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基于射线追踪法的5G室内无线网络规划与优化研究

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基于射线追踪法的5G室内无线网络规划与优化研究

作者：阮金波南京邮电大学

学位级别：硕士

第五代移动通信技术（5G）是新一代移动通信技术发展的主要方向,部署一张切实可行的5G无线网络,频谱的选择和可利用性至关重要。3GPP（38.101）协议在5G中主要指定了两个频段范围,即FR1频段和FR2频段。与Sub-3GHz频段相比,FR1频段中n77... 详细信息

第五代移动通信技术（5G）是新一代移动通信技术发展的主要方向,部署一张切实可行的5G无线网络,频谱的选择和可利用性至关重要。3GPP（38.101）协议在5G中主要指定了两个频段范围,即FR1频段和FR2频段。与Sub-3GHz频段相比,FR1频段中n77频段至n79频段下室外基站信号在覆盖室内场景时存在更大的链路损耗问题,导致室内深度覆盖不足;FR2频段适用于室内短距离通信,但易受室内环境因素制约从而影响其覆盖效果。本文基于射线追踪法对O2I（室外到室内）场景和室内场景下的5G无线网络规划与优化进行了仿真研究。根据3GPP的协议内容,本文选取5G中的n79频段和28GHz频段用于以下研究。具体工作内容如下:（1）在典型小区环境下,本文基于射线追踪法对室外信号覆盖室内场景进行仿真建模与数据分析,研究了该环境中n79频段下不同站点位置的室外微基站信号到多个目标建筑物不同楼层室内的路径损耗和时延扩展,分析周围建筑物分布、楼层高度以及植被因素对信号传播造成的影响,并结合基站选址的一般流程得到较优的站点位置。仿真结果为5G微基站在UMi（城市微蜂窝）的室外覆盖室内场景下的选址提供了参考建议。（2）在小区环境基础上,通过分析不同目标建筑物室内的RSRP（参考信号接收功率）、SINR（信号与干扰加噪声比）以及信道容量,得出B41频段下LTE无线网络和n79频段下5G无线网络两者各有优劣。在接收端体积受限的条件下,结合MIMO多天线技术和增设小基站的宏分集方式,研究不同目标建筑物室内的RSRP和SINR以及对比在相同传输带宽下的信道容量,仿真结果对优化5G无线网络的室内覆盖有一定的指导意义。（3）在室内多层楼梯道场景下,对比分析不同站点位置的28GHz毫米波小基站信号到室内不同楼层楼梯道的路径损耗和时延扩展,得出路径损耗差距明显,而时延扩展差距较小;收发端选取4T4R的工作方式,改变收发端天线的极化特性,研究不同站点位置下收发两端在同极化模式和交叉极化模式下的无线网络质量评估指标以及信道容量,结果表明同一站点位置的同极化模式传输的RSRP和SINR优于交叉极化模式传输,对比分析不同站点位置下的RSRP和SINR,结果表明28GHz毫米波的室内覆盖受室内环境和站点位置的影响更为明显,小基站的位置选择极大程度影响了室内无线网络覆盖效果;信道容量通过和已有文献结论对比,验证其仿真正确性。由于室内环境的限制,收发端都将需要考虑体积受限的客观条件,结合MIMO分集技术中的极化分集,研究收发端为双极化天线阵列与单极化天线阵列时的RSRP和SINR,并给出相应的设置建议,仿真结果对优化毫米波频段无线网络的室内覆盖有一定的实际意义。（4）在典型小区环境和室内多层楼梯道环境基础上,考虑接收端分别在建筑物三、四之间的连廊内移动和沿楼梯移动,研究了两种不同移速下的多普勒频移统计分布,仿真结果表明,在不同移速下同一站点位置的多普勒频移统计分布具有一致性,接收端移动速度和信号波长决定多普勒频移大小。在沿楼梯移动场景下,研究了不同站点位置下的多普勒频移统计分布以及数学期望,对比了收发端使用线极化全向天线或圆极化全向天线时的多普勒频移期望,并给出相应的设置建议;分别研究在SISO系统、单极化MIMO系统和双极化MIMO系统下终端移动和终端静止时的接收功率,通过计算RMSD（方均根偏移）得出接收端移速越大对接收功率影响程度越大,MIMO系统对比SISO系统能够抑制接收端移速对接收功率的影响程度,双极化MIMO系统的抑制效果要优于单极化MIMO系统,仿真结果为移动场景下的无线网络优化提供参考。

