毫米波信道建模

tangpan27

到2019年底，全球移动数据总量达到每月33EB左右，预计到2025年将增长5倍，达到每月164EB，并且根据Edholm中提到的人们对于无线短距离通信的带宽需求基本每隔18个月翻一番这一定律，预测到2025年前后无线通信系统的数据传输速率将超过100Gps。然而，即使第三代合作伙伴计划(3GPP, the 3rdGeneration Partner Project) R16标准冻结，第五代移动通信技术(5G, 5th generationwireless systems)实现商业化，仍然无法实现如此高的传输速率，未来需要更大带宽以满足更高数据传输速率的需求。太赫兹是0.1-10THz范围内电磁波的统称，相比于现有的微波通信，在频率上要高出1到4个数量级，这也就意味着太赫兹通信将可以提供更大带宽的频谱资源，从Mbps或者Gbps提升至百Gbps甚至Tbps的数据速率传输量级。同时，太赫兹波束窄，传播具有极强的方向性，将提升通信的安全性。因此，太赫兹通信技术被认为是未来6G移动通信的热点技术之一。

尽管太赫兹通信具备以上多种优势，但是在太赫兹频带进行通信仍面临很多挑战，其中一个挑战就是对太赫兹信道特性的认知。相比于5G毫米波和sub-6GHz信道，太赫兹频率高，传播过程中会经历较大传输损耗。而且，由于波长较短，大气中存在的微小颗粒（冰晶）以及水蒸气等分子带来的分子吸收效应将十分明显，波长接近大部分建筑材料表面粗糙程度，导致反射、散射系数改变。另一方面，虽然大带宽能带来高传输速率，但是由于大气中水蒸气分子随频率变化的折射率不同而发生大带宽下的色散效应。因此，为了更好地实现太赫兹通信，首先就是要了解太赫兹信道特性。

  到目前为止，太赫兹信道的研究主要集中于短距离室内场景中，为了研究在短距离场景下太赫兹信道的大尺度衰落特性和小尺度衰落特性，我们通过伪随机序列相关时域探测平台在310GHz的短距离实验室场景展开信道测量与研究。基于实测数据分析，获取了短距离场景下路径损耗、阴影衰落、时延扩展、莱斯K因子等信道参数的统计特性。研究发现，太赫兹的高方向性使得传输过程中的路径损耗略低于自由空间路径损耗，也导致莱斯K因子大于低频段3GPP标准。同时，通过计算莱斯K因子与均方根时延扩展的互相关系数分析了莱斯K因子与均方根时延扩展的相关性。