摘 要

第五代移动通信技术（5th generation mobile networks或5th generation wireless systems、5th-Generation，简称5G或5G技术）是现如今最先进的蜂窝移动通信技术，是继4G之后的进一步延伸。5G移动通信具有高速率，大容量、低功耗和低时延等特点，可满足无线接入设备数目的急剧增长以及人们对于高速率、高质量通信的要求。本文通过对信道进行建模仿真来研究信道的特性，可以更好的了解和利用5G通信技术。

本文在第2章介绍了5G相关技术和显著特点，第3章对基础信道特性进行了研究，包括信道的衰落特性和相干特性，衰落包括大尺度衰落和小尺度衰落，相干特性包括时间相干、频率相干和空间相干。第4章对单输入单输出（Single-Input Single-Output，SISO）信道进行了仿真，包括室内2-径信道和室外Jakes信道。第5章为本文主要内容，通过3GPP TR38.901协议，对5G信道在不同场景下的路径损耗和可视概率信道模型进行了仿真研究，并且对符合5G标准的3D-MIMO信道的信道容量和相关性进行了研究，并且比较了在高斯分布和VMF分布下信道容量的大小。

关键词：5G，信道特性，路径损耗，3D-MIMO

Abstract

The fifth generation mobile networks is a new generation of cellular mobile communication technology, which is a further extension after 4G. 5G has the characteristics of high speed, large capacity, low power consumption and low delay, which can meet the rapid growth of the number of wireless access devices and people's requirements for high speed and high quality communication. This article examines the characteristics of the channel by modeling and simulating in order to understand and use the 5G communication technology more efficiently.

Chapter 2 studies 5G-related technologies and significant features. Chapter 3 studies basic channel characteristics, including channel fading characteristics and coherent characteristics. Fading includes large-scale fading and small-scale fading. Coherent characteristics include time coherent, Frequency coherence and spatial coherence. In Chapter 4, I simulated Single-Input Single-Output (SISO) channels, including 2-path channels and Jakes channels. Chapter 5 is the main content of this article. According to the 3GPP TR38.901 protocol, I conducted a simulation study on the path loss and LOS probability channel model of 5G channels in different scenarios, and I studied the channel capacity and correlation of the 3D-MIMO channel in accordance with the 5G standard, and compared the channel capacity under the Gaussian and VMF distributions.

Key Words：5G, channel characteristics, path loss, 3D-MIMO

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 目的及意义 1

1.1.1 研究目的 1

1.1.2 研究意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究内容和各章节安排 2

第2章 5G相关技术 4

2.1 自组织网络 4

2.2 大规模天线阵列与波束赋形 4

2.3 毫米波技术 4

2.4 D2D通信 5

2.5 超密集异构网络 5

2.6 本章小结 6

第3章 信道特性研究 7

3.1 无线移动信道的衰落特性 7

3.1.1 信道衰落分类 7

3.1.2 大尺度衰落 7

3.1.3 小尺度衰落 8

3.2信道的相干性 10

3.2.1 信道时间相干性 10

3.2.2 信道频率相干性 11

3.2.3 信道空间相干性 11

3.3 本章小结 12

第4章 基础信道建模与仿真 13

4.1 信道建模类型 13

4.1.1 确定性建模 13

4.1.2 随机性建模 13

4.2 SISO信道模型 14

4.2.1 室内信道模型 14

4.2.2 室外信道模型 15

4.3 本章小结 16

第5章 5G信道建模与仿真 17

5.1 5G通信标准 17

5.2 信道建模仿真 18

5.2.1 路径损耗模型 18

5.2.2 可视概率 21

5.2.3 3D-MIMO信道仿真 24

5.3 多种分布仿真 26

5.3.1 高斯分布 26

5.3.2 VMF分布 27

5.3.3 两种分布对比 27

5.4 本章小结 27

第6章 总结 28

6.1研究内容及结果 28

6.2未来研究展望 28

参考文献 29

附录A 注释表 31

致谢 32

第1章 绪论

1.1 目的及意义

1.1.1 研究目的

截止到目前，5G已经开始商用，这是在第四代移动通信技术之后的进一步发展，5G作为最新一代蜂窝移动通信技术，它具有以下几个显著特点：第一，拥有极高的速率，第二，拥有超大的容量，第三，在通信过程中，时延和功耗都较低，在这些特点的支撑下，尽管现在智能设备数量呈爆炸式增长，会对网络的吞吐量有极高的要求，但是5G凭借其与4G比较跨时代的进步，依旧可以满足人们对于高速率、高质量通信的要求，所以自5G诞生以来，近几年获得飞速发展。5G通信的有许多关键技术，包括大规模天线阵列技术、毫米波技术等，要想更好地实现这些关键技术，对信道的特性研究是必不可少的，5G的一个显著特征就是拥有高频段带宽，根据香农定理可知，信道容量与带宽和信噪比有关，利用5G通信技术这一特点，可以提高信道容量和频谱使用效率，对信道特性的研究可以通过进行信道建模来实现，根据实验进行仿真分析。

1.1.2 研究意义