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如何使用三维数字地图实现5G高频混合信道模型
张龙祥
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在近日举行的ITU-R WP5D#25会议上，中国提出的基于三维数字地图的混合信道模型，获得国际电信联盟ITU专家组认可，进入IMT-2020（5G）技术评估报告框架中，为5G标准的制定贡献重要力量。根据ITU-R发布的IMT-2020（5G）工作计划，面向全球的IMT-2020（5G）技术评估将于2018年全面展开。在评估工作开展之前，ITU-R需要预先完成关键技术指标定义以及评估方法制定。在评估方法中，信道模型的选取至关重要，直接关系到未来新型5G空中接口技术能否通过评估，并被ITU-R所接受。我们都知道，信道建模严重依赖于信道测量，在海量的测试数据里进行分析、归纳、建模。我们在前面两篇文章里详细介绍了5G高频的室内室外丰富场景下的测试情况。良好的测试结果为我们对5G信道的建模打下了坚实的基础。
围绕5G大容量、高密度、以及关键场景应用等需求，创新性地提出了一种基于数字地图的混合信道模型，利用数字地图技术建立三维信道电磁场环境，采用射线追踪（Ray Tracing）模型和统计模型混合使用的方法，与真实信道电磁场环境更加接近，并且自然满足高低频域一致性，有效支撑5G新型空中接口技术的评估和仿真。传统系统仿真方法主要基于抽象的场景定义，并不关注场景中具体建筑物的数据信息。而在5G场景尤其是高频段、大带宽下，要求对传播信道在时间和空间维度进行更为精细化的建模。同时由于高频电磁波波长更短，路径损耗、穿透损耗、雨氧衰损耗等都远高于低频，大规模多天线、分布式天线、高增益窄波束赋型和跟踪等应用需求使得信道的空间-时间-频率一致性、球面波效应、站间信道相关性、雨氧衰特性等都成为了5G信道研究的重点方面。高频电磁波波长更接近于光波波长，因此高频无线电传播需要同时考虑波动性和粒子性。5G高频混合信道模型充分利用了几何光学、几何绕射理论等确定性电磁传播和计算理论，通过对特定场景中的关键几何体进行三维建模并给定电磁特性参数，利用射线追踪技术首先识别出主要的传播路径，即信道中的主导分量。在此基础上，进一步利用统计模型对散射等随机影响因素部分进行补充，进而在保证较低复杂度的情况下获得了完整的信道响应信息。
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