Модели канала распространения

Продукт LTE Toolbox™ предоставляет набор моделей канала для тестирования и верификации радиопередач и приемов UE и eNodeB, как определено в [1] и [2]. Следующие модели канала доступны в продукте LTE Toolbox.

Многолучевые условия распространения с замираниями
Высокоскоростной train условий
Движущиеся условия распространения

Многолучевые условия распространения с замираниями

Многолучевая модель канала с замираниями задает следующие три профиля задержки.

Расширенная модель пешехода A (EPA)
Расширенная модель автомобиля A (EVA)
Расширенная типовая модель Urban (ETU)

Эти три профиля задержки представляют низкое среднее и высокое окружение расширения задержки, соответственно. Профили многолучевой задержки для этих каналов показаны в следующих таблицах.

Профиль задержки EPA

Задержка избыточного отвода (ns)	Относительная степень (дБ)
0	0.0
30	–1.0
70	–2.0
90	–3.0
110	–8.0
190	–17.2
410	–20.8

Профиль задержки EVA

Задержка избыточного отвода (ns)	Относительная степень (дБ)
0	0.0
30	–1.5
150	–1.4
310	–3.6
370	–0.6
710	–9.1
1090	–7.0
1730	–12.0
2510	–16.9

Профиль задержки ETU

Задержка избыточного отвода (ns)	Относительная степень (дБ)
0	–1.0
50	–1.0
120	–1.0
200	0.0
230	0.0
500	0.0
1600	–3.0
2300	–5.0
5000	–7.0

Все краны в предыдущих таблицах имеют классический Doppler спектр. В дополнение к профилю многолучевой задержки для каждого многолучевого условия распространения задается максимальная доплеровская частота, как показано в следующей таблице.

Модель канала	Максимальная доплеровская частота
EPA- 5Hz	5 Гц
EVA- 5Hz	5 Гц
EVA- 70Hz	70 Гц
Система ETU 70Hz	70 Гц
Система ETU 300Hz	300 Гц

В случае окружений MIMO введен набор корреляционных матриц, чтобы смоделировать корреляцию между антеннами UE и eNodeB. Эти матрицы корреляции введены в матрицы корреляции канала MIMO.

Высокоскоростной Train Условия

Высокоскоростной train условия задает не замирающий канал распространения с одним многолучевым компонентом, положение которого фиксируется во времени. Этот один многолучевой канал представляет доплеровский сдвиг, который вызывается высокоскоростным train, движущимся мимо базовой станции, как показано на следующем рисунке.

Выражение $D_{s} / 2$ является начальным расстоянием train от eNodeB, и $D_{\min}$ - минимальное расстояние между eNodeB и железнодорожным путём. Обе переменные измеряются в метрах. Переменная ν является скоростью train в метрах в секунду. Доплеровский сдвиг из-за движущегося train приведен в следующем уравнении.

$f_{s} (t) = f_{d} \cos θ (t)$

Переменная $f_{s} (t)$ является Доплеровским сдвигом и $f_{d}$ - максимальная доплеровская частота. Косинус угла $θ (t)$ задается следующим уравнением.

$\cos θ (t) = \frac{D_{s} / 2 - v t}{\sqrt{D_{\min}^{2} + {(D_{s} / 2 - v t)}^{2}}}, 0 \leq t \leq D_{s} / v$

$\cos θ (t) = \frac{- 1.5 D_{s} + v t}{\sqrt{D_{\min}^{2} + {(- 1.5 D_{s} + v t)}^{2}}}, D_{s} / v < t \leq 2 D_{s} / v$

$\cos θ (t) = \cos θ (t \mod (2 D_{s} / v)), t > 2 D_{s} / v$

Для проверки eNodeB заданы два сценария высокоскоростного train, которые используют параметры, перечисленные в следующей таблице. Доплеровский сдвиг, $f_{s} (t)$ , вычисляется с использованием предыдущих уравнений и параметров, перечисленных в следующей таблице.

