基于FEKO仿真的室内场景信道特性分析

作     者：刘玉龙 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：熊磊

授予年度：2017年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：室内场景 无线信道 FEKO仿真 小尺度衰落 时延 角度谱 

摘      要：当前无线通信的热点区域多集中在卧室、办公室、大厅等室内场景。数据表明,室内数据业务量占比至少70%,而且随着移动互联网时代的到来,室内数据业务量增长的趋势更加明显。因此研究室内移动通信系统具有重要意义。室内场景不同于室外场景。相对于农村以及城市郊区的室外场景,室内场景具有封闭性和狭小性的特点,相对于市区的室外场景具有很多车辆和行人等,室内场景移动物体较少,因此室内场景的信道特性与室外场景有很大不同,有必要单独针对室内场景信道特性研究。传统的无线信道特性分析一般建立在实地信道测量的基础上。本文基于综合电磁仿真软件FEKO,进行了信道小尺度衰落、时延和角度谱等特性研究,具有成本低、参数可控、易于实施等优点。本论文的主要内容如下:(1)介绍了无线信道传统研究机制,在此基础上比较了实地测量与FEKO仿真两者的优劣。用FEKO仿真代替实地测量步骤,进而进行无线信道特性分析等,这是本论文的一个特色。(2)选取了四种典型室内场景(走廊场景、拐弯走廊场景、办公室场景、走廊与办公室组合场景),根据FEKO软件仿真得到的场强数据,基于三种检测方法(K-S检测、χ2检测、AD检测)确定了小尺度衰落分布,研究了不同场景、不同频率、不同位置时分布参数变化情况,给出了每个场景的衰落余量建议。(3)通过一个简单的两径模型验证了运用FEKO进行电波传播时延特性研究的可行性,选取了四种室内场景,根据FEKO软件仿真得到的S21参数得到了对应场景下的功率时延谱,进而得到了平均时延和均方根时延扩展,最后探究了收发天线距离和中心频率对时延特性的影响。(4)介绍了角度功率谱估计的MVDR算法,通过单径LOS和单径NLOS两个简单模型验证了基于FEKO仿真进行角度功率谱估计的可行性,选取了两种典型室内场景,根据FEKO仿真得到的S21参数得到了角度功率谱,并以此为基础分析了角度谱特性,包括波簇个数及相应功率比、到达角、离开角、角度功率谱及所服从的分布、角度扩展等几个方面。本论文的研究成果可以用于室内场景通信系统设计和网络部署。