1 引言
2019 年 6 月 6 日,工业和信息化部正式为中国移动、中国联通、中国电信
和中国广电 4 家企业发放 5G 移动通信牌照,意味着中国在移动通信领域正式
从长期演进(long term evolution,LTE)进入 5G 时代。传输速率的大幅提升
和端到端时延的明显降低为移动互联网、车联网、工业互联网等业务的发展提
供了有力支撑,目前已经有超过 300 个运营商在 100 多个国家和地区部署商用
5G 网络或正在进行 5G 试验。
为提升频谱效率和系统容量,从已经成熟的 4G LTE 到现今的 5G NR,诸
多新技术被广泛应用:Sub 6G、毫米波和大规模天线都是其中的典型代表
[1]
。
新技术的应用也带来了信道建模方案的变更以及终端性能测试方法的革新。传
统的测试方案采用线缆直连信道模拟器的方式,仅可评估终端基带的性能,且
不适用于大规模天线阵列的测试
[2]
。为解决该问题,5G 的通用方案是采用多探
头吸波暗室(multi-probe anechoic chamber, MPAC),利用 OTA 暗室建立
一个无反射的自由空间,使用多角度的探头天线模拟出目标信道环境,从而将
目标信道搬移到实验室,以评估终端的整体性能。
为精准实现 MIMO OTA 测试系统构建,将信道模型在实验室中进行真实的
复现,信道建模的理论与技术显得至关重要。随着大规模 MIMO 的应用,信道
模 型 的 构 建 也 日 趋 复 杂 完 善 。 第 三 代 合 作 伙 伴 计 划 ( 3rd Generation
Partnership Project, 3GPP)在 TR38.901 中提出了适用于 0.5~100 GHz 的
信 道 模 型
[3]
, 信 道 由 传 统 增 强 随 机 信 道 模 型 ( stochastic channel model
enhanced,SCME)的二维模型升级为三维,且对传播簇的数量和应用场景进
行了进一步的划分。
2 信道建模
信道模型按照建模方式可以分为两大类:基于相关性矩阵的信道模型以及
基于几何的随机信道模型(stochastic channel model,SCM)
[4]
,前者通过预
先设定的相关性矩阵,乘以多径衰落生成;后者依托发送端和接收端的几何地
理关系,确定不同传播路径发送和接收端的角度、功率、相位等信息。相关矩
阵信道模型的最大优势是模型不确定性小,测试结果稳定,但是由于其无法确
定传播方向,因此不能用于波束成形技术的验证。从 LTE 中后期至 5G 阶段,
性能测试均倾向采用 SCM 模型。
2.1 LTE SCME
LTE 阶段,广泛采用的信道模型是增强的 SCM(SCME)
[5]
,适用于中心
频率为 6 GHz 以下、带宽为 100 MHz 的系统,可模拟 3 种不同的外场环境:市
区宏小区(urban macro,UMa)、郊区宏小区(rural macro,RMa)以及市
区微小区(urban micro,UMi)。SCME 中独立的传播链路(簇)共 6 条,簇
被进一步细分为具有不同时延与子径数的中径,使得大带宽系统的信道模型能
够体现出频率选择性衰落。各个子径除了具有各自特定的离开角、到达角等角
度信息和时延信息之外,簇内的子径功率还呈现一定的功率分布(如拉普拉斯
分布),该分布的标准差即簇的角度扩展。SCME 信道模型生成流程如图 1 所
示。
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