60GHz毫米波宽带无线通信系统中的天线空间分集和极化失配

摘要

无线通信的研究已经迈入第四代的新纪元，能够实现Gigabit甚至数Gigabit传输速率的高速无线通信系统是通信领域前瞻性研究的新热点。随着多媒体应用的发展，无线通信应用对传输速率和信号带宽的需求与日俱增，为宽带无线通信的研究提出了市场需求。2000年以来，众多国家相继开放60GHz附近连续频谱资源，用于高速无线通信的研究与应用。连续7GHz—9Gz的免许可频谱资源在经济上极大的刺激了60GHz无线通信的研究和开发进程。可以预见，未来几年，能够实现超高速数据传输速率的60GHz无线通信系统的研究将会持续成为无线通信领域的研究热点。
　　 在60GHz毫米波通信系统中，波长接近5mm并且频带宽度能达到9GHz。在这9GHz的带宽上，天线的位置的变化将会对接收到的功率产生很大的影响。另外，在典型的LOS室内传播环境中，接收到的功率主要由LOS径和第一反射径决定。由于天线旋转造成的极化失配现象在反射径较少的情况下表现得比低频率系统更加明显。
　　 本文基于双线模型分析了60GHz毫米波宽带无线通信系统的衰落特性并根据实际场景给出两种不同的天线旋转方式，分析了这两种方式中极化失配现象，研究了不同的天线旋转角度对接收功率衰落特性的影响。
　　 为了减小接收功率的变化，提出在接收端使用天线的空间分集的同时对其位置进行了优化。仿真中选择全球通用的第二频带作为优化频带，并使用日本情报通信研究机构已研制出的宽带平面微带天线，通过选择合适的天线高度，使在第二频带上接收到的功率变化量小于3dB。仿真结果显示，在第一、三、四频带以及极化失配的场景中使用优化的天线高度都可以明显减小衰落。最后本文通过实验验证了天线之间的距离以及天线旋转角度对接收功率的影响，实验结果与仿真结果基本一致。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 无线通信系统介绍

1.1.2 无线个域网技术

1.1.3802.15的简介

1.2 论文的研究意义及创新性

1.3 论文结构与内容安排

第二章 60GHz毫米波无线系统概述及天线分集

2.160GHz毫米波无线宽带通信系统

2.1.1 应用模型

2.1.2 系统物理层简介

2.1.3 天线设计要求

2.2 分集合并技术

2.2.1 选择性合并

2.2.2 最大比率合并

2.2.3 实用空间分集的考虑

2.3 本章小节

第三章 衰落特性及解决方案

3.1 室内无线传播环境

3.260GHz毫米波传播特点

3.3 信道模型

3.4 优化天线位置的空间分集

3.4.1 衰落特性分析

3.4.2 高度优化原则

3.4.3 高度优化结果

3.4.4 不同频带优化效果

3.5 本章小结

第四章 天线的极化失配

4.1 极化失配定义

4.2 旋转模型分析与仿真

4.2.1 A类旋转

4.2.2 B类旋转

4.3 本章小结

第五章 实验分析

5.1 信道测量技术

5.2 实验系统设置

5.3 实验结果

5.3.1 NRP与距离的关系

5.3.2 A类旋转

5.3.3 B类旋转

5.4 本章小结

第六章 结束语

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文