ITU-R IMT-A 信道模型

中国通信标准化协会ChinaCommunicationsStandardsAssociation22.引言2008年1月WP5D第一次会议后将征集第四代移动通信系统（IMT-Advanced）空中接口技术（RIT）的通函发出，这预示着新一轮移动通信标准竞争和融合的开端。而无线移动通信系统研发面临的主要挑战就是传播环境的复杂性和多样性,为了了解和掌握信道特性，就需要对信道的传播特性进行测量和建模。ITU-R为了评估IMT-Advanced候选方案能否满足其最小需求，从2007年2月WP8F21次会议开始征集IMT-Advanced的信道模型和评估方法。而为了评估一个宽带(20—100MHz)，提供高达1Gbps峰值速率目标的候选技术，就需要一个涵盖从450MHz—5.0GHz、宽带、多入多出（MIMO）等特征的新型信道模型。欧洲自上世纪八十年代以来，就利用他们开发的设备对各种传播环境下的传播进行广泛的测量和建模，例如在GSM时广泛使用的COST207模型和IMT-2000使用的M.1225模型。对信道测量和建模的基础研究和深入掌握也促使欧洲在移动通信系统的研发和标准化上都处于领先地位。欧洲为了保持其在移动通信系统研发和标准化上的优势，自2003年就启动了WINNER（WirelessWorldInitiativeNewRadio）项目，其中一子课题就是针对欧洲城市的宽带和MIMO的信道测量和建模，并将成果输出到标准化组织，影响和引领IMT-Advanced的研究和标准化。日本运营商软银也开展了宽带和MIMO信道的测量和研究，提出了考虑城市结构的信道模型。除此外，韩国的电子通信研究所、美国的斯坦福大学等科研院所和公司也开展了相应的信道特性研究。我国在2G、3G系统研发中采用的大都是欧洲的模型，由于地理环境和人口分布等的差异，国外的测量模型不尽适用于我国的应用。例如为了解决我国人口密度大，建筑物普遍高和密，植被偏少等环境特点；人群密集的商场、会议场所容易形成业务量需求高的热点环境等。因此，开展我国特色的地理环境下不同频点、宽带、多天线系统的信道测量和建模工作，并将成果输入到国际标准化组织，对IMT-Advanced的良好开端就尤为迫切和重要。3.IMT-Advanced系统评估场景与网络布局系统评估场景对IMT-AdvancedRIT的性能评估将在下面四种测试环境（testenvironment）下进行：Basecoverageurban，Microcellular，Indoor和High-speed。在WINNER早期的建议中，每个测试环境下又细分为若干个场景（scenario），共计9个场景。鉴于多天线系统仿真的复杂度，对所有9个场景进行评估是一项繁琐耗时的工作。在WP5D第一次会议上我们提交了[2]，[3]两篇提案建议了IMT-Advanced评估场景的选择和原则。此次会议决定了今后IMT-Advanced候选技术必须评估的测试场景，在会议中每个测试环境的选择和课题组代表中国提出的建议完全吻合。IMT-Advanced评估场景的演化如表1所示，其中“●”表示必选场景，“○”表示可选场景。ClicktobuyNOW!PDF-XChangeViewer!PDF-XChangeViewer的四种测试环境，[12]分别规定了两种网络布局，如图1所示。四种测试环境中除IndoorHot-spot使用如图1(b)所示的网络布局外，其他三种测试环境均采用如图1(a)所示的19小区六边形网格布局。其中室内热点的评估布局图，通过和与会代表的讨论，最终选择了源自我们在WP5D第二次会上提交的提案[8]如图1(b)所示的室内热点网络布局，而没有选择日本代表所提出的室内热点布局图。表1IMT-Advanced系统评估场景的演进TestEnv.IndoorMicrocellularBasecoverageurbanHigh-speedScenarioSmallofficeHot-spotO-to-IUrbanmicroBadurbanmicroUrbanmacroBadurbanmacroSuburbanmacroRuralmacroMovingnetwork8F#21[13]●●●●●●●●●8F#22[14]●●●●●●●●●●5D#01[15]●●●●●●●●●5D#02[12]●●●○●(a)Basecoverageurban，Microcellular和High-speed测试环境的网络布局(b)IndoorHot-spot测试环境的网络布局图1IMT-Advanced系统评估网络布局ClicktobuyNOW!PDF-XChangeViewer!PDF-XChangeViewer(pedestrianusers)and50%ofusersindoorsRandomlyanduniformlydistributedoverareaRandomlyanduniformlydistributedoverarea.100%ofusersoutdoorsinhighspeedvehiclesRandomlyanduniformlydistributedoverarea.50%usersvehiclesand50%ofusersindoorsUsermobilitymodelFixedandidenticalspeed|v|ofallUTs,randomlyanduniformlydistributeddirectionFixedandidenticalspeed|v|ofallUTs,randomlyanduniformlydistributeddirectionFixedandidenticalspeed|v|ofallUTs,randomlyanduniformlydistributeddirectionFixedandidenticalspeed|v|ofallUTs,randomlyanduniformlydistributeddirectionFixedandidenticalspeed|v|ofallUTs,randomlyanduniformlydistributeddirectionUTspeedsofinterest30km/h3km/h3km/h120km/h.IndoorUTs:3km/h,outdoorUTs:90km/hInter-siteinterferencemodellingexplicitlymodelledexplicitlymodelledexplicitlymodelledexplicitlymodelledexplicitlymodelledBSnoisefigure5dB5dB5dB5dB5dBUTnoisefigure7dB7dB7dB7dB7dBThermalnoiselevel-174dBm/Hz-174dBm/Hz-174dBm/Hz-174dBm/Hz-174dBm/HzMaximalIoTusedforevaluation10dB10dB10dB10dB10dBClicktobuyNOW!PDF-XChangeViewer!PDF-XChangeViewer系统级性能评估的主信道模型（Primarymodel）建模方法源自IST-WINNER项目的WINNER信道模型，如图2所示。每个场景由一系列参数描述，包括：路径损耗模型，角度功率谱和功率时延谱的形状，CDL抽头数，互极化隔离度（XPR），时延扩展（DS）、离开角角度扩展（ASD）、到达角角度扩展（ASA）、阴影衰落（SF）和莱斯K-因子（仅适用于LOS传播条件）。其中DS，ASD，ASA，SF，K五个参数建模成五维log-normal联合随机向量，成为大尺度参数（Largescaleparameters,LSP），分别由各自的均值、方差和互相关系数确定。整个场景由若干个LSP的实现共同构成，每一个LSP的实现成为一个drop。在一个drop内根据链路级CDL模型产生小尺度衰落。IMT-Advanced信道系数的产生流程如图3所示。各评估场景的模型参数列于表3、表4和表5。RuralmacroSuburbanmacroUrbanmacroMicro-cellIndoorhotspotExtensionModuleParametertableDS,AS,etc.ParametertableDS,AS,etc.ParametertableDS,AS,etc.ParametertableDS,AS,etc.ParametertableDS,AS,etc.IMT-AdvancedChannelModelPrimaryModuleLSparametersSSparametersMIMOChIRgeneration图2IMT-Advanced信道模型图3IMT-Advanced信道系数产生流程ClicktobuyNOW!PDF-XChangeViewer!PDF-XChangeViewer[dB]Shadowfadingstd[dB]Applicabilityrange,antennaheightdefaultvaluesLOSPL=16.9log10(d[m])+46.8+20log10(fc[GHz]/5.0)（来自文稿：Document5D/62-E）σ=33md100mhBS=3-6mhUT=1-2.5mNLOSPL=43.3log10(d[m])+25.5+20log10(fc[GHz]/5.0)（来自文稿：Document8F/1252-E）σ=410md150mhBS=3-6mhUT=1-2.5mIndoorHotspot(InH