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 |
| 3.8 信道模組化流程 |
無線信道模型包括大尺度信道參數和小尺度信道參數，3D 信道模型的大尺 度信道已在 3.6 節介紹，3.7 節主要介紹了小尺度信道（快衰落信道）的垂直角 度參數模型。本節将詳細介紹衰落信道的整體模組化流程，内容上與 3D 信道模 型 3GPP TR36.873 7.3 節和 3GPP TR38.901 的 7.5 節[41]對應。兩者在内容上大體相同，前者的目标為6GHz以下的信道模組化（記為模型1），後者為0.5～100GHz 的信道模組化（記為模型 2）。對于 6GHz 以下的信道模組化，兩者均可以使用， 在下文的描述中，兩者不同的地方均會列出。
3D 信道模型中信道參數的生成過程如圖 3.21 所示。圖中為下行信道參數 的生成過程，若要模組化上行信道，需要将角度參數中發射角和到達角的參數 互換。
（1）以下步驟生成仿真參數 步驟 1：配置仿真環境、網絡拓撲、天線陣列參數等。仿真時需要首先配 置仿真場景等參數，需要配置的參數包括：
① 配置信道環境參數，可設定為 UMa、UMi、Indoor Office 或者 RMa； 配置全局坐标系并定義相應角度 θ ， φ 和球坐标向量 ˆ θ ， ˆ φ ；
② 配置基站數、UE 數；
③ 配置每個基站、每個 UE 的 3D 坐标，以及計算每對基站-UE 的 LOS 徑 角度［LOS AOD( φ LOS,AOD)，LOS ZOD( θ LOS,ZOD)，LOS AOA( φ LOS,AOA)，LOS ZOA ( θ LOS,ZOA)］；
④ 配置基站、UE 的天線模式，及天線場分量 Frx，Ftx；
⑥ 配置 UE 的移動速度及移動方向，在全局坐标系中定義；
⑦ 配置系統的中心頻率 fc。
（2）以下步驟生成大尺度參數
步驟 2：設定傳播環境（LOS/NLOS）。根據場景和 LOS 機率，為每個 UE 與基站間的鍊路配置 LOS/NLOS 屬性，若配置為 LOS，說明多徑中包含 LOS 徑。
按照表 3.3 計算 LOS 機率。在仿真中，可按下述方法确定 LOS/NLOS：
① 按表 3.3 計算 PLOS；
② 在[0,1]區間随機産生一個數 P；
③ 若 P < PLOS，則基站與 UE 之間存在 LOS 徑，相反，若 P≥PLOS，則不 存在 LOS 徑。
步驟 3：計算路徑損耗
按照表 3.4 計算路損。每條信号鍊路（每組空間多徑）計算一次路損。
步驟 4：産生具有相關性的多徑分量統計參數，包括多徑擴充、角度擴充、 K 因子、陰影衰落因子等。每組多徑計算出一組随機的多徑分量統計參數 σ DS、 σ ASD、 σ ASA、 σ K、 σ SF、 σ ZSD、 σ ZSA，生成方法如下。
① 根據互相關參數計算互相關矩陣：
互相關矩陣的說明見 3.7.2 節。互相關參數見表 3.6 中 Cross-Correlations 一 欄。設 7 個參數組成向量[DS，ASD，ASA，K，SF，ZSD，ZSA]，則互相關矩 陣 A 表示為。
③ 生成每個基站的互相關參數： 假設随機量 σ 'DS、 σ 'ASD、 σ 'ASA、 σ 'K、 σ 'SF、 σ 'ZSD、 σ 'ZSA服從高斯分布，并
與 σ DS、 σ ASD、 σ ASA、 σ K、 σ SF、 σ ZSD、 σ ZSA有關，通過式（3-37）計算多徑分量 統計參數對應的随機量。
其中，
• wn1，…，wn7 為均值為 0、方差為 1 的獨立高斯變量；
• 矩陣元素 cij為矩陣 C 中的元素。
④ 生成随機的多徑分量統計參數 σ DS、 σ ASD、 σ ASA、 σ K、 σ SF、 σ ZSD、 σ ZSA 附表1 至附表 3 中給出了多徑分量統計參數 DS，ASD，ASA，K，SF，ZSD， ZSA 的均值和方差，按照表中數值使用式（3-38）至式（3-44）計算每組多徑 對應的随機多徑分量統計參數：
（3）以下步驟生成小尺度參數
步驟 5：生成多徑時延
計算每組多徑的随機時延 τ n，一組多徑也稱為一個簇，下文中使用簇表示 多徑。
① 按式（3-45）計算每個簇的随機時延：
• σ τ 為步驟 4 輸出的 σ DS；
