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第五代移动通信技术(5G)是新一代移动通信技术发展的主要方向,部署一张切实可行的5G无线网络,频谱的选择和可利用性至关重要。3GPP(38.101)协议在5G中主要指定了两个频段范围,即FR1频段和FR2频段。与Sub-3GHz频段相比,FR1频段中n77频段至n79频段下室外基站信号在覆盖室内场景时存在更大的链路损耗问题,导致室内深度覆盖不足;FR2频段适用于室内短距离通信,但易受室内环境因素制约从而影响其覆盖效果。本文基于射线追踪法对O2I(室外到室内)场景和室内场景下的5G无线网络规划与优化进行了仿真研究。根据3GPP的协议内容,本文选取5G中的n79频段和28GHz频段用于以下研究。具体工作内容如下:(1)在典型小区环境下,本文基于射线追踪法对室外信号覆盖室内场景进行仿真建模与数据分析,研究了该环境中n79频段下不同站点位置的室外微基站信号到多个目标建筑物不同楼层室内的路径损耗和时延扩展,分析周围建筑物分布、楼层高度以及植被因素对信号传播造成的影响,并结合基站选址的一般流程得到较优的站点位置。仿真结果为5G微基站在UMi(城市微蜂窝)的室外覆盖室内场景下的选址提供了参考建议。(2)在小区环境基础上,通过分析不同目标建筑物室内的RSRP(参考信号接收功率)、SINR(信号与干扰加噪声比)以及信道容量,得出B41频段下LTE无线网络和n79频段下5G无线网络两者各有优劣。在接收端体积受限的条件下,结合MIMO多天线技术和增设小基站的宏分集方式,研究不同目标建筑物室内的RSRP和SINR以及对比在相同传输带宽下的信道容量,仿真结果对优化5G无线网络的室内覆盖有一定的指导意义。(3)在室内多层楼梯道场景下,对比分析不同站点位置的28GHz毫米波小基站信号到室内不同楼层楼梯道的路径损耗和时延扩展,得出路径损耗差距明显,而时延扩展差距较小;收发端选取4T4R的工作方式,改变收发端天线的极化特性,研究不同站点位置下收发两端在同极化模式和交叉极化模式下的无线网络质量评估指标以及信道容量,结果表明同一站点位置的同极化模式传输的RSRP和SINR优于交叉极化模式传输,对比分析不同站点位置下的RSRP和SINR,结果表明28GHz毫米波的室内覆盖受室内环境和站点位置的影响更为明显,小基站的位置选择极大程度影响了室内无线网络覆盖效果;信道容量通过和已有文献结论对比,验证其仿真正确性。由于室内环境的限制,收发端都将需要考虑体积受限的客观条件,结合MIMO分集技术中的极化分集,研究收发端为双极化天线阵列与单极化天线阵列时的RSRP和SINR,并给出相应的设置建议,仿真结果对优化毫米波频段无线网络的室内覆盖有一定的实际意义。(4)在典型小区环境和室内多层楼梯道环境基础上,考虑接收端分别在建筑物三、四之间的连廊内移动和沿楼梯移动,研究了两种不同移速下的多普勒频移统计分布,仿真结果表明,在不同移速下同一站点位置的多普勒频移统计分布具有一致性,接收端移动速度和信号波长决定多普勒频移大小。在沿楼梯移动场景下,研究了不同站点位置下的多普勒频移统计分布以及数学期望,对比了收发端使用线极化全向天线或圆极化全向天线时的多普勒频移期望,并给出相应的设置建议;分别研究在SISO系统、单极化MIMO系统和双极化MIMO系统下终端移动和终端静止时的接收功率,通过计算RMSD(方均根偏移)得出接收端移速越大对接收功率影响程度越大,MIMO系统对比SISO系统能够抑制接收端移速对接收功率的影响程度,双极化MIMO系统的抑制效果要优于单极化MIMO系统,仿真结果为移动场景下的无线网络优化提供参考。