B5G和6G无线信道特征

从4G以来，无线通信的发展就成为推进社会经济革新的重要力量。B5G和6G的研究已经蓬勃开展，并预计将在未来5-10年内成为取代5G的新一代通信系统。本书的及时出版，不仅能够填补B5G、6G领域对于物理层传播特性的系统性著作的空白，并且能够以其较高的学术价值成为信道研究领域的重要的不可替代的、承上启下的重要作品。该书面向广大的通信领域的科研人员、工程技术人员、研发人员、高校电子类、信息类教师、研究生和高年级本科生，具有相对宽广的阅读人群。本书不仅仅能够以著作方式阅读，也可以成为通信相关课程的教材，也可以作为知识扩展的参考书，进一步激发学习者对未来通信技术与系统应用的灵感和创新。

本书首先概述了相对成熟的5G移动通信理论中信道特征的研究成果，提出了B5G和6G时代移动通信系统对无线电波传播特征了解、信道模型、以及新特性的全新需求。而后，本书从极具挑战性的B5G和6G的场景出发，围绕超大规模天线阵列的应用背景、大量传感设备的工业物联网场景、复杂城市中的智能车联网场景、高速移动和超高速动态场景、以及无人机应用中不同于传统应用的特殊环境，展开宽带、多维度信道研究的具体描述。在研究方法创新方面，本书特别推出了多种具有引领特色的参数估计算法，如基于非平面波假设的球面波估计算法、利用多重假设的可选贝叶斯算法、以及结合了深度学习的智能多径跟踪算法。在新型传播现象呈现方面，本书针对信道硬化现象、方向域稀疏性现象、大阵列非稳态现象、以及阴影关联性现象进行了重点分析。通过上述内容的深入研究，得到了具有B5G和6G特色的新型统计信道模型，如经过双向拓展的几何散射体簇模型、融合了单/多次折返分布的几何多径模型、以及动态场景模型。此外，为了能有效利用这些模型产生出准确的随机信道样本，本书也特别包含了模型实现部分，通过结合传播图论和深度学习、以及神经网络，得到更加符合实际场景的信道重现。总体而言，本书对于B5G和6G传输方式的演进、分析方法的推荐、特征提取算法的推导、和模型优化与应用，均有较为扎实、全面的描述，体现了较高的学术价值和对实际系统研发的重要指导意义。

工学博士，同济大学电子与信息工程学院教授，博士生导师, 1995年毕业于华中科技大学光电子工程系，2002、2006年于丹麦奥尔堡大学分别获得数字通信硕士学位和无线通信工学博士学位。主要研究兴趣包括电波传播信道特征、高精度参数估计算法、雷达信号处理与无线环境感知, 发表论文120余篇，英文著作一部，授权PCT国际专利8项，中国专利5项，国际信道标准两项。主要科研成果有：（1）、多种信道参数高精度估计算法，包括SAGE（空间迭代广义期望*大化）算法，多层证据框架算法，功率谱提取算法，多径粒子滤波算法，和球面波提取算法，其中SAGE算法因其能够对每条传播路径的14个参数即时延、波离方向、波达方向、多普勒频移，以及极化矩阵进行估计，已成为建立SCM， SCME模型的标准算法；（2）、实测统计信道模型成为国际标准，即基于城市场景的Relay信道特征模型成为ITU信道模型标准，无人机空地信道模型成为3GPP标准模型；（3）、针对5G场景的信道特征研究，包括13-17GHz，28 GHz，60 GHz，71-73 GHz，70-77GHz室内外场景，动静态，全双工，空对地、卫星对地面，Massive MIMO，以及地物损耗、植被损耗场景；（4）、创新随机图论信道模拟理论，拥有自主知识产权的核心仿真技术，使图论成为可代替射线追踪的低复杂度、高准确度信道仿真工具。