• r τ 為附表 1 至附表 3 中常數時延縮放參數；
• Xn 為在（0，1）内均勻分布的随機數。
② 歸一化各簇的随機時延： 各簇時延減去 UE 所有簇時延的小值，再按升序排列，得到終各簇的随機時延。
③ 若包含 LOS 徑，需要對式（3-46）計算出的各簇時延乘一個系數來補 償 LOS 峰值疊加（LOS Peak Addition）對時延分布的影響。系數 D 按式（3-47） 計算：
• K 因子（Ricean K-factor），取 dB 值，且 K= σ K 由步驟 4 生成。 包含 LOS 徑時各簇時延的計算公式為：
注：生成的 LOS n τ
不用于步驟 6 中各簇功率的計算。
步驟 6：生成每個簇的功率 P。
① 計算每個簇的功率：
其中，
• Zn ~ N(0， ξ )中 ξ 取自附表 1、附表 2 或者附表 3，取 dB 值；
② 功率歸一化，使所有簇的功率和為 1：
③ 若包含 LOS 徑，使用 LOS 徑的 K 因子對功率做如下處理，在第一子徑 上添加 LOS 功率，并将其他 NLOS 徑的功率按式（3-51）處理：
• KR 為步驟 4 生成的 σ K，取線性值；
④ 計算簇中每個子徑的功率，計算公式為：Pn/M，M 為每個簇包含的子 徑個數；
⑤ 移除−25dB 的簇：移除與功率大的簇相比功率小 25dB 的簇。
水準角度的生成過程以 AOA 為例，AOD 生成過程相同。
• Pn 由步驟 6 得出； σ ASA由步驟 4 得出；
• 常數 C 是一個由簇數決定的權值，取自表 3.11。
② 若包含 LOS 徑，對權值 C 做如下處理：
• K 為 Ricean K-factor，取 dB 值，且 K= σ K 由步驟 4 生成。
③ 随機化每個簇的 AOA，見式（3-54）：
• 随機變量 Xn取自{1，–1}；随機變量 ( ) 22 ASA ~ 0, 7n YN σ ； LOS,AOA ϕ由步驟 1得出。
④ 若包含 LOS 徑，将第一簇的角度與 LOS 角度重合，每個簇的 AOA 由 式（3-55）生成：
⑤ 定義各簇中每個子徑的 AOA：在每個簇的 AOA 上随機添加各子徑的 偏移量，生成每個子徑的到達角，見式（3-56）：
• cAOA是角度擴散常數，在附表 1 至附表 3 中定義；
• α m 是歸一化的簇内子徑偏移值，由表 3.12 定義：
垂直角度的生成過程以 ZOA 為例，ZOD 的生成過程相同。
① 生成每個簇的 ZOA，垂直維角度服從 Laplacian 分布，按式（3-57）生成：
• Pn 由步驟 6 得出； σ ZSA由步驟 4 得出；
• 常數 C 是一個由簇數決定的權值，取自表 3.13 或者表 3.14 。
③ 随機化每個簇的 ZOA，見式（3-59）：
垂直角度 ZOD 的生成過程與 ZOA 基本相同，其中以下兩個公式需要更改：
① 更改一：在随機化每個簇的 ZOD 時，将式（3-59）替換為式（3-62）：
步驟 8：随機組合水準角度和垂直角度。
在同一簇内（或功率強的兩個簇的同一子簇内），随機組合步驟 7 生成 的角度：
① 将生成的水準角度 AOD 與 AOA 随機組合，并将生成的垂直角度 ZOD 與 ZOA 随機組合；
② 将水準發射角 AOD 與垂直發射角 ZOD 随機組合。
步驟 9：生成交叉極化增益。
為每個簇 n 的每個子徑 m 生成交叉極化增益（XPR） ,nm κ ，XPR 服從對數 正态分布：
對于功率強的兩個簇 n=1、2（強二徑），每個簇分為 3 個中徑，每個簇 包含的 20 個子徑配置設定到 3 個中徑中， 3 個中徑對應的時延偏移以及配置設定規則見 附表 4 或者附表 5。對于強二徑中包含的 3 個中徑，每個中徑分别按式（3-65） 生成對應的時域信道參數。
若包含 LOS 徑，需要添加 LOS 徑的時域信道，令
按照 計算式（3-65）得到的第 n 個簇的時域信道，則 LOS 徑下時域信道參數按式 （3-68）生成，其中 KR 為線性值。
其中，下标為 LOS 的參數為 LOS 徑參數，實體含義與其對應的多徑參數 含義相同，生成過程也與多徑參數的生成過程相同，在此不再贅述。
步驟 12：對每個簇的時域信道添加路損、穿透損耗以及陰影衰落。
| 3.9 小 結 |