英语原文共 5 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
室内环境中60GHZ微波的传输特性研究
摘要--本文报导采用全三维射线跟踪无线技术和简单确定的二维模型利用射线跟踪的技术对60GHZ微波无线信道传输特性的研究。比较自由空间模型和网站一般的ITU-R预测模型。根据路径增益值，提出了扇形喇叭天线和全向天线的均方差延迟。。此外，路径损耗指数和信道容量也可以从模拟实验中得出。
关键词：室内传播，60 GHz，毫米波，射线跟踪，路径增益，路径损耗，RMS时延扩展。
1.引言
毫米（Mm）波频率正在成为一种受欢迎的替代方案，以满足对未经许可使用的低成本和高带宽个人通信应用的不断增长的需求。60GHz微波和其他在较低频率传播的微波特性有很大的不同，由于波长较小、氧气吸收和墙壁的严重衰减，自由空间的强衰减允许频率重用和用户隐私。这使得60 GHz成为高速室内WLAN和WPAN的有吸引力的提议。传播损耗的精确估计提供了对发射机定位的适当选择，从而提供室内环境中的无线电链路特性。全球范围内的几项研究工作旨在使用各种方法，特别是在室内环境中，对信道进行特征化。
下一节讨论模拟细节，然后讨论观察结果。 最后一节提供结论。
2.模拟的细节
A.环境描述:
办公空间：模拟仿真的办公空间是印度金奈大学Valliammai工程学院9楼的钢筋混凝土建筑现代办公楼。（GPS坐标：12°49 34.99 N 80°2 33.08 E）。办公室为长13米、宽7米、高3米的空间。办公室的墙是由（相对介电常数为ε=7.0）的混凝土组成。地板覆盖瓷砖（ε= 6.0），混凝土天花板覆盖有石膏板（ε= 3.0）。门窗用玻璃（ε= 4.0）覆盖。
图 1 办公室3D设计
B. 模拟设置和理论背景:
对于无线现场（WI）中的仿真，所使用的天线是全向天线和喇叭天线。全向天线和扇形喇叭天线的增益分别设置为14 dBi和10 dBi。在发射和接收端使用相同类型的天线。办公空间分为网格放置接收器，放置在办公空间内大约390个接收器位置。对于全向天线，发射机和接收机天线的高度分别为2.5 m和1 m。发射天线和接收天线高度在扇形喇叭天线的情况下为2.5米和1米。
发射器天线放置在办公空间内的各个位置。 它在图2中清楚地示出。发射机功率为10 dBm。将从WI模拟获得的路径增益（PG）值馈送到Matlab以获得散点图。对这些值进行线性回归，以获得所有情况下的平均PG值。
图2办公空间内的发射机位置
使用基于经典几何光学和图像方法的简单二维光线跟踪技术的确定性方法来分别执行Matlab模拟，以分别考虑来自墙壁，地板和天花板的直接射线和反射光线。光线跟踪技术已经演变成相当准确的室内环境接收信号强度（RSS）预测工具。射线跟踪方法是用于相对准确估计场强以处理室内环境中的复杂布局类型的可用方法之一。双线模型是可以预测接收功率的有用工具。它可以进一步发挥多光线模型的作用、考虑直接射线和地面反射光线，其中给出了接收功率RR：
其中lambda;是波长，K是波数，d1是直接路径的距离，d2是地面反射路径的距离，at和ar是天线函数，R(theta;)是反射光线的反射系数 反射面和TR是发射功率。 使用Matlab模拟的建模接收功率被转换为路径损耗使用公式（2）：
其中TR是发射功率，RR(d)是在距离d处接收功率。然后将其转换为PG值。此外，为了比较/评估目的，还进行了商业软件WI的ITU-R站点一般模型和全3D射线跟踪模型的Matlab模拟。ITU-R的站点一般模型只需要很少的路径或站点信息。室内无线电路径损耗的特征在于平均路径损耗及其相关的阴影衰落统计。距离功率损失系数包括通过墙壁和障碍物以及可能存在的其他损失机制的传输的隐含容限，在建筑物内遇到单层阻碍，模型传播损失表示为：
其中N是距离功率损耗系数，f是以MHz为单位的频率，d是以米为单位的发射机和接收机之间的距离，Lf是以dB为单位的地面穿透损耗因子，n是发射机和接收机之间的楼层数（nge;1）。WI的全3D射线跟踪模型传播射线，并包括反射，透射和衍射对电场的影响。该模型对物体形状没有限制，并且包括通过表面的传播，允许其有效地模拟室内环境中的传播。
3.观测结果：
以下图表提供了在办公环境中从60 GHz模拟获得的模拟/建模观测值。
图3光谱跟踪和ITU-R的Matlab仿真中的PG值
- 全向天线