目录引言写作本书的背景1第一章毫米波与THz信道特征81.1毫米波频段信道特征与建模81.2太赫兹频段信道特征与建模271.3本章小结：信道研究的趋势分析45第二章高精度信道参数估计532.1信号相位波前研究552.2先验信道和信号模型602.3模型参数估计算法732.4不同波面模型在实测中的性能822.5结合虚拟阵列的算法性能902.6本章小结96第三章通信感知一体背景下的信道特征提取993.1通感的场景1003.2通感需要建立的信道模型1033.3通感一体参数定义与估计1043.4案例：基于大阵列测量的通感一体信道模型1113.5本章小结115第四章无人系统工作场景下的信道分析1164.1固定翼无人机空地信道建模1164.2无人艇低空空海信道模型1394.3尾焰影响下的空地信道特性研究1534.4本章小结160第五章采用被动信道测量进行信道特征的采集1655.15G被动测量系统的搭建1665.25G下行信号提取1705.3静止场景5G下行信道测量1775.4高铁场景5G下行信道测量1865.5本章小结218第六章信道的高精度仿真——图论2206.1背景2206.2传播图论信道仿真概述2216.3图论方法的改进2276.4传播图论仿真方法的应用举例2446.5本章小结251第七章非地面通信信道特征2567.1非地表网络及其在B5G和6G背景下与NR的融合2567.2大气对地卫信号影响的综述2667.3本章小结274第八章实践案例：信道特征在天线阵列位置姿态检测的应用2798.1基于图论的信道室内场景特征预测与验证2808.2基于CycleGAN模型的信道特征迁移3098.3基于支持状态机的天线阵列位姿估计3178.4天线阵列位姿估计结果评估与讨论3308.5本章小结345第九章多种场景下的信道研究3519.1多链路信道的特征及其应用3519.2车载雷达信道模型构建356第十章展望：基于人工智能的信道研究37010.1问题与挑战37010.2已有的工作37110.3AI信道建模的初步尝试37410.4本章小结376引言写作本书的背景1第一章毫米波与THz信道特征81.1毫米波频段信道特征与建模81.2太赫兹频段信道特征与建模271.3小结：信道研究的趋势分析45第二章高精度信道参数估计532.1信号相位波前研究552.2先验信道和信号模型602.3模型参数估计算法732.4不同波面模型在实测中的性能822.5结合虚拟阵列的算法性能902.6小结96第三章通信感知一体背景下的信道特征提取993.1通感的场景1003.2通感需要建立的信道模型1033.3通感一体参数定义与估计1043.4案例：基于大阵列测量的通感一体信道模型1113.5小结115第四章无人系统工作场景下的信道分析1164.1固定翼无人机空地信道建模1164.2无人艇低空空海信道模型1394.3尾焰影响下的空地信道特性研究1534.4小结160第五章采用被动信道测量进行信道特征的采集1655.15G被动测量系统的搭建1665.25G下行信号提取1705.3静止场景5G下行信道测量1775.4高铁场景5G下行信道测量1865.5小结218第六章信道的高精度仿真图论2216.1背景2216.2图论信道仿真概述2226.3图论方法的改进2286.4传播图论仿真方法的应用举例2456.5本章小结252第七章非地面通信信道特征2587.1非地表网络及其在B5G和6G背景下与NR的融合2587.2大气对地卫信号影响的综述2687.3小结276第八章实践案例：信道特征在天线阵列位置姿态检测的应用2818.1基于图论的信道室内场景特征预测与验证2828.2基于CycleGAN模型的信道特征迁移3118.3基于支持状态机的天线阵列位姿估计3198.4天线阵列位姿估计结果评估与讨论3328.5本章小结347第九章多种场景下的信道研究3539.1多链路信道的特征及其应用3539.2车载雷达信道模型构建358第十章展望：基于人工智能的信道研究37210.1问题与挑战37210.2已有的工作37310.3AI信道建模的初步尝试37610.4小结378