实例介绍
【实例简介】
60GHz+RoF传输系统室内毫米波空间传输信道的研究
上海大学硕士学位论文 和展望。 关键词:60 GHz RoF系统,室内毫米波冲激响应,时域四参数法,空域 Fresnel 法 上海大学硕士学位论文 ABSTRACT Nowadays the development of wireless communication is still on progress in the directions of faster bit rate, wider radiation coverage, broader transmission bandwidth, higher reliability and more convenient devices. Meanwhile the possibility of progress of this technology is implied by the development of transmission media, the updating of modulation/de-modulation methods and also the improvement of transmitting and the receiving modes. In the field of wireless communications,more and more people pay attention on 60GHz millimeter wave The reason is not only the compact dimension and high operation security, but also the huge transmission bandwidth and ultra-high transmission speed which 60GHz systems can provide to solve the critical problems of bandwidth shortage and users overload, etc. This means 60GHz communication system has the huge room and potential for the future development. paper mainly deals with the reliable model of 60GHz millimeter wave indoor channel the detail research on this kind of channel. This model can simulate the impulse response and furthermore analyze the typical statistics of the channel in order to ensure the good performance of wireless section in 60GHz RoF systems. There are two parts in this model, the temporal part and the spatial part. the former one is based on the traditional 4-parameter model and optimizes the model to describe the relationship between access delay and received power by combing the cluster"phenomenon. On the other hand the later one uses Fresnel zones to describe the relationship between arrival angle and received power in the situations of mixed reflection, creatively. Although this model uses classic theories and widely-accepted models as prototypes, this paper also modifies and refreshes the traditional ones by adding the 60GHz unique elements. This paper not only shows the detail process of modeling, but compares the simulation results with those from VI 上海大学硕士学位论文 other papers in order to verify the correction as well. The paper first generally discusses the three mechanisms of electromagnetic wave propagation in the open field and then points out the causes of different propagation features between 60GHz millimeter wave and other waves. Secondly, the basic theories and necessary hypotheses are introduced to prepare for the model building. Later on, the construction of temporal and spatial part of the channel model is also described and the programming flow charts are given. At last, the necessary assessment and expectation on the channel model development are also discussed. Keywords: 60GHz RoF communication system, impulse response of indoor millimeter wave, temporal 4-variable method, spatial Fresnel method 上海大学硕土学位论文 原创性声明 本人声明:所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已发 表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 签名:分日期: o7亠 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定,即: 学校有权保留论文及送交论文复印件,允许论文被查阅和借阅;学 校可以公布论文的全部或部分内容。 (保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名:升 导师签名 丝日期:22 上海大学硕上学位论文 第一章绪论 课题来源 本课题来源于国家自然科学基金、上海市科委自然科学基金。项目编号分别为 60377024、04ZR14055。 1毫米波传播特性概述 在无线领域,60GHz已经越来越成为研究的重点。不仅因为60GHz毫米波系 统体积小巧、安全性高,更重要的是因为这种系统有着极大的传输带宽和较高的传 输速率。自200年8月起,59660Hz的频段已开放给公共使用,只要发送功率 不超过10mW的各种通信系统都不需无线电执照。这意味着60GHz通信系统有着 巨大的发展空间和潜力。 作为新一代毫米波通信系统,系统的性能深受传输介质的影响。因此,对60GHz 毫米波的传播特性的研究就显得非常必要。许多文献(I」~[5])都表明描述无线电 磁波的基本物理量为反射、衍射和散射。 反射:当电磁波到达一物体表面,且该物体表面的几何尺寸大于入射波长时, 入射波将会被(部分)反射,从而形成反射波。反射波的强度主要由电磁波频率、 极化情况、反射面材料以及入射角度等情况所决定。在种种反射类型中,存在两种 极端情况:镜面反射和漫反射。通过分析这两种情况,可以较全面地讨论影响反射 波强度的因素。 当入射波波前遇到一无限大、表面光滑的平直反射面时,就会发生镜面反射。 入射波被分解成反射波及折射波,其波束强度可由费涅尔( Fresnel)方程决定。为 方便起见,直接给出平行极化和垂直极化的反射系数 厂,:2 E2/E cosa-v=2/Ei-sin E2/G, cosa+e2/E-sin2a cosa-vE/E-sin a (1-2) cosa+√E2/E1-sin2a 上海大学硕上学位论文 其中,61,E2分别为介质1、2的介电常数(入射波在介质1中,入射至介质2)。a 为入射角度。一般可用几何光学原理进行镜面反射的模拟。 如果反射面与波长相比显得粗糙,那么反射波不再遵循反射原理,反射角度和 强度相对分散。这种情况称为没反射。为了定量衡量反射面的粗糙程度,引入反射 面瑞利( Rayleigh)准则。瑞利准则表明,当波长为A的入射波以角度a入射时, 若反射面最大起伏高度差h满足式(1-3),则可以认为反射面在电磁波环境下是理 想水平的。 h (1-3) cosa 对于60GHz的毫米波,垂直入射(a≈0°)时,h至多为0625mm,600H毫米波 才会发生镜面反射;对于5GHz微波,约束条件放宽到75m。因此,大多数的常 规室内物品或建材,在60GHz频段内都被认为表面是粗糙的,从而导致对60GHz 毫米波的反射能力低下。 可见,反射波强度(包括垂直极化、水平极化成份)和介质材料(s,2)、入 射角度以及频率(或波长)有着紧密的关联。 衍射:当电磁波受到尖锐、非规则、光密属性阻碍物时,就会发生衍射现象。 根据惠更斯( Huygens)原理,受到阻碍的波束会分解为二次小波沿着尖锐物体表 面“爬行”并继续传播。这使得阻碍物后的阴影区也能接受到电磁波。与反射情况 相类似,影响衔射波强度的因素同样有频率、极化角、入射角和材料等等。 散射:当电磁波遇见尺寸较小(相对于波长)且形状为非规则的反射物时,散 射就会发生。事实上,在讨论反射情况时,漫反射其实就是一种散射。相对于反射 而言,散射体现在没有明显的反射角度、没有显著的散射(反射)波强度。 接收信号是发端信号经过: 不同传播路径 不同传播时延 不同强度衰减 不同相位变化 不同来波角度 上海大学硕土学位论文 形成直达波、反射波、衍射波及散射波并在接收端进行矢量叠加。这种现象成为多 径现象,而具有这种现象的通信信道,即本论文所研究的对象,称为多径信道。 1260GHz毫米波的应用及RoF系统简介 通过1.1节对电磁波三大传播机制的概述,可以认为60GHz毫米波具有较差的 反射能力、几乎可以忽略的绕射能力以及普遍的散射现象。此外,60GHz有别于其 他电磁波的另一大特点是空气对其衰减极大图1-1是空气衰减对频率变化的衰减 曲线。该图指出处于60GHz的亳米波在传输1km后有98%的能量被空气吸收。表 1-1也同样表明60GHz毫米波很高的空气衰减率,其衰减常数约高达15dB/km。 98%of Energy Absorbed by o, at 6oGHz 10% 9% 80% 70% 0% 50% 40% 30% 20% t0% 100290300 CER GH t GHr GH? 图1-1传播1km后,大气对不同频率电磁波的吸收 表11特定频率值下的氧气衰减 Loss Distance(d) (dB 02{0510 60GHz|3017.6151 63GHz|2357114 66GHz0.30.81.7 上海大学硕士学位论文 60GHz毫米波的高衰减率、三种传播机制的特点,限制了它在简单长距离通信 中应用的可能。但在另一方面,正是由于上述因素,使得60GHz通信系统具有更 高的频率复用能力、更强的点对点通讯能力以及更安全的通信保障能力。图121 对电磁波的工作范围以及频率复用范围做了具体的测试。该图表明:在60GHz频 段内,频率复用范围和工作范围(有效辐射范围)有最小间隔,也即,在实际通信 情况下,可以认为最大的覆盖范围就是频率复用范围。 p Frequency Reuse Range EE Working Range fr#iueneyIGHrl 图1-2各种电磁波的频率复用测试图 因此,对于60GHz频段的通信系统,有效通信范围(或基站覆盖范围)通常 被设定为普通办公室的大小,所形成的蜂窝结构称为毫微微蜂窝( Femto- Cellular)。 图13展示了典型的RoF系统的分布结构示意图 处理机 处理机 处理机 AS 图1-3典型的RoF系统分布结构示意图 【实例截图】
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60GHz+RoF传输系统室内毫米波空间传输信道的研究
