M2M MIMO宽带无线信道模型及其传播特性和机理研究

The project is to develop M2M MIMO channel models and parameters based on the joint theoretical researches and measurements from real environments, in where the terminals at the transceiver are moving with the same heights and located at the environments. The theoretical modeling is to develop a geometry-based stochastic model in a unified coordination system. The model is relevant to the array responses, delay, Doppler shift, angle-of- departure, angle -of-arrival and son on. A SAGE algorithm based software is to be developed to process the measured datum from the measured environments to get the statistical distributions of the channel parameters, and further to investigate the channel characteristics and propagation mechanisms. By using the channel model and generated channel parameters, the channel simulation can be realized. The channel model is further modified by comparing with simulation and measurement results. The topics of this research include: the M2M MIMO radio channel characteristics and propagation mechanisms, the geometry-based stochastic M2M MIMO channel model,the statistical distributions of the channel parameters,the empirical models for pathloss and fading, the tapped-delay-line channel models, and the channel realizations.This work will have critical application prospect in the link and system level simulations as well as the system design for the end-to-end cooperative communications in the internet -of-things and 4G wireless systems.

本项目是在物联网和4G协作通信的典型环境下，利用理论研究和实际环境测试相结合的方法，建立端到端宽带无线MIMO信道模型和参数。这里收发两端均置于环境中、等高且都处在运动中。理论建模是根据传播理论建立基于空间几何基础上和统一坐标系下的随机模型，该模型与阵列响应，时延，多普勒频移，发射与到达角等信道参数有关。利用本项目建立的SAGE算法软件对环境测试数据分析处理，研究信道参数的统计规律及其信道的传播特性和传播机理。结合已建立的空间几何模型和在不同环境下的信道参数，实现信道仿真，将仿真与实验结果进行比较，修正和完善信道模型。主要研究内容包括：M2M信道传播特性和传播机理；适用于M2M MIMO信道的几何随机模型；信道参数的统计规律；路径损耗、衰落经验模型、信道抽头时延模型和信道仿真。本项目开展的应用基础研究将对物联网和4G端到端协作通信链路和系统仿真以及系统设计将有重要的实际应用价值和前景。

为4G和5G物连网、车联网等系统设计和对其新的传输技术进行评估，本项目开展了M2M (machine-to-machine, man-to-machine, man-to-man) MIMO宽带无线信道模型及其传播特性和机理研究。主要研究内容包括：信道传播新机理和传播特性研究；信道的几何随机模型和经验模型研究以及信道仿真研究。本项目在V2V(vehicle-to-vehicle)信道研究领域取得重要进展，以往研究都是基于复杂的理论推导研究窄带信道问题，项目首次将窄带研究结果推广到宽带，把射频带宽引入信道研究中，频段可以在6 GHz以下或毫米波频段。另外基于仿真实现了V2V宽带信道冲击响应MIMO矩阵，基于此开展信道建模，避免了复杂的数学推导，有重要的工程应用价值。同时，本项目基于三个柱体几何散射体模型，研究了V2V 3D MIMO终端间中继信道的特性和建模问题，首次基于仿真得出宽带中继信道参数，为4G和5G终端宽带协作信道建模和仿真提供了重要参考。 基于在6 GHz以下频段实测数据：项目开展了 D2D (device-to-device) MIMO信道信号幅度和多普勒谱分布研究，在室内两个终端均移动的情况下，发现其信道幅度分布服从双瑞利和多瑞利分布的规律，对D2D信道研究有重要的指导意义；针对市区微蜂窝街道十字路口，首次提出了一个新颖的d1&d2路径损耗模型，能更好的预测街道拐弯处的视距-非视距过渡区路径损耗，比ITU和其它现有模型更为准确、简单，便于工程应用。在毫米波频段，我们考虑了5G热点场景存在大量移动散射体情况，首次在考虑环境中移动散射体分布下，研究了F2F（fixed-to-fixed）无线信道的多普勒谱分布，为5G热点地区毫米波信道仿真提供了多普勒谱模型。 项目基于WINNER，COST2100仿真平台和实测信道数据，在6 GHz以下频段，开展了现有流行平台的仿真验证和改进推广，为后续平台的实用化和工程化奠定了厚实基础。本项目发表论文25篇，建立了M2M信道测试数据库和仿真平台。这些成果对M2M信道研究和标准化、仿真平台的工程化具有重要理论指导和应用价值。