WINNER II信道模型与WINNER+信道模型概述

Posted 2023-03-13 fpga和matlab

目录

1.WINNER II

2.WINNER+

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        目前信道模型主要分为准确信道模型、随机信道模型、统计信道模型。其中随机信道模型集和其他两种模型的优点，成为主流的信道模型。随机模型中基于几何统计的随机信道模型(Geometry-based Stochastic Channel Models, GSCM)由于具有复杂度适中、可适用较大载频、足以反映信道的长期统计特性等优势，被广泛应用。现有的 GSCM 信道模型大部分是基于二维平面进行建模的，如3GPP的SCM模型、SCME和WINNER II模型只考虑了水平角对信道系数的影响，忽略了收发天线间的高度差，没有包含实际传播环境中俯仰维度的信息，缺乏对信道在三维空间内色散情况的建模，不能精确描述实际传播信道。WINNER组织的WINNER +模型加入了仰角系数，考虑了三维平面，提到了时间演进模型，但是并没有具体描述其生成过程，并且Massive MIMO信道将会考虑高速移动场景,其信道变化更大，会经历更严重的衰落及非平稳特性，传统的MIMO信道模型将不能满足Massive MIMO系统的要求。

1.WINNER II

        WINNER Ⅱ信道模型,由于其参数化建模的特点,只需要改变参数,就可以对同一场景在不同参数下进行分析.其建模思想是将收发端的天线元素的来波进行矢量叠加来描述信道冲激响应.本文给出了WINNER Ⅱ模型的建模过程和信道参数的获取步骤,对D2a场景下不同MS(Mobile Station,移动台)速度下的频率相关性进行分析.

       通用WINNER II通道模型遵循基于几何的随机通道建模方法，该方法允许创建任意双向无线电通道模型。该信道模型是天线独立的，即可以插入不同的天线配置和不同的元件图案。信道参数是根据从信道测量中提取的统计分布随机确定的。例如延迟扩展，延迟值，角度扩展，阴影衰落和交叉极化比。信道实现是通过累加具有延迟，功率，到达角度和离开角度等特定信道参数的射线的贡献而产生的。SCME模型通过引入中径将5M带宽扩展到100M带宽，而WINNER II模型本身就是基于100M带宽建模的。发射天线i与接收天线j之间第n条簇上的信道系数为：

 天线阵列为随机阵列，信道系数表达如下：

 

 

        通过对通用基于几何统计建模的标准信道模型进行公式分解，从中可以看出生成信道冲击响应的过程其实就是求解各个信道特征参量的过程，这些能够充分反映不同场景下的信道特性包括了信道的多径时延，各条多径的径功率，信道的传输空间信息（如水平俯仰维的离开角和到达角）以及一些可供调整的参数［１８＇１９］，如视距条件下的莱斯Ｋ因子以及天线交叉极化率（如果收发端天线考虑极化情况下）。下面就将着重讨论其参数的具体产生过程及算法。

       WINNER II信道模型包含14种情况，覆盖传播场景有室内办公室、大型室内大厅、室内外、城市微小区、不良城市微小区、户外到室内、固定馈线、郊区宏小区、城市宏小区、农村宏小区、农村移动网络。不同场景的delay是不一致的。
       在CDL（Clustered Delay Line，集群延迟线）模型中，每个集群由20条具有固定偏移角度和相同功率的光线组成，在有一束强射线存在的集群中，集群有20+1束射线。这条主射线有零角度偏移，射出和射出的光线是随机耦合的。下面给出了感兴趣的所有场景的CDL表，其中列出了集群功率和每个射线的功率。CDL模型提供具有固定参数的定义良好的无线电信道，以相对不复杂的信道模型获得可比较的模拟结果。

 

2.WINNER+

       在真实的无线传播环境中，散射体将分散在三维（3-D）空间中。 [26]中测量数据表明垂直平面上存在大量的角度信息。在[27]中，作者证明了在计算信道容量时，三维信道模型比二维（2-D）信道模型更准确。前面介绍的SCM、SCME、WINNER II模型都是基于二维平面建模的模型，于是在WINNER II模型基础上，通过增加仰角分量发展出了WINNER +模型。 所有的场景使用相同的模型建模，只是参数选取不同。一个完整的信道模型也需要包括450MHz到1000MHz的频率，WINNER +模型实现了这一点，并且是基于3D的模型。

        其模型引入了仰角信息，离开角和到达方向的仰角范围从水平面下方-90°到水平面上方90°，通过使用与方位角相同的程序产生随机仰角。与仰角有关的大尺度参数与相关性的产生方式与方位角的产生方式相同。2D模型中，离开方位角与到达方位角随机配对，3D模型中首先随机配对离开方位角与离开仰角、到达方位角与到达仰角，然后配对离开方向与到达方向。引入仰角信息后，也增加了多径多普勒频率的计算，表达式为：

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