关键词：射线追踪法参考信号接收功率信号与干扰加噪声比时延扩展路径损耗多普勒频移

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基于分段的无人机定位研究

基于分段的无人机定位研究

作者：张小根江西理工大学

学位级别：硕士

针对当前无人机“黑飞”事件日益增多,规范无人机安全有序地飞行引起了各个地方的重视,对无人机进行定位成为了规范无人机飞行中重要的一环。由于无人机体积小飞行速度快,传统的定位方法不再适用,需依据无人机的特征研究无人机的定位。... 详细信息

针对当前无人机“黑飞”事件日益增多,规范无人机安全有序地飞行引起了各个地方的重视,对无人机进行定位成为了规范无人机飞行中重要的一环。由于无人机体积小飞行速度快,传统的定位方法不再适用,需依据无人机的特征研究无人机的定位。本文从理论和实验两个方向开展无人机定位的研究,通过天线采集无人机传播信道的信息,提取传播信道中无人机通讯信号的特征参数,通过实验分析信号参数对无人机定位的影响,构建了分段的路径损耗与阴影衰落模型,采用聚类算法对不同特征的信号聚类,最后通过采集的无人机信号重建无线电地图实现无人机定位。本文的主要研究结果如下:(1)搭建了无人机信号发射和接收平台,并在无人机传播信道中提取PCI和RSRP作为实验参数,PCI由放置的天线位置决定,RSRP随着距离的增加其值越来越小,以至于超出天线的接收范围。(2)研究了路径损耗阴影衰落及多径与距离的关系,路径损耗沿着log d线性下降,下降斜率是log d/十倍程。并基于此模型提出了分段的路径损耗与阴影衰落模型。传播信息分成更多的段,的方差将减小,则信道模型定位无人机的精度提高。通过迭代算法和拉格朗日方法将非凸问题转换成凸问题求解,从而解决了参数?的MLE问题。(3)通过经验结论发现,将无人机接收信号数据集拆分为训练集、验证集和测试集,拆分规则是按照7:3:1或者6:2:2进行拆分。针对大小不同的数据量采用不同的拆分方法,采用了简单的留出验证、K折验证和重复K折验证方法。通过仿真实验,减小模型大小、添加L1正则化、L2正则化和dropout正则化惩罚目标函数,均能够改善模型过拟合现象,尤以L2正则化效果最佳。(4)观察分析采集的传播信道中的数据,拟合了一个函数关系式。通过DC分段方法重建了无线电地图,作为参照使用KNN和SVR方法对同样的数据重建PCI和RSRP。实验结果表明,DC分段方法与KNN和SVR相比在10000个数据样本中RMSE值更小且准确度更高,从而验证DC分段方法在无人机定位的优势。(1)SVR方法的PCI和RSRP的RMSE值分别为0.6011和2.8581,通过DC分段方法,PCI的RMSE降低了54%为0.2760,RSRP的RMSE降低了35%为1.8634。(2)KNN方法的PCI和RSRP的RMSE值分别为0.3301和2.1325,通过DC分段方法,PCI的RMSE降低了16%为0.2760,RSRP的RMSE降低了13%为1.8634。

关键词：无人机分段无线电-接收信号强度物理小区标识参考信号接收功率

基于USRP的机会信号同步测量及定位技术的研究

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基于USRP的机会信号同步测量及定位技术的研究

作者：李皓伟哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

目前,全球卫星导航系统(GNSS)一直是实现定位与导航的服务最主要的手段之一。然而卫星存在一些固有的缺点,包括穿透性能不高、易受到周围环境的干扰、抗干扰能力差及可能受到敌方的网络攻击等问题。近来,卫星导航系统受到人为的干扰和... 详细信息

