建筑物穿透和室內(nèi)人體運(yùn)動(dòng)的信道測(cè)量和特性研究

建筑物穿透和室內(nèi)人體運(yùn)動(dòng)的信道測(cè)量和特性研究近年來,移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展速度越來越快。無線移動(dòng)通信業(yè)務(wù)以其低成本又高速的特點(diǎn)得到了更為廣泛的發(fā)展并繼續(xù)呈指數(shù)式增長(zhǎng)。第五代通信系統(tǒng)(5G)的出現(xiàn),采用了高速大容量的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)以滿足更快和更大數(shù)據(jù)通信的需求。未來5G技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景也將越來越廣泛,超高清視頻直播,遠(yuǎn)程醫(yī)療救助,智能家居等場(chǎng)景將是未來5G重點(diǎn)發(fā)展的場(chǎng)景。而在5G未來使用場(chǎng)景的通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與研究中,更高質(zhì)量高效率的無線通信系統(tǒng)的建立,重點(diǎn)依賴于電磁波傳播過程中準(zhǔn)確的信道模型。精確的信道模型有助于估算信號(hào)傳播過程中的損耗,并由此確定信號(hào)的傳輸特性以及計(jì)算基站有效的覆蓋范圍從而進(jìn)行小區(qū)設(shè)計(jì)。而精確的信道模型的建立離不開在實(shí)際電磁波傳播環(huán)境中對(duì)信道特性的測(cè)量與數(shù)據(jù)分析。信號(hào)傳播的無線信道可分為三類:室外穿透室內(nèi)的信道,室內(nèi)傳播信道以及室外傳播信道。本文的研究?jī)?nèi)容為室外覆蓋室內(nèi)的信道與室內(nèi)信號(hào)傳播信道的特性探究,并且本文的研究全部基于實(shí)際環(huán)境中的信道測(cè)量結(jié)果。在無線信號(hào)的傳播模型探究中,室外覆蓋室內(nèi)(Gutdoor-to-Indoor,021)的信號(hào)傳播損耗模型是5CG無線接入網(wǎng)中最重要的傳播模型之一。由于在021傳播場(chǎng)景中信號(hào)穿過建筑的時(shí)候有較大的穿透損耗,會(huì)顯著影響移動(dòng)通信的數(shù)據(jù)傳輸速率和質(zhì)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(shí)際傳播環(huán)境具有各建筑物的建筑材料和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、接收終端相對(duì)于基站的位置多變性、運(yùn)營(yíng)商使用的頻點(diǎn)各異性的特點(diǎn)。所以為了進(jìn)一步研究021穿透損耗受到建筑物材料,信號(hào)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(cè)量場(chǎng)景下使用帶寬為100MHz的羅德與施瓦茨信道探測(cè)儀進(jìn)行了一系列021測(cè)量。此外,在測(cè)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(cè)量活動(dòng)中得到的信道數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)分析處理中考慮到建筑材料,頻率和入射角對(duì)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(cè)量數(shù)據(jù)中提取的穿透損耗數(shù)值進(jìn)行比較來驗(yàn)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(cè)量結(jié)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(diǎn)與區(qū)別。對(duì)室內(nèi)信號(hào)傳播的信道特征研究有助于未來將5G技術(shù)應(yīng)用于家庭監(jiān)護(hù)與醫(yī)療養(yǎng)老領(lǐng)域。由于目前世界各國(guó)的人口老齡化程度越來越高,獨(dú)居老人也越來越多,這為家庭老年人護(hù)理提出很高的要求。老年人護(hù)理的主要挑戰(zhàn)之一就是及時(shí)發(fā)現(xiàn)老人摔倒。受到上述需求的推動(dòng),目前新的趨勢(shì)是設(shè)計(jì)一套室內(nèi)非可穿戴設(shè)備,利用身體反射無線信號(hào)的信道特性來監(jiān)視家庭用戶的活動(dòng)狀態(tài)。為了區(qū)分不同的室內(nèi)人體活動(dòng)狀態(tài),我們?cè)谀７录彝プ≌h(huán)境的室內(nèi)使用伊萊比特公司的信道探測(cè)器與多輸入多輸出天線在3.5GHz和6GHz頻點(diǎn)下進(jìn)行了測(cè)量活動(dòng)。測(cè)試者在室內(nèi)分別模仿了無人、慢走、摔倒和坐下四種典型的活動(dòng)狀態(tài)來探究不同人體活動(dòng)對(duì)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(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,并根據(jù)得到的信道復(fù)增益,瞬時(shí)多普勒頻率譜以及平均