Параметр	Значение
	Сценарий 1	Сценарий 3
$D_{s}$	1000 м	300 м
$D_{\min}$	50 м	2 м
ν	350 км/ч	300 км/кр
$f_{d}$	1340 Гц	1,150 Гц

Оба этих сценария приводят к доплеровским сдвигам, которые применяются ко всем полосам частот. Траектория доплеровского сдвига для сценария 1 показана на следующем рисунке.

Траектория доплеровского сдвига для сценария 3 показана на следующем рисунке.

Для проверки UE, доплеровский сдвиг, $f_{s} (t)$ , вычисляется с использованием предыдущих уравнений и параметров, перечисленных в следующей таблице.

Параметр	Значение
$D_{s}$	300 м
$D_{\min}$	2 м
ν	300 км/ч
$f_{d}$	750 Гц

Эти параметры приводят к доплеровскому сдвигу, применяемому ко всем полосам частот, показанным на следующем рисунке.

Условие распространения движения

Движущийся канал распространения в LTE задает условие канала, где изменяется местоположение многолучевых компонентов. Время, различие между временем ссылки и первым отводом, Δτ, задается следующим уравнением.

$Δ τ = \frac{A}{2} \cdot \sin (Δ ω \cdot t)$

Переменная A представляет начальное время в секундах и Δω представляет угловое вращение в радианах в секунду.

Примечание

Относительное время между компонентами многолучевого распространения остается фиксированным.

Параметры условий распространения движения показаны в следующей таблице.

Параметр	Сценарий 1	Сценарий 2
Модель канала	ETU200	AWGN
Скорость UE	120 км/ч	350 км/ч
Длина CP	Нормальный	Нормальный
A	10 мкс	10 мкс
Δω	0,04 с^–1	0,13 с^–1

Допплеровский сдвиг применяется только для генерации затухающих выборок для сценария 1. В сценарии 2 моделируется один не замирающий многолучевой компонент с аддитивным белым гауссовым шумом (AWGN). Расположение этого многолучевого компонента изменяется со временем, согласно предыдущему уравнению.

Пример подвижного канала с одним не замирающим отводом показан на следующем рисунке.

Матрицы корреляции канала MIMO

В системах MIMO существует корреляция между передающими и приемными антеннами. Это зависит от ряда факторов, таких как разделение между антенной и несущей частотой. Для максимальной пропускной способности желательно минимизировать корреляцию между передающими и приемными антеннами.

Существуют различные способы моделирования корреляции антенны. Один метод использует корреляционные матрицы, чтобы описать корреляцию между несколькими антеннами как в передатчике, так и в приемнике. Эти матрицы вычисляются независимо как в передатчике-приемнике, так и затем объединяются с помощью продукта Кронекера порядка чтобы сгенерировать матрицу пространственной корреляции канала.

Три различных уровня корреляции определены в [1].

низкая или отсутствие корреляции
средняя корреляция
высокая корреляция

Параметры α и β определены для каждого уровня корреляции, как показано в следующей таблице значений корреляции.

Низкая корреляция		Средняя корреляция		Высокая корреляция
α	β	α	β	α	β
0	0	0.3	0.9	0.9	0.9

Независимые матрицы корреляции в eNodeB и UE, _ReNB и _RUE, соответственно, показаны для различного набора антенн (1, 2 и 4) в следующей таблице.

Корреляция	Одна антенна	Две антенны	Четыре антенны
eNodeB	$R_{e N B} = 1$	$R_{e N B} = (\begin{array}{l} 1 α \\ α^{*} 1 \end{array})$	$R_{e N B} = (\begin{matrix} 1 & α^{\frac{1}{9}} & α^{\frac{4}{9}} & α \\ α^{\frac{1}{9}}^{} & 1 & α^{\frac{1}{9}} & α^{\frac{4}{9}} \\ α^{\frac{4}{9}}^{} & α^{\frac{1}{9}}^{} & 1 & α^{\frac{1}{9}} \\ α^{} & α^{\frac{4}{9}}^{} & α^{\frac{1}{9}}^{} & 1 \end{matrix})$
UE	$R_{U E} = 1$	$R_{U E} = (\begin{array}{l} 1 β \\ β^{*} 1 \end{array})$	$R_{U E} = (\begin{matrix} 1 & β^{\frac{1}{9}} & β^{\frac{4}{9}} & β \\ β^{\frac{1}{9}}^{} & 1 & β^{\frac{1}{9}} & β^{\frac{4}{9}} \\ β^{\frac{4}{9}}^{} & β^{\frac{1}{9}}^{} & 1 & β^{\frac{1}{9}} \\ β^{} & β^{\frac{4}{9}}^{} & β^{\frac{1}{9}}^{} & 1 \end{matrix})$