目前,全球卫星导航系统(GNSS)一直是实现定位与导航的服务最主要的手段之一。然而卫星存在一些固有的缺点,包括穿透性能不高、易受到周围环境的干扰、抗干扰能力差及可能受到敌方的网络攻击等问题。近来,卫星导航系统受到人为的干扰和欺骗的事件不断地发生,使得GNSS变得愈来愈不可靠。因此,利用机会信号如LTE信号而不借助卫星来进行定位的方法受到了越来越广泛的关注,这种方法可以避免干扰和欺骗的发生,如何对信号进行精确的同步以及提高定位精度是这一问题的难点。基于传统的LTE接收终端的机会定位系统只能对主服务小区进行连续的测量,对于邻区,只有当有事件发生之后才能接入和测量,测量及定位的连续性无法保证。另外,LTE基站发射的信号区分了天线端口,传统终端无法对端口进行区分。针对传统终端存在的缺点,本文利用USRP和LabVIEW设计并实现了LTE下行同步和测量的接收终端,此外还利用测量数据实现了机会定位相关算法。本文首先分析了移动通信以及LTE的发展现状,以及利用机会信号来进行定位的优势,详细介绍了LTE信号的物理层关键技术,包括帧格式以及同步信号,为后文对信号的接收同步和定位打下基础。此外,还对LTE下行同步和测量的各部分关键技术和算法进行了研究和分析。在LTE信号发射端,介绍了两种同步信号即主同步信号(Primary Synchronization Signal,PSS)和辅同步信号(Secondary Synchronization Signal,SSS)的生成原理和机制,对小区专用参考信号(Cell-specific Reference Signals,CRS)的产生方式以及在测量参考信号接收功率(RSRP)相应方法进行了研究和探讨。本文还研究了如何将以上三种信号通过资源映射的方式映射到资源栅格之中,以及循环前缀(Cyclic Prefix,CP)的作用和在LTE系统中的两种类型,如何通过OFDM调制将信号从频域转换到时域。在LTE接收端,分析和比较了两种同步信号的多种同步算法,研究了小区ID号和同步信号的对应关系,CP类型的检测算法,OFDM解调方法以及RSRP测量算法。本文基于USRP及LabVIEW平台完成了LTE同步系统发射机和接收机的原型实现,主同步信号根据其良好的相关性采用互相关定时同步算法来实现同步,并利用同步信号的对称性使运算量减少一半,辅同步信号则利用生成规则逆向求解的方式来完成同步,从同步信号中便可以提取小区ID号完成小区搜索。另外,LTE下行同步还需要对接收信号进行CP类型的检测,目的是为了去除CP,然后再OFDM解调,将时域信号转换到频域。使用USRP对信号发射和接收,LabVIEW作信号的处理,同步完成之后,便可以进行小区专用参考信号的测量。本文还分析和比较了多种利用机会信号特征实现定位方法,结合本研究采用的LTE信号的特点,选择了在不同位置测量的RSRP建立指纹地图,再使用位置指纹定位中的KNN算法实现对目标的定位,并在室外对定位算法的性能进行了仿真验证。

关键词：机会信号定位同步和测量位置指纹定位参考信号接收功率

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TD-LTE高速铁路场景专网分析

电信工程技术与标准化 2014年第9期27卷 24-28页

作者：赵悦姜海云刘赢中国移动通信集团天津有限公司天津300090

本文首先对TD-LTE专网优化难点进行了介绍,随之基于海量数据对关键参数与下载速率的相关性进行了分析。同时,基于TD-LTE专网优化难点从站址选择、组网规划和邻区设置等方面提出了优化建议。并对高速铁路的CSFB优化邻区设置进行了总结,... 详细信息

本文首先对TD-LTE专网优化难点进行了介绍,随之基于海量数据对关键参数与下载速率的相关性进行了分析。同时,基于TD-LTE专网优化难点从站址选择、组网规划和邻区设置等方面提出了优化建议。并对高速铁路的CSFB优化邻区设置进行了总结,提出了提升回落精准性的策略。最后,对未来的高铁覆盖提出了两种覆盖模型展望,其中明确指出了基于载波聚合技术的车载分布系统将更能为终端用户提供较好的业务体验。

关键词：高速铁路参考信号接收功率载波聚合电路域回落

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NB-IoT异频组网应用研究

江苏通信 2019年第3期35卷 64-68页

作者：杜文鹏贾森中国电信股份有限公司天津分公司

目前中国电信NB-IoT部署在LTE800M上,采用和CDMA网络1︰1部署的方式,两者的网络结构相同。与L800网络覆盖相比,N800具有20d B左右的覆盖增益,当N800采用单频点的组网方式时,在NB小区间的重叠覆盖区域会带来明显的同频干扰。由于较难对NB... 详细信息