上海大学硕士学位论文 和展望。 关键词:60 GHz RoF系统,室内毫米波冲激响应,时域四参数法,空域 Fresnel 法 上海大学硕士学位论文 ABSTRACT Nowadays the development of wireless communication is still on progress in the directions of faster bit rate, wider radiation coverage, broader transmission bandwidth, higher reliability and more convenient devices. Meanwhile the possibility of progress of this technology is implied by the development of transmission media, the updating of modulation/de-modulation methods and also the improvement of transmitting and the receiving modes. In the field of wireless communications,more and more people pay attention on 60GHz millimeter wave The reason is not only the compact dimension and high operation security, but also the huge transmission bandwidth and ultra-high transmission speed which 60GHz systems can provide to solve the critical problems of bandwidth shortage and users overload, etc. This means 60GHz communication system has the huge room and potential for the future development. paper mainly deals with the reliable model of 60GHz millimeter wave indoor channel the detail research on this kind of channel. This model can simulate the impulse response and furthermore analyze the typical statistics of the channel in order to ensure the good performance of wireless section in 60GHz RoF systems. There are two parts in this model, the temporal part and the spatial part. the former one is based on the traditional 4-parameter model and optimizes the model to describe the relationship between access delay and received power by combing the cluster"phenomenon. On the other hand the later one uses Fresnel zones to describe the relationship between arrival angle and received power in the situations of mixed reflection, creatively. Although this model uses classic theories and widely-accepted models as prototypes, this paper also modifies and refreshes the traditional ones by adding the 60GHz unique elements. This paper not only shows the detail process of modeling, but compares the simulation results with those from VI 上海大学硕士学位论文 other papers in order to verify the correction as well. The paper first generally discusses the three mechanisms of electromagnetic wave propagation in the open field and then points out the causes of different propagation features between 60GHz millimeter wave and other waves. Secondly, the basic theories and necessary hypotheses are introduced to prepare for the model building. Later on, the construction of temporal and spatial part of the channel model is also described and the programming flow charts are given. At last, the necessary assessment and expectation on the channel model development are also discussed. Keywords: 60GHz RoF communication system, impulse response of indoor millimeter wave, temporal 4-variable method, spatial Fresnel method 上海大学硕土学位论文 原创性声明 本人声明:所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已发 表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 签名:分日期: o7亠 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定,即: 学校有权保留论文及送交论文复印件,允许论文被查阅和借阅;学 校可以公布论文的全部或部分内容。 (保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名:升 导师签名 丝日期:22 上海大学硕上学位论文 第一章绪论 课题来源 本课题来源于国家自然科学基金、上海市科委自然科学基金。项目编号分别为 60377024、04ZR14055。 1毫米波传播特性概述 在无线领域,60GHz已经越来越成为研究的重点。不仅因为60GHz毫米波系 统体积小巧、安全性高,更重要的是因为这种系统有着极大的传输带宽和较高的传 输速率。自200年8月起,59660Hz的频段已开放给公共使用,只要发送功率 不超过10mW的各种通信系统都不需无线电执照。这意味着60GHz通信系统有着 巨大的发展空间和潜力。 作为新一代毫米波通信系统,系统的性能深受传输介质的影响。因此,对60GHz 毫米波的传播特性的研究就显得非常必要。许多文献(I」~[5])都表明描述无线电 磁波的基本物理量为反射、衍射和散射。 反射:当电磁波到达一物体表面,且该物体表面的几何尺寸大于入射波长时, 入射波将会被(部分)反射,从而形成反射波。反射波的强度主要由电磁波频率、 极化情况、反射面材料以及入射角度等情况所决定。在种种反射类型中,存在两种 极端情况:镜面反射和漫反射。通过分析这两种情况,可以较全面地讨论影响反射 波强度的因素。 当入射波波前遇到一无限大、表面光滑的平直反射面时,就会发生镜面反射。 入射波被分解成反射波及折射波,其波束强度可由费涅尔( Fresnel)方程决定。为 方便起见,直接给出平行极化和垂直极化的反射系数 厂,:2 E2/E cosa-v=2/Ei-sin E2/G, cosa+e2/E-sin2a cosa-vE/E-sin a (1-2) cosa+√E2/E1-sin2a 上海大学硕上学位论文 其中,61,E2分别为介质1、2的介电常数(入射波在介质1中,入射至介质2)。a 为入射角度。一般可用几何光学原理进行镜面反射的模拟。 如果反射面与波长相比显得粗糙,那么反射波不再遵循反射原理,反射角度和 强度相对分散。这种情况称为没反射。为了定量衡量反射面的粗糙程度,引入反射 面瑞利( Rayleigh)准则。瑞利准则表明,当波长为A的入射波以角度a入射时, 若反射面最大起伏高度差h满足式(1-3),则可以认为反射面在电磁波环境下是理 想水平的。 h (1-3) cosa 对于60GHz的毫米波,垂直入射(a≈0°)时,h至多为0625mm,600H毫米波 才会发生镜面反射;对于5GHz微波,约束条件放宽到75m。因此,大多数的常 规室内物品或建材,在60GHz频段内都被认为表面是粗糙的,从而导致对60GHz 毫米波的反射能力低下。 可见,反射波强度(包括垂直极化、水平极化成份)和介质材料(s,2)、入 射角度以及频率(或波长)有着紧密的关联。 衍射:当电磁波受到尖锐、非规则、光密属性阻碍物时,就会发生衍射现象。 根据惠更斯( Huygens)原理,受到阻碍的波束会分解为二次小波沿着尖锐物体表 面“爬行”并继续传播。这使得阻碍物后的阴影区也能接受到电磁波。与反射情况 相类似,影响衔射波强度的因素同样有频率、极化角、入射角和材料等等。 散射:当电磁波遇见尺寸较小(相对于波长)且形状为非规则的反射物时,散 射就会发生。事实上,在讨论反射情况时,漫反射其实就是一种散射。相对于反射 而言,散射体现在没有明显的反射角度、没有显著的散射(反射)波强度。 接收信号是发端信号经过: 不同传播路径 不同传播时延 不同强度衰减 不同相位变化 不同来波角度 上海大学硕土学位论文 形成直达波、反射波、衍射波及散射波并在接收端进行矢量叠加。这种现象成为多 径现象,而具有这种现象的通信信道,即本论文所研究的对象,称为多径信道。 1260GHz毫米波的应用及RoF系统简介 通过1.1节对电磁波三大传播机制的概述,可以认为60GHz毫米波具有较差的 反射能力、几乎可以忽略的绕射能力以及普遍的散射现象。此外,60GHz有别于其 他电磁波的另一大特点是空气对其衰减极大图1-1是空气衰减对频率变化的衰减 曲线。该图指出处于60GHz的亳米波在传输1km后有98%的能量被空气吸收。表 1-1也同样表明60GHz毫米波很高的空气衰减率,其衰减常数约高达15dB/km。 98%of Energy Absorbed by o, at 6oGHz 10% 9% 80% 70% 0% 50% 40% 30% 20% t0% 100290300 CER GH t GHr GH? 图1-1传播1km后,大气对不同频率电磁波的吸收 表11特定频率值下的氧气衰减 Loss Distance(d) (dB 02{0510 60GHz|3017.6151 63GHz|2357114 66GHz0.30.81.7 上海大学硕士学位论文 60GHz毫米波的高衰减率、三种传播机制的特点,限制了它在简单长距离通信 中应用的可能。但在另一方面,正是由于上述因素,使得60GHz通信系统具有更 高的频率复用能力、更强的点对点通讯能力以及更安全的通信保障能力。图121 对电磁波的工作范围以及频率复用范围做了具体的测试。该图表明:在60GHz频 段内,频率复用范围和工作范围(有效辐射范围)有最小间隔,也即,在实际通信 情况下,可以认为最大的覆盖范围就是频率复用范围。 p Frequency Reuse Range EE Working Range fr#iueneyIGHrl 图1-2各种电磁波的频率复用测试图 因此,对于60GHz频段的通信系统,有效通信范围(或基站覆盖范围)通常 被设定为普通办公室的大小,所形成的蜂窝结构称为毫微微蜂窝( Femto- Cellular)。 图13展示了典型的RoF系统的分布结构示意图 处理机 处理机 处理机 AS 图1-3典型的RoF系统分布结构示意图 【实例截图】
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