物聯網無線通道與電波傳播理論

朱洪波

南京邮电大学教授、博士生导师，中国（无锡）物联网研究院院长、南京邮电大学原副校长、物联网研究院院长，江苏省“泛在无线通信与物联网”科技创新团队带头人，主要研究方向为物联网、移动通信网络等。

第1章 緒論 1

1.1 物聯網發展的背景與意義 1

1.1.1 物聯網實現萬物按需互聯 1

1.1.2 物聯網推動智能化生產 3

1.1.3 物聯網開啟智能生產和智慧生活時代 4

1.2 物聯網邊緣無線環境及其主要特徵 6

1.3 物聯網邊緣無線環境無線傳輸研究現狀分析 9

1.3.1 物聯網邊緣無線環境無線傳輸特性 9

1.3.2 物聯網邊緣無線環境無線傳輸國內外研究現狀 12

1.4 物聯網邊緣無線環境無線傳輸關鍵技術 20

1.4.1 天線技術 20

1.4.2 衰落通道建模 21

1.4.3 體域網通道建模 21

1.4.4 多天線衰落通道建模 21

1.4.5 無線衰落通道模擬與測量儀器 22

1.4.6 電磁兼容與抗乾擾技術 23

參考文獻 23

第2章 物聯網天線理論與技術 27

2.1 物聯網天線的分類 27

2.1.1 射頻識別天線 29

2.1.2 可穿戴/可植入天線 31

2.1.3 多物理量傳感天線 33

2.1.4 能量收集天線 35

2.1.5 片上封裝天線 36

2.1.6 本節小結 39

2.2 面向物聯網應用的多模諧振子理論及模式綜合設計方法 39

2.3 高增益物聯網天線的多模諧振設計方法 42

2.4 寬波束物聯網天線的多模諧振設計方法 44

2.5 多通道物聯網無線通道測量天線的多模諧振設計方法 46

2.6 圓極化物聯網天線的多模諧振設計方法 48

2.7 物聯網小基站天線的多模諧振設計方法 50

2.8 小型物聯網終端天線的多模諧振設計方法 54

2.9 車載物聯網天線的多模諧振設計方法 59

2.10 本章小結 63

參考文獻 66

第3章 物聯網無線傳播環境衰落通道模型 77

3.1 智慧辦公場景路徑損耗模型 77

3.1.1 智慧辦公場景無線通信路徑損耗建模的特點 77

3.1.2 人員密度相關的室內路徑損耗模型 78

3.1.3 室內路徑損耗特性測試方法 82

3.2 智慧辦公場景功率時延譜特性 84

3.2.1 智慧辦公場景功率時延譜建模特點 84

3.2.2 基於離散抽頭延遲線的功率時延譜模型 84

3.2.3 模型參數提取和模型驗證 89

3.2.4 功率延遲特性測試方法 94

3.3 室內樓梯環境路徑損耗模型 96

3.3.1 室內樓梯環境路徑損耗建模的特點 96

3.3.2 接收天線高度相關的路徑損耗模型 97

3.3.3 模型參數提取 101

3.3.4 模型分析與驗證 101

3.3.5 室內樓梯環境路徑損耗特性測試方法 104

3.4 室內樓梯環境均方根時延擴展衰落模型 105

3.4.1 室內樓梯環境均方根時延擴展建模的特點 105

3.4.2 相關性分析及RMS時延擴展與路徑損耗經驗關系 106

3.4.3 接收天線高度相關的RMS時延擴展模型 111

3.4.4 模擬算法與模型驗證 114

3.5 本章小結 116

參考文獻 116

第4章 物聯網室內無線體域網傳播環境通道模型 119

4.1 物聯網室內無線體域網傳播環境中自回歸通道沖激響應模型 119

4.1.1 物聯網室內無線體域網傳播環境通道建模的特點 119

4.1.2 體域無線通道測量場景與測量方案 120

4.1.3 體域無線通道的自回歸模型 123

4.1.4 模擬通道生成算法與模型驗證 132

4.2 物聯網室內無線體域網傳播環境遮擋 身高雙因子路徑損耗模型 135

4.2.1 復雜體域環境通道建模特點 135

4.2.2 測量設置和方案 135

4.2.3 雙因子路徑損耗模型建立和驗證 138