目前中国电信NB-IoT部署在LTE800M上,采用和CDMA网络1︰1部署的方式,两者的网络结构相同。与L800网络覆盖相比,N800具有20d B左右的覆盖增益,当N800采用单频点的组网方式时,在NB小区间的重叠覆盖区域会带来明显的同频干扰。由于较难对NB-IoT网络进行单独的射频优化,针对NB-IOT系统内同频干扰,基于异频组网是比较可行的优化方案。

关键词：窄带物联网同频干扰异频组网参考信号接收功率信噪比

通过MR实现跨运营商LTE网络覆盖对比的研究

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移动通信 2016年第24期40卷 8-11页

作者：陈国军周海骄王典炜中国移动通信集团浙江有限公司杭州分公司浙江杭州310015 浙江明讯网络技术有限公司浙江杭州310015

为了解决对跨运营商LTE网络覆盖信息难以收集的问题,采用添加虚拟邻区使商用终端上报其他运营商覆盖信息的方法,对终端上报的MR数据进行分析,研究了MR的精准定位算法,并提出了基于MR的50 m栅格级跨运营商覆盖对比方案。经过实验,验证了... 详细信息

为了解决对跨运营商LTE网络覆盖信息难以收集的问题,采用添加虚拟邻区使商用终端上报其他运营商覆盖信息的方法,对终端上报的MR数据进行分析,研究了MR的精准定位算法,并提出了基于MR的50 m栅格级跨运营商覆盖对比方案。经过实验,验证了基于MR的跨运营商覆盖对比方案的有效性。

关键词： LTE 测量报告参考信号接收功率精准定位网络覆盖

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城区LTE网络质量提升优化方案

电信快报（网络与通信） 2017年第5期 16-19页

作者：毕丹宏方韧吴辰江苏省邮电规划设计院有限责任公司江苏省南京市210019

针对城区LTE网络存在的质量问题,提出对超远覆盖站点、新建站点和超近站点进行结构优化,对基础参数、互操作参数和功率调整进行参数优化,通过美化天线、天馈配置调整、天面整改,通过PCI(物理小区标识)优化和网内外干扰排查,通过告警排... 详细信息

针对城区LTE网络存在的质量问题,提出对超远覆盖站点、新建站点和超近站点进行结构优化,对基础参数、互操作参数和功率调整进行参数优化,通过美化天线、天馈配置调整、天面整改,通过PCI(物理小区标识)优化和网内外干扰排查,通过告警排障、隐性故障发现和持续监控进行故障点整改等方法提升网络质量,给出提升网络质量的建议,有利于促进LTE优化工作高效开展。

关键词：弱覆盖网络优化功率提升信号与干扰加噪声比参考信号接收功率

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TD-LTE网络覆盖的分析方法研究

互联网天地 2016年第2期 1-3页

作者：孙林洁中国移动通信集团设计院有限公司北京100080

覆盖是影响网络质量的关键因素之一,对TD-LTE网络覆盖的问题进行了深入分析,并通过典型案例详细说明了TD-LTE网络覆盖的分析方法。

关键词： TD-LTE覆盖参考信号接收功率信号与干扰加噪声比网络质量

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LTE-R场强测试系统的实现

铁道通信信号 2018年第3期54卷 56-58页

作者：白晓楠梁轶群陈松中国铁道科学研究院通信信号研究所

LTE-R场强覆盖是物理层重要指标,在通信系统的设计、实现、优化及维护过程中起着非常重要的作用。研究LTE-R网络下的场强覆盖测试,提出铁路典型应用场景下以LTE-R接收机和定位装置为核心部件的LTE-R场强测试系统架构;实现了LTE-R场强电... 详细信息

LTE-R场强覆盖是物理层重要指标,在通信系统的设计、实现、优化及维护过程中起着非常重要的作用。研究LTE-R网络下的场强覆盖测试,提出铁路典型应用场景下以LTE-R接收机和定位装置为核心部件的LTE-R场强测试系统架构;实现了LTE-R场强电平值-公里标的二维图形化显示,并进行了静态测试;通过搭载试验列车的动态测试结果,验证了系统架构的可行性。

关键词：铁路无线宽带通信系统场强参考信号接收功率测试系统