4. Описание пространственной модели канала mimo

Для получения статистических данных используется модель пространственного канала, описанная в спецификации [2]. Согласно этому документу пространственная модель канала MIMO представляет собой беспроводной канал распространения с применением концепции разнесения (пространственного или поляризационного), предполагая наличие АФАР как в приемнике (МС), так и в передатчике (БС).

5. Предположения и допущения

При моделировании делаются следующие предположения и допущения:

• Моделирование траектории луча. Это приложение использует лучевой метод, где прием в данной точке представлен суммой всех лучей (путей) прошедших через окружающую среду, принятых антенной в отдельный момент времени. Каждый луч описан его мощностью и задержкой и может быть разложен на большое количество подлучей (подпутей). Предполагается, что они являются плоскими электромагнитными волнами, которые имеют общую частоту (несущую частоту передаваемого сигнала), каждый прибывает со случайной фазой. Подлучи, которые принадлежат одному и тому же лучу имеют одинаковые мощности и задержки.

• Ограничение по двумерному пространству. Этот симулятор допускает, что все волны распространяются параллельно x-y плоскости, т.е. здесь не учитывается вертикальное распространение сигнала. Такое допущение сделано потому, что компоненты сигнала вдоль оси Z не существенны. С другой стороны, это предположение не имеет место, когда рассматриваются сценарии распространения радиоволн в помещении, где уже требуется 3-D модель.

• Взаимность исходящего и входящего соединений. Так как нет никакого признака различного поведения канала во время приема и передачи, значения углов излучения и углов прихода лучей (AoD и AoA соответственно) идентичны между обоими направлениями распространения. Однако это не применимо к случайным фазам подпутей во время приема и передачи, которые являются некоррелированным. Другими словами предполагается, что канал представляет собой двунаправленную систему, где БС и МС могут и быть и приемником, и передатчиком, несмотря на то, что БС рассматривается здесь как передатчик.

• Связь по типу один передатчик один приемник. Симулятор моделирует канал связи между одним передатчиком, который находится в центре шестиугольной ячейки и одного приемника, перемещающегося в пределах той же самой ячейки. Случаи дополнительных базовых и мобильных станций не рассматриваются, то есть эффекты затенения от других антенн не исследуются.

• Линейные антенные решетки (пространственное разнесение). Понятие пространственного разнесения реализуется с использованием антенных решеток в БС и в МС. В рассматриваемой модели используются только линейные антенные решетки. Каждый элемент антенной решетки описан одинаковой диаграммой направленности, которая задается пользователем.

6. Среды распространения

На протяжении интервала радиосвязи БС ‑ МС существует большое количество явлений, которые имеют место и влияют на прием сигнала, такие как потери на трассе, теневое ослабление сигнала, быстрое замирание, доплеровский сдвиг частоты и т.д. По этой причине есть много параметров и переменных, которые должны быть рассмотрены во время моделирования, чтобы прийти к достоверным результатам для каждого из сценариев. Далее рассмотрим упрощенное описание окружающей среды. Более подробное описание приводится в [1].

Макроэлемент:

• Приблизительно расстояние от одной БС до другой равно 3 км,

• Антенна БС находится выше высоты крыши,

• Принятая модель потерь на трассе модифицирована COST231 Hata городская модель распространения [2],

• Угол распространения, задержка распространения и теневое ослабление рассматриваются коррелированными величинами, и являются логарифмически нормальными случайными значениями.

Микроэлемент:

• Расстояние от одной БС до другой меньше 1 км,

• Антенна БС находится выше высоты крыши,

• Модель COST231 Walfish-Ikegami (при отсутствии линии прямой видимости) принята в качестве модели потерь на трассе [3],

• Угол распространения, задержка распространения и теневое ослабление не рассматриваются как коррелированные величины.

Характеристики среды макроэлемент предполагают, что антенна БС располагаются выше высоты крыш строений. Для городского сценария микроэлемент вводится предположение, что антенна БС находится на высоте крыши. Таблица 2.1 описывает параметры, используемые в каждой из сред.

Таблица 2.1 ‑ Параметры принятых моделей

Среды распространения	Загородная макро	Городская макро	Городская микро
Количество лучей N	6	6	6
Количество подлучей M	20	20	20
Значение угла AS базовой станции (логарифмически нормальное случайное распределение) , x~	E(σAS)=50 μAS = 0,69 εAS = 0,13	E(σAS)=80, 150 80 μAS=0,810 εAS=0,34 150 μAS=1,18 εAS=0,210	NLOS: E(σAS)=190 –
rAS = σAoD / σAS	1,2	1,3	–
Угол AS базовой станции (фиксированное значение)	20	50	50 (для NLOS и LOS)
Распределение угла AoD для каждого луча	η(0; σ2AoD ), где σAoD = rAS σAS	η(0;σ2AoD), где σAoD = rAS σAS	U(-400;+400)
Значение AS мобильного устройства	E(σAS,MS)=680	E(σAS,MS)=680	E(σAS,MS)=680
Значение AS приемника для отдельного луча	350	350	350
Распределение угла AoA отдельного луча	η(0; σ2AoA(Pr) )	η(0; σ2AoA(Pr) )	η(0; σ2AoA(Pr))
Задержка распространения как логарифмически нормальная случайная величина , x~	μDS = ‑6,80 εDS = 0,288	μDS = ‑6,18 εDS = 0,18	–
Значение суммарной среднеквадратической задержки распространения	E(σDS) = 0,170 мкс	E(σDS) = 0,650 мкс	E(σDS) = 0,251 мкс
rDS = σdelays / σDS	1,4	1,7	–
Распределение задержки луча			U(0;1,2 мкс)
Логарифмически нормальное затенение, σSF	8 дБ	8 дБ	NLOS: 10 дБ LOS: 4 дБ
Модель затухания на трассе (дБ)	31,5 + 35lg(d)	34,5 + 35lg(d)	NLOS: 34,53 + 38lg(d) LOS: 30,18 + 26lg(d)