8. Пространственная модель канала, принятая для моделирования

Опишем пространственную модель канала, использованную в моделировании системного уровня. Один прогон модели для заданного числа ячеек или секторов определен как «опыт». Во время опыта канал подвергается быстрому замиранию в соответствии с движением мобильного устройства МС.

Информация о состоянии канала передается от мобильного устройства к базовой станции. Как правило, по серии опытов, схема ячейки и местоположения БС являются фиксированными, а местоположения МС беспорядочно меняются вначале каждого опыта. Цель этого выражения – определение методов и параметров для генерации пространственно-временных коэффициентов канала между заданными базовой и мобильной станциями для использования в симуляции системного уровня.

Для S элементной антенной решетки БС и U элементной антенной решетки МС, коэффициенты канала для одного из N путей многолучевого распространения (заметим, что эти компоненты не обязательно разрешимы во времени, означая, что разница во времени между последовательными лучами может быть меньше, чем период передачи одной посылки) заданы S×U матрицей комплексных амплитуд. Обозначим матрицу канала для n-ой многолучевой компоненты (n = 1,…, N), как H_n(t). Комплексные амплитуды подвергаются быстрому замиранию, зависящему от движения МС. Полная методика получения матрицы канала состоит из трех основных шагов:

1. Определение типа окружающей среды: загородная макро, городская макро или городская микро среды.

2. Обновление параметров для симуляции в соответствии с выбранной средой распространения

3. Генерирование коэффициентов матрицы канала основанные на заданных параметрах

9. Генерирование пользовательских параметров для городского и загородного макроэлемента

1. Выбор среды распространения между загородным и городским макроэлементами.

2. Определение параметров расстояния и ориентации. Местоположение МС относительно каждой БС определяется в соответствии с расположение сотой. После этого может быть определено расстояние между МС и БС (d) и направление линии прямой видимости (θ_BS и θ_MS, соответственно). Вычисляются потери на трассе в зависимости от расстояния между БС и МС. Ориентации антенной решетки МС (Ω_MS) имеет независимое равномерное распределение в диапазоне углов от 0 до 360 градусов. Cкоростной вектор v МС имеет величину ||v|| согласно распределению скоростей и направлению θ_υ, выбираемого случайно в диапазоне от 0 до 360 градусов.

3. Определение параметров DS, AS и SF. Эти величины заданы значениями σ_DS, σ_AS и σ_SF и генерируются в соответствии с таблицей 2.1.

4. Определение случайной задержки для каждой многолучевой компоненты N. Случайным образом формируются следующие значения τ'₁ , … , τ'_N в соответствии с выражением

, (2.7)

где z_n (n =1, …, N) независимо распределенная случайная величина по равномерному закону U(0,1), r_DS берется из таблицы 2.1, и значение σ_DS было получено в пункте 3. Переменные имеют следующий порядок и минимальное значение вычитается из всех. Таким образом, задержка n-ого луча τ_n имеет значение τ'_(n)–τ'₍₁₎. Теперь последовательность преобразуется к виду .

5. Определение случайной средней мощности каждой многолучевой компоненты N. Функция мощности представлена ненормальным законом распределения:

, (2.8)

где величина _n (n = 1,…,N) имеет независимое гауссово распределение со среднеквадратическим отклонением σ_rnd = 3 дБ. Средняя мощность является нормализованной величиной и для N лучей вычисляется исходя из следующего выражения:

. (2.9)

6. Определение углов AoD для каждого из N лучей. Сначала формируется случайная величина, распределенная по гауссовому закону с нулевым математическим ожиданием

, (2.10)

где . Значение r_AS дано в таблице 2.1 и зависит от того какой тип среды распространения выбран. Угол рассеивания AS был получен в пункте 3. Все эти значения выражены в градусах и представлены в порядке возрастания своих значений, так что .

7. Сопоставление многолучевых задержек с углами AoD. Временная задержка n-ого пути τ_n ставится в соответствие с углом δ_n,AoD

8. Определение мощности, фазы и смещение углов AoD для M = 20 подлучей каждого из лучей N на БС. Все 20 подлучей, находящиеся в одном луче, описываются одинаковыми мощностями (P_n/20, где P_n рассчитывается в пункте 5). Фазы Φ_n,m подлучей имеют независимое равномерное распределение от 0 до 360⁰.

9. Определение углов AoA каждой многолучевой компоненты. Этот угол имеет распределение по закону Гаусса

, (2.11)

где σ_n,AoA = 104,12(1 – exp(–0,2175|10lg(P_n)|)) и P_n является относительной мощностью n-ого луча, которая вычисляется в пункте 5.

10. Определение отклонения для углов AoA относительно МС. Так же как и пункте 8, где находилось смещение для AoD.

11. Связывание лучей и подлучей БС и МС. Каждый n-ый луч БС (определяется собственной задержкой τ_n, мощностью P_n , и углом AoD δ_n,AoD) связан с n-ым лучом МС (определяется углом AoA δ_n,AoA). Паре n-ых лучей, случайным образом ставится в соответствие другая пара подлучей относящихся и к базовой и мобильной станциям, которые определяются отклонениями ∆_n,m,AoD и ∆_n,m,AoA соответственно. Каждая пара подлучей сгруппирована таким образом, что их фазы определяются значением Φ_n,m.

12. Определение коэффициента направленного действия антенн БС и МС. Для n-ого луча и m-ого подлуча и угла AoD имеем равенство

. (2.12)

Подобным образом получаем такое же равенство относительно МС:

. (2.13)

Усиление антенны зависит от этих угол и соответственно для каждой антенны записывается в следующем виде:

. (2.14)

13. Вычисление затухания на трассе, зависящее от расстояния между БС и МС, полученного в пункте 2, и логарифмически нормального затенения (рассчитано в пункте 3).

Некоторые замечания:

При разработке пространственной модели канала была введена статистическая зависимость как между углами и мощностями, так и между задержками распространения и мощностями. Это было сделано, используя множители пропорциональности и , которые основывается на измерениях.