第3章
大規模天線無線信道模組化
| 3.6 大尺度信道模組化 |
3.6.3 路徑損耗計算模型
在無線通信系統中，發射端發出的無線信号會經過信道中不同物體的多徑反射，不同路徑的信号互相作用會引起多徑衰落，是以接收端接收到的信号會 有一定程度的損耗。這種無線信道信号的衰減用路徑損耗（PL，Path Loss）表 示，機關為 dB，取正值。路徑損耗的定義是，有效發射功率和平均接收功率之 間的內插補點，其中，發射機和接收機的天線增益為 0dBi。它影響接收信号的功率 及性能，是衡量無線信道大尺度衰落的重要名額。在信道模組化過程中，路徑損 耗與 UE 距離、天線高度、信道場景等參數有關。
本小節介紹 3D 信道的路損模型，是以 ITU 信道為基礎拓展得到的。由于需要考慮使用者在垂直次元的分布，3D信道的路損模型中增加了UE高度相關性， 并且修改了一些高度參數，包括 UE 高度範圍、樓層範圍以及環境高度參數。 這些修改是基于實測資料得到的。表 3.4 中定義了各種場景下路損的計算公式 及陰影衰落标準差（Shadow Fading Std）。由于直射徑與非直射徑傳播時産生 的空間損耗不同，是以在每種信道場景下，又分為基于 LOS 和 NLOS 兩種使用者 位置定義的路徑損耗，如表 3.4 所示。
對比表 3.4 與 ITU 信道中路損公式可知，3D 信道的路損公式沿用了大部分 2D 信道的定義，隻在涉及 UE 高度時添加了相應的計算因子。3D 信道路損公 式沿用 2D 信道的參數及改進 2D 信道的參數總結如表 3.5 所示。
如前文所述，以上參數的修改是基于實測資料的。此外由表 3.5 可知，在 計算 UMa 場景 LOS 使用者的分界點距離 d'BP時，會用到環境高度 hE，根據分析， 在 UMa 場景下需要讨論兩類 LOS 使用者，即需要分别讨論兩類 LOS 使用者對應的 環境高度 hE 的取值。
① 類型 1 LOS 使用者為基站周圍建築中的使用者，基站與 UE 間沒有障礙物， 信号的空間多徑經過地面反射（Ground Bouncing），環境高度為地面的反射高 度，取 1m。這種使用者是 2D 信道中讨論的 LOS 使用者，1m的定義是沿用 ITU 信 道中的定義。
② 而類型 2 LOS 使用者為距離基站較遠的建築中的高層使用者，基站與 UE 間雖然有障礙物，但基站較高，障礙物對高層使用者起不到遮擋作用，這類使用者 信号的空間多徑是通過障礙物屋頂反射（Roof-top Bouncing），其環境高度為 反射屋頂到地面的距離，即基站與 UE 間障礙物建築的高度。由于 UMa 場景中 定義的建築物樓層數分布在[4，8]層範圍内、每層樓高為 3m，又考慮到障礙物 的高度不會高于 UE 高度，是以規定類型 2 LOS 使用者的環境高度取［12，15，…， (hUT–1.5)］範圍内的均勻分布。
3.6.4 穿透損耗計算模型
無線信号由架設于室外的基站傳輸至室内或者車輛内的終端時會經曆額 外的衰減，稱為穿透損耗。考慮了穿透損耗的室外到室内的路損模型可以表示為：
其中，PLb 是按照 3.6.3 節計算出來的基本室外傳播損耗，通過将 d3D替換 為 d3D-out+d3D-in計算得到。PLtw是無線信号穿過建築物的外牆壁所帶來的損耗， PLin無線信号在室内傳播所帶來的額外損耗，取決于接收端在建築物内的深度， σP 為穿透損耗的标準差。
PLtw可以表示為：
PLnpi 是非垂直入射外牆壁所帶來的額外損耗，Lmaterial_i=amaterial_i+bmaterial_if 是第 i 種材料所帶來的穿透損耗，pi 是第 i 種材料在牆體材料中所占的比例，N 是材料的種類數。表 3.6 給出了一些常見材料的穿透損耗。
表 3.7 給出了兩類 O2I（Outdoor-to-Indoor）穿透損耗的模型的 PLtw、PLin、 和 σP 取值。
對于 UMa 和 UMi 場景，d2D-in=min(a，b)，其中 a 和 b 是獨立生成的[0，25] 内均勻分布的随機數。對于 RMa 場景，d2D-in=min(a，b)，其中 a 和 b 是獨立生 成的[0，10]内均勻分布的随機數。高穿透損耗和低穿透損耗模型都可以應用于 UMa 和 UMi 場景，隻有低穿透損耗模型可以應用于 RMa 場景。
如果頻點在 6GHz 以下，UMa 和 UMi 的穿透損耗則用表 3.8 計算。
對于室外使用者，考慮車體穿透損耗後的路損模型為：
其中，PLb 是按照 3.6.3 節計算出來的基本室外傳播損耗，μ=9，σP=5。仿 真中，須為每個室外使用者獨立地生成車體穿透損耗。
| 3.7 小尺度信道模組化 |