第3章
大規模天線無線信道模組化
| 3.7 小尺度信道模組化 |
3.7.3 ZSD/ZSA 随機分布參數的定義
垂直維角度擴充 ZSD/ZSA 定義為：
• 垂直發射角角度擴充（ZSD，ZOD Spread）：垂直發射角的角度擴充；
• 垂直到達角角度擴充（ZSA，ZOA Spread）：垂直到達角的角度擴充。
多徑分量的角度擴充參數是一個随機分布參數，服從指數正态分布，即 3D 信道模型中需要定義 ZSD/ZSA 兩個随機量的均值和方差。與其他多徑分量統 計參數的定義方式相同，垂直維角度擴充 ZSD/ZSA 随機分布參數的定義是由 信道實測資料統計得出的。
首先，由于 3D 信道中水準維角度擴充 ASD/ASA 的分布參數直接沿用了 2D 信道的定義，需要考慮垂直維角度擴充是否能借鑒水準維角度擴充的方法， 将 ZSD/ZSA 的均值和方差定義為常數。
其次，由于 3D 信道中使用者分布在不同 的高度上，還需要考慮角度擴充參數與 UE 高度以及距離的相關性。
• 對于 ZSD 的定義，由于樓層高度相對固定，也即每一個樓層與發射端的 垂直方向相對角度相對固定，是以 3D 信道中 ZSD 的分布參數（均值/方差）具 有高度相關性和距離相關性，此結論與實測資料趨勢吻合。
• 對于 ZSA 的定義，由于城區場景中存在較多建築物，多徑經過折射、散射 等傳輸過程後，到達角随機分布，與使用者分布高度無關。經實測資料驗證，3D 信 道中 ZSA 的分布參數（均值/方差）為固定值，與使用者高度和距離沒有相關性。
3D 信道模型中 ZSD/ZSA 随機分布的參數是綜合統計 WINNER+信道及各 公司實測資料後得到的。
3.7.4 ZOD/ZOA 的生成方法
ZOD 和 ZOA 分别表示 UE 和基站之間多徑的垂直維發射角和到達角。借 鑒 2D 信道 AOD/AOA 的生成方法，并結合實測資料可以得出 ZOD/ZOA 的生 成方式。
3D 信道模型垂直角度 ZOD/ZOA 的生成步驟為：
（1）步驟 1：确定垂直角度擴充 ZOD/ZOA 的統計特性
由于使用者在垂直方向與水準方向的分布不同，是以垂直角度擴充的統計特 性不能沿用 2D 信道中水準角度擴充的統計特性，需要通過分析實測資料得到。 根據Ray-tracing仿真結果，分析出ZOD和 ZOA的角度分布服從拉普拉斯分布。 以 ZOA 為例（ZOD 算法相同），與功率相關的垂直角度分布計算見式（3-29）。
其中，Pn 為多徑功率，σZSA為角度擴充的均方根，C 為與多徑數相關的比 例因子。垂直角度的比例因子 C 由實測資料分析得到，簇數（Clusters）等于 12、19、20 時，如表 3.10 所示；簇數不等于 12、19、20 時，垂直角度的 C 與 水準角度相同，等于 ITU 信道中水準角度比例因子 C 的取值。
若傳播路徑中存在 LOS 徑，則需用 CLOS代替 C 計算垂直角度擴充，C LOS 的定義見式（3-30）。
其中，K（dB）為 LOS 徑的 Ricean K 因子。
（2）步驟 2：随機化垂直角度擴充 ZOD/ZOA
通過觀察可知，ZOD 與 ZOA 的差別在于，ZOD 除了引入 LOS 徑垂直角度外， 還疊加了 offset,ZOD μ 。這是由于分析實測資料得到 ZOD 的角度随 UE 高度和距離的 變化而變化，是以在生成随機的 ZOD 時添加 offset,ZOD μ 并引入 UE 高度相關性及距 離相關性。
同樣的，若傳播路徑中存在 LOS 徑，需要使第一徑方向與 LOS 徑方向重合（ZOD 與 ZOA 算法相同），進行式（3-33）的計算。
（3）步驟 3：計算每條徑的每個子徑的 ZOD/ZOA
3D 信道模型中，每條徑包括多個子徑，需要為每個子徑計算 ZOD/ZOA 參 數。在每條徑的 ZOD/ZOA 角度上添加子徑參數過程為：在每條徑的垂直角度 上添加子徑偏移，生成每個子徑的垂直角度；由于垂直角度的定義為與 z 軸正 方向的夾角，夾角取值範圍為[0,180° ]，是以需要将每個子徑的垂直角度映射 到這個範圍内。
① 生成每個子徑垂直角度的過程如下，ZOD 與 ZOA 的生成子徑角度的過程不同，需要分開讨論：
a．第 n 條徑中第 m 條子徑的 ZOA 的生成如式（3-34）所示。
其中，cZOA為每條徑内子徑偏移的均方根，由實測資料統計得到， α m 為每 個子徑的偏移量， α m 沿用水準角度的相應定義。
b．第 n 條徑中第 m 條子徑的 ZOD 的生成如式（3-35）所示。
其中， μ ZSD為 ZSD 指數正态分布的均值， α m 與 ZOA 相同。
② 計算出每條子徑的 ZOD/ZOA 後，需要将每條子徑的 ZOD/ZOA 映射 到[0,180° ]範圍内，垂直角度映射過程如下，ZOD 與 ZOA 的映射過程相同：
a．首先，使用取模運算将 ZOD/ZOA 映射到[0，360°]。
b．其次，若 ZOD/ZOA 在[0，180° ]範圍内，不做運算，若 , ,ZOD/ZOA nm θ∈[180°，360° ]，使用（360° , ,ZOD/ZOA nm θ − ）将 ZOD/ZOA 映射到[0，180° ]範圍内。
綜上所述，通過以上 3 個步驟可以生成 3D 信道中每條徑中每個子徑的垂 直角度 ZOD/ZOA。每個子徑的垂直角度與 UE 位置和大尺度分布有關，會影響 到小尺度衰落和信道的生成。
| 3.8 信道模組化流程 |