕射模型对全场景遮挡情况进行仿真。通过对比可以发现,6.2GHz的遮挡损耗更趋近于简化四边刃绕射模型,而28GHz的遮挡损耗则更趋近于双边绕射模型。此外,全场景遮挡损耗可分为第一菲涅尔区内与区外两部分。第一菲涅尔区外的功率主要集中于0dB附近,受频段影响较小,第一菲涅尔区内的功率分布则受频率影响较大。由于第一菲涅尔区的半径随频率升高而降低,因此28GHz的高损耗区域的面积要小于6.2GHz,但是损耗极值大于6.2GHz。当人数大于2人时,遮挡损耗会随着人数的增加而增加,并且多径的传播距离越长,受到的遮挡损耗也会越大。最后通过将人数与接收端总功率进行线性拟合,可以发现,厘米波相较于毫米波对于场景中人数更加敏感。