Матрица пространственной корреляции канала, _Rspat, задается следующим уравнением.

$R_{s p a t} = R_{e N B} \otimes R_{U E}$

Символ ⊗ представляет Kronecker продукт. Значения матрицы пространственной корреляции канала, _Rspat, для различных размеров матрицы определены в следующей таблице.

Размер матрицы	_Rspat значения
1 × 2 случай	$R_{s p a t} = R_{U E} = (\begin{matrix} 1 & β \\ β^{*} & 1 \end{matrix})$
2 × 2 случай	$R_{s p a t} = R_{e N B} \otimes R_{U E} = (\begin{matrix} 1 & α \\ α^{} & 1 \end{matrix}) \otimes (\begin{matrix} 1 & β \\ β^{} & 1 \end{matrix}) = (\begin{matrix} 1 & β & α & α β \\ β^{} & 1 & α β^{} & α \\ α^{} & α^{} β & 1 & β \\ α^{} β^{} & α^{} & β^{} & 1 \end{matrix})$
4 × 2 случай	$R_{s p a t} = R_{e N B} \otimes R_{U E} = (\begin{matrix} 1 & α^{\frac{1}{9}} & α^{\frac{4}{9}} & α \\ α^{\frac{1}{9}}^{} & 1 & α^{\frac{1}{9}} & α^{\frac{4}{9}} \\ α^{\frac{4}{9}}^{} & α^{\frac{1}{9} } & 1 & α^{\frac{1}{9}} \\ α^{} & α^{\frac{4}{9}}^{} & α^{\frac{1}{9}}^{} & 1 \end{matrix}) \otimes (\begin{matrix} 1 & β \\ β^{*} & 1 \end{matrix})$
4 × 4 случай	$R_{s p a t} = R_{e N B} \otimes R_{U E} = (\begin{matrix} 1 & α^{\frac{1}{9}} & α^{\frac{4}{9}} & α \\ α^{\frac{1}{9}}^{} & 1 & α^{\frac{1}{9}} & α^{\frac{4}{9}} \\ α^{\frac{4}{9}}^{} & α^{\frac{1}{9} } & 1 & α^{\frac{1}{9}} \\ α^{} & α^{\frac{4}{9}}^{} & α^{\frac{1}{9}}^{} & 1 \end{matrix}) \otimes (\begin{matrix} 1 & β^{\frac{1}{9}} & β^{\frac{4}{9}} & β \\ β^{\frac{1}{9}}^{} & 1 & β^{\frac{1}{9}} & β^{\frac{4}{9}} \\ β^{\frac{4}{9}}^{} & β^{\frac{1}{9} } & 1 & β^{\frac{1}{9}} \\ β^{} & β^{\frac{4}{9}}^{} & β^{\frac{1}{9}}^{} & 1 \end{matrix})$

Ссылки

[1] 3GPP TS 36.101. "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Пользовательское оборудование (UE) Радиопередача и прием ". 3-ья Генерация Партнерский проект; Группа технических спецификаций Радиосеть доступ. URL-адрес: https://www.3gpp.org.

[2] 3GPP TS 36.104. "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Base Station (BS) Radio Transmission and Reception ". 3rd Генерация Partnership Project; Группа технических спецификаций Радиосеть доступ. URL-адрес: https://www.3gpp.org.

См. также

lteFadingChannel | lteHSTChannel | lteMovingChannel

Документация