建筑物穿透和室內人體運動的信道測量和特性研究

建筑物穿透和室內人體運動的信道測量和特性研究近年來,移動通信系統(tǒng)的發(fā)展速度越來越快。無線移動通信業(yè)務以其低成本又高速的特點得到了更為廣泛的發(fā)展并繼續(xù)呈指數式增長。第五代通信系統(tǒng)(5G)的出現,采用了高速大容量的移動通信網絡以滿足更快和更大數據通信的需求。未來5G技術的應用場景也將越來越廣泛,超高清視頻直播,遠程醫(yī)療救助,智能家居等場景將是未來5G重點發(fā)展的場景。而在5G未來使用場景的通信網絡規(guī)劃與研究中,更高質量高效率的無線通信系統(tǒng)的建立,重點依賴于電磁波傳播過程中準確的信道模型。精確的信道模型有助于估算信號傳播過程中的損耗,并由此確定信號的傳輸特性以及計算基站有效的覆蓋范圍從而進行小區(qū)設計。而精確的信道模型的建立離不開在實際電磁波傳播環(huán)境中對信道特性的測量與數據分析。信號傳播的無線信道可分為三類:室外穿透室內的信道,室內傳播信道以及室外傳播信道。本文的研究內容為室外覆蓋室內的信道與室內信號傳播信道的特性探究,并且本文的研究全部基于實際環(huán)境中的信道測量結果。在無線信號的傳播模型探究中,室外覆蓋室內(Gutdoor-to-Indoor,021)的信號傳播損耗模型是5CG無線接入網中最重要的傳播模型之一。由于在021傳播場景中信號穿過建筑的時候有較大的穿透損耗,會顯著影響移動通信的數據傳輸速率和質量。因此,深入探索和了解空間021傳播特性是非常必要的。由于實際傳播環(huán)境具有各建筑物的建筑材料和結構復雜性、接收終端相對于基站的位置多變性、運營商使用的頻點各異性的特點。所以為了進一步研究021穿透損耗受到建筑物材料,信號頻率和穿透建筑物的入射角變化的影響,本文首先在兩種不同測量場景下使用帶寬為100MHz的羅德與施瓦茨信道探測儀進行了一系列021測量。此外,在測量中考慮了入射角和從低頻(2.55GHz)到高頻(28GHz)的載波頻率的影響。然后分析從測量活動中得到的信道數據,在數據分析處理中考慮到建筑材料,頻率和入射角對穿透損耗的影響,提出了最終的021建筑物穿透損耗模型。最后,通過與從測量數據中提取的穿透損耗數值進行比較來驗證所提出的模型的性能,證明本文提出的模型與3GPP的穿透損耗模型相比,可以更好的擬合測量結果。本文提出的穿透損耗模型可以很好的刻畫不同建筑特征,不同垂直入射角度和不同中心頻率的建筑物021穿透損耗的特點與區(qū)別。對室內信號傳播的信道特征研究有助于未來將5G技術應用于家庭監(jiān)護與醫(yī)療養(yǎng)老領域。由于目前世界各國的人口老齡化程度越來越高,獨居老人也越來越多,這為家庭老年人護理提出很高的要求。老年人護理的主要挑戰(zhàn)之一就是及時發(fā)現老人摔倒。受到上述需求的推動,目前新的趨勢是設計一套室內非可穿戴設備,利用身體反射無線信號的信道特性來監(jiān)視家庭用戶的活動狀態(tài)。為了區(qū)分不同的室內人體活動狀態(tài),我們在模仿家庭住宅環(huán)境的室內使用伊萊比特公司的信道探測器與多輸入多輸出天線在3.5GHz和6GHz頻點下進行了測量活動。測試者在室內分別模仿了無人、慢走、摔倒和坐下四種典型的活動狀態(tài)來探究不同人體活動對固定發(fā)端到固定收端(fixed-to-fixed,F2F)的非平穩(wěn)信道特性的影響。然后對接收到的信號進行數據處理,并根據得到的信道復增益,瞬時多普勒頻率譜以及平均