4.3 物聯網室內無線體域網傳播環境分集通道模型 144

4.3.1 體域分集通道建模特點 144

4.3.2 測量方案 145

4.3.3 分集通道模型建立 147

4.4 本章小結 152

參考文獻 153

第5章 物聯網智慧辦公場景MIMO通道模型 156

5.1 智慧辦公場景MIMO通道模型 156

5.1.1 物聯網邊緣無線環境MIMO通道建模的特點 156

5.1.2 MIMO通道矩陣模型 157

5.1.3 模型參數提取 158

5.1.4 模型參數含義 159

5.1.5 MIMO通道矩陣模型的實測驗證 160

5.2 不同天線數的大規模MIMO通道傳播特性分析 163

5.2.1 物聯網邊緣無線環境大規模MIMO通道建模的特點 163

5.2.2 大規模MIMO通道測試平臺 163

5.2.3 模型參數提取 165

5.2.4 通道容量性能分析和模型驗證 168

5.3 包含用戶手持效應因子的智慧辦公場景MIMO通道模型 171

5.3.1 智慧辦公場景MIMO通道建模的特點 171

5.3.2 手持效應因子 172

5.3.3 模型參數提取 173

5.3.4 模型生成算法 176

5.3.5 模型驗證 177

5.4 本章小結 180

參考文獻 180

第6章 物聯網室內環境無線衰落通道模擬與測量系統 182

6.1 物聯網無線衰落通道模擬器架構 182

6.2 短距離物聯網邊緣無線環境無線衰落通道模擬器 185

6.3 智慧醫療環境離體分集通道模擬系統 192

6.3.1 GUI設計及運行機理 192

6.3.2 數值模擬結果統計 194

6.4 智慧辦公場景多天線通道測量和模擬一體化系統 194

6.5 物聯網邊緣無線環境無線多通道同步通道測量儀器 196

6.5.1 多通道同步通道測量儀器組成原理 197

6.5.2 測試與應用 199

6.6 本章小結 204

參考文獻 204

第7章 物聯網邊緣無線環境電磁兼容技術與方法 206

7.1 物聯網邊緣無線環境電磁兼容原理與方法 206

7.1.1 無線電頻譜資源 206

7.1.2 電磁兼容的基本概念 209

7.1.3 電磁兼容基本原理與方法 211

7.1.4 頻譜資源兼容性規劃與設計 213

7.2 物聯網邊緣無線環境乾擾分析 215

7.2.1 物聯網邊緣無線環境乾擾信號的理論模型 215

7.2.2 物聯網邊緣無線環境乾擾性能分析 219

7.2.3 本節小結 222

7.3 硬件實現的頻域抗乾擾方法——陷波寬帶天線 222

7.3.1 “內嵌集成”法——將窄帶反諧振結構集成於輻射單元內部 223

7.3.2 “饋線/枝節嵌入”法——將窄帶反諧振結構內嵌於饋線或

調諧枝節上 224

7.3.3 “分形結構”法——採用分形結構的輻射單元或饋電結構 225

7.3.4 “電調捷變”法——增加可調元件改變陷波頻率 226

7.3.5 本節小結 227

7.4 硬件實現的空域抗乾擾方法—— 零向頻掃天線 228

7.4.1 扇形零向頻掃天線的模式綜合設計 228

7.4.2 零向頻掃天線的優化設計 236

7.4.3 零向頻掃天線的性能分析 239

7.4.4 本節小結 243

7.5 軟件實現的抗乾擾方法——乾擾協調 243

7.5.1 基於盲信源分離的接入策略分析 244

7.5.2 異構網絡中面向能效的基站協作策略 248

7.5.3 基於接收機設計的窄帶乾擾抑制方法 254

7.5.4 本節小結 259

7.6 基於乾擾模型的物聯網多終端頻譜兼容接入技術 259

7.6.1 面向機器類服務需求的無線頻譜兼容空口技術 260

7.6.2 稀疏碼分多址調制擴頻原理 261

7.6.3 稀疏碼分多址系統的乾擾模型 270

7.6.4 本節小結 279

7.7 本章小結 279

參考文獻 279