图3显示了通过Matlab模拟自由空间模型，ITU-R模型，Ray-Tracing模型和2-Ray模型获得的PG值。 对于Matlab中的光线跟踪模拟，我们已经采取了没有云母分区的开放式办公空间。可以看出，这些模型还是出现了类似的趋势。PG值列于表I中。ITU-R模型显示比高达3.5米的自由空间模型更高的路径增益。然而，在3.5米之后它下降到自由空间模型以下。这可能是由于测量在相同的楼层上进行，因此不考虑地板穿透损耗。
图4显示了从WI模拟得到的PG值。发射机使用6个不同位置的全向天线。表II给出了每个的PG值。从表中可以看出，当发射机位于位于空间中心的位置1时，观察到最佳性能。位置1的平均PG值为-82.4dB。然而，在位置6，平均PG最低-83.9dB，这可能是由于以下事实：尽管接近发射机的接收机具有更好的RSS，但房间另一角的接收机具有非常低的RSS，因为发射机接收机分离在这种情况下差不多14.4米。另外，非常有趣的是，当发射机在位置3和位置4时，结果几乎相似，尽管位置3处的最远的接收机位于离发射机9.8米处，而在位置4的发射机的情况下为13.4m。然而，从图4（c）中注意到在某些接收者位置，收到的RSS非常低。因此，与位置3相比，位置4可以更好的覆盖。这可能是由于围绕室内环境的不同材料及其相应的相对介电常数，其影响多径环境中的反射特性和传播特性。此外，在我们的调查中注意到，位置7,8和9的PG结果与第4,5和6位获得的结果非常相似。
图4无线现场（全向天线）PG值
B.扇形天线
图5无线现场（扇形天线）PG值
图5表示了使用扇形喇叭天线获得的PG值。表III表示平均PG值。对于喇叭天线，发射机保持在位置4由于喇叭天线本质上是定向的，所以位置1和其他位置没有被发现是实用的，因为只有发射机天线前面的区域将被正确地照亮。发射机高度为2.5米，接收机高度为1米，观察到发射机和接收机分离短信号强度的降低较高因为它的定向性，发射器附近的区域由于高度不会被正确地照亮。因此，对于发射机和接收机，天线高度为1m和2.5m都进行了仿真。值得注意的是，在小的发射机和接收机分离的情况下，当天线高度为2.5米时，PG值较高，但与发射机距离较远，PG值比1 m天线高度低。另外，从图5中可以看出，天线高度为2.5 m时，衰减率较高;
图5（b）与1米天线高度相比; 图5（a）可能是由于天线靠近天花板。
C.RMS时延扩展
来自仿真的另一个重要参数是均方根（rms）延迟扩展（DS）。定义为平均功率延迟曲线
P（tau;）的第二个中心时刻的平方根。由以下方程给出：
其中tau;i和Pi分别是路径ith的到达时间和功率。在mm波频率下，与较低频率处遇到的值相比，信道色散较小，因为回波路径平均较短。在5和60 GHz的同时测量表明因子为1.5 - 2的差异。如果使用线性偏振，它的RMS DS的信道可以在几个到100 ns的范围内变化。如果全向天线用于大反射室内环境中，它预计将是最高的。当使用高增益天线替代时，RMS DS可能被限制在几ns，但这是天线精确的指向对象时的唯一情况。
从无线模拟和MATLAB仿真得得到的RMS DS值 在模拟表4给出。据观察，使用全方位天线的结果RMS DS（28.3纳秒）与扇形喇叭天线（18.1纳秒）相比，延时更久。这是因为喇叭天线本质上是定向的。然而，在Matlab光线跟踪仿真的情况下，rms DS被注意到非常低（2.7ns）。应该注意的是，表4中列出的值与其他研究人员在典型室内环境中列出的值非常一致。
D.容量估计：
进一步的努力是为了确定容量，测出最大限度地传输信息的速率。60 GHz可以提供多兆位数据速率的潜力，就可以实现5.5 Gbps的容量用于高清多媒体传输。它的容量是由带宽和信噪比（SNR）决定的。信噪比是测量信号强度比于背景噪声，可以用以下公式来计算:
其中，TR是发射功率（10dBm），GT是发射天线增益（14dbi），GR是接收天线增益（14dbi），PLo是参考路径损耗（-78dB），PLd是距离d的路径损耗，KT是玻尔兹曼常数（286.6分贝瓦/ K / Hz），B是带宽（1.5GHz），IL是实现损失，NF是噪声系数。假定NF和IL值为6db，在1米的范围内，它的容量可由Shannon方程确定：
其中C是容量，B是带宽。应用（5）及（6）进行容量计算。图6显示了相对于办公空间内部距离的最大容量。据观察，容量随距离的增加而减小。1.5 GHz的带宽可提供6 Gbps的最大数据速率，并具有7 GHz带宽，最大数据速率可提高至15 Gbps。不过值得注意的是，使用1.5 GHz时，最大数据速率不能超过7 Gbps，甚至在7 GHz带宽下，最大数据速率也不会超过20 Gbps。
图6办公室内最大可达到的容量
此外，在室内办公室的实验中我们使用（7），从观察到的RSS /路径损耗值推导出“n”，路径损耗指数（PE）:
其中PL(d)是测量的平均路径损耗（dB），PL(do)是以dB为单位的参考距离路径损耗，n是路径损耗指数，S是阴影衰落。我们注意到PE在0.8到1.5之间变化。PE的这种变化与其他研究者所引用的类似。
4.总结
本文通过在办公环境中使用WI全三维射线追踪模拟模型及二维射线追踪，Ray Tracing和ITU-R模型，MATLAB仿真来研究60 GHz微波无线信道传输在室内环境中的传输特性。据观察，直到3.5米，ITU-R模型有比自由空间更高的PG值。这可能是由于地板穿透损失在模拟中被认为是零，模拟实验在同一层楼中进行。在全方位天线的中，双线模型和Ray Tracing模型对于的预测值都相似。此外，从Wi-Fi模中我们注意到，在全向天线的情况下，天线最好的位置是在发射天线的点到点或点到多点的通信办公空间内的中心的房间，得到的平均PG值为82.4分贝。
同样，也进行扇形喇叭天线模拟，但不同于全向天线，喇叭天线作为一个发射器它的位置摆放更加复杂因为它是一种定向天线，不可能完全覆盖整个房间。由于只有在传播方向的接收器被照明，它被放置在位置4，接收器被放置在它的前面，在发射机和接收机不同间距下测得PG。据观察，在发射机和接收机间距小的情况下在2.5米天线高度的PG值更高，在1米天线高度的情况下，接收机距发射机越远PG值越低。此外，我们注意到在天线高度为2.5米比在天线高度为1米的衰减率更高。这可能是由于天线接近天花板。从表四我们显而易见的，使用全向天线比扇形喇叭天线的RMS DS更高。从Wi-Fi模拟得到的平均RMS DS，全向天线观察到的值为28.3 ns，扇形喇叭天线的RMS为18.1纳秒。我们注意到，容量随着距离的增加而减小。1.5 GHz的带宽最大数据速率为6 Gbps和7 GHz带宽的最大数据速率可达到15 Gbps。此外，从我们的室内办公环境模拟调查，我们得到路径损耗指数在0.8至1.5之间变化。我们相信，对带宽和更高的数据速率信息服务的巨大需求，将使60 GHz的应用成为必然事件。
汽车发动机舱的微波传播信道建模
摘要 - 为了概述车辆发动机舱中的推进通道，分析了频率范围从2 GHz到7.75 GHz的窄带（1-2 MHz）和宽带（500 MHz）通道。为了确保安全尽可能多的进行通用性分析，超过500个传播测量了七种汽车的通道。在距离和频率方面分析路径损耗和延迟扩展。使用考虑到距离和频率相互依赖关系的模型，考虑到发动机舱中的物体尺寸与测量波长相当。距离的路径损耗指数大约在破坏点450毫米以下，大约高于断点的三分之一。频率指数约为一。随着距离的增加，均方根（RMS）延迟扩展增加。基于获得的延迟扩展模型，最终提供了采样通道模型，这是频率和距离的函数。然后，通过比较从产生的信道计算的延迟扩展和测量的信道来验证信道模型。还要注意的是，通道对车辆类型的依赖性并不显著。
关键词- 通道模型，微波传播，定量损失，车辆，无线传感器网络。
1.简介
现代车辆配备越来越多的电子控制单元（ECU），可以对车辆中的各种单元进行复杂的控制，以协助驾驶员，如防抱死制动系统，电力电力转向装置，主动悬架和发动机等。为了实现复杂和可靠的控制，许多传感器是必要的。为了实现复杂可靠的控制，需要许多传感器用于监控需要在ECU处理的各种数量，以便随后向相应的单元发出适当的控制信号。目前，大多数传感器都连接到ECU。ECU数量的增加导致传感器和相关电缆数量的增加，这增加了复杂性，生产和维护成本以及车辆的重量，这对燃油效率和行驶性能有重要影响。
因此，已经研究了用无线链路替代电缆的想法。 因为这样的想法，车辆无线电传播通道也得到了研究。了解传播通道是开发可靠的无线链路系统的必要条件。了解传播通道是开发可靠的无线链路系统的必要条件。
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[140335]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
