移动衰落信道现状与发展

1.2研究现状分析

近年来，常用的信道建模方法可以分为两类:第一类是统计模型，它总结了建筑地形的统计特性(包括建筑物本身)，这种无线传播的统计描述包括地形和多次反射、散射、衍射的次数等；第二类是确定性射线跟踪模型，它利用了从地形

中各个障碍点到达接收机的多条射线进行直接计算，在接收点统计多条射线，以得到接收信号的统计特性，包括幅度、相位等，这样得到的结果十分精确。第二

种方法在未对环境进行功率测量的情况下就可以进行建模，因此比较省时方便。

使用统计模型来对无线信道建模的研究分析比较早。最早出现的是瑞利模

型、莱斯模型和对数正态模型，其中前面两个模型都是针对小尺度衰落而建立的，而对数正态模型则是针对大尺度衰落而建立的。后来随着人们对无线信道建模精确性要求的提高，越来越多的统计混合模型出现了，但都是以这三个模型为基础。

1960年Nakagami.M提出了以其名字命名的模型，这种衰落信道模型适用性十分广泛，比瑞利、莱斯和对数正态模型更适应复杂的环境，Suzuki提出瑞利对数正态模型，该模型同时反映了大尺度衰落和小尺度衰落的特性，描述了这样一种传播场景，在发射端发射的信号主波经过几次反射和衍射后，达到了一个建筑物密集的地方，主波由于当地物体的散射、衍射等的结果将会分为许多子路径。

模型令发射端到小区的路径服从对数正态分布，因为路径经历了乘法效应；而当地路径由于是加性散射效应导致的，服从瑞利分布；这时接收信号的包括服从瑞利一对数正态模型。

第一个移动信道多径统计模型是由Ossana在1964年提出，它基于入射波和建筑物表面随机分布的反射波相互干涉的原理。但该模型假设在收发之间存在一条直射路径，且反射的角度局限于一个严格的范围之内，所以该模型对于市区传播环境来说，既不方便也不准确。后来Clarke建立了移动台接收信号场强的统计特性是基于散射的统计模型，他认为接收端的电磁波由N个平面波组成，这些平面波具有任意载频相位、入射方位角及相等的平均幅度，Clarke模型已经被广泛使用。

以上都是针对小尺度衰落的统计模型，在大尺度衰落的统计建模方面的研究

也很多，著名的有Okumura模型、Hata模型和Lee模型等，1968年，Okumura[6]等人根据在日本的大量测试数据统计出了以曲线图表示的Okumura模型，该模型以准平坦地形大城市的中值场强或路径损耗作为参考，对其他传播环境和地形条件等因素分别以校正的形式进行修正。而1980年，Hata[7]提出了适用于宏蜂窝系统的路径损耗预测的经验模型。随后Lee[8]于1982年提出了宏蜂窝和微蜂窝两种模型，该模型的参数很容易在实测中得到，因此受到广泛欢迎。1988年，由Walfish, Bertoni合作开发的Walfish-Bertoni模型及其扩展模型〔9][10]主要用于预测街道的平均信号场强，该模型考虑了自由空间损耗、路径传播的绕射损耗以及屋顶和建筑物高度的影响。而1993年提出的Maciel-Bertoni-Xia模型[10]及其改进模型[11]将路径的预测推广到允许基站天线高度低于屋顶平均高度一致

甚至低于屋顶高度的情况。

随着MIMO系统的提出，统计模型被广泛应用到该系统中，包括基于参数

的模型以、基于相关性的模型和基于几何分布的模型。其中，比较完善的是基于相关性的模型研究[49], 3G标准中已经有该类模型的研究。而且，近些年

3GPP-GPP2, COST273, IEEE802.xx等多个标准化机构己经完成了MIMO信道统计模型的讨论[33][34]，除此以外，很多公司如Lucent, Nokia, Motorola等以及国外及国内的大学也都在进行MIMO信道模型的研究。

而确定性模型由于其精确性也被研究学者们广泛研究，其中最常用的就是射线跟踪方法。射线跟踪方法是将电磁波简化为射线来研究的技术，它最初是基于几何光学(GO)的原理，后来在上个世纪50年代由J.B.Keller[12]在几何光学的基础上建立了绕射一致性(UTD)，引入了附加的绕射射线以描述绕射现象，通过绕

射的精确分析，我们就能够准确地考虑到电磁波的各种传播途径，包括直射、反身寸、绕射和透射等。通过对射线分析维数的区分，射线跟踪可以分为2D射线跟踪和3D射线跟踪方法。在研究射线跟踪方法的早期人们大都使用了二维(2D)方法，因为在微蜂窝传播环境中，收发天线一般比周围的建筑物低，从建筑物顶端绕射至接收天线的射线很少，在这种情况下射线跟踪就没有必要在三维空间中

进行，可以直接在城市的二维平面图内进行射线跟踪。当在二维平面内找到一条

到达接收机的射线时，在三维空间就有两条射线与其对应，其中一条是多次墙面反射路径，另外一条是多次墙面反射和一次地面反射路径。2D射线跟踪方法的优点是处理简单，可操作性强，但同时带来了精度的下降。近年来，根据精度需要，3D射线跟踪方法也被大量应用，它真实地模拟了现实环境，在三维空间中

跟踪了每条可用的射线，使得射线追踪结果更加精确[[14-15], Come, Y研究的3D 射线跟踪模型可提供市区无线环境和大区域的快速3D确定性预测，该模型列出了室外发射机设置的所有类型(宏蜂窝、小蜂窝、微蜂窝和微小蜂窝)，还有接收机位置的所有类型(地面的、屋顶的和高楼层的)，还比较了3D方法与垂直平面方法、2D射线跟踪的精确度。射线跟踪的算法又可以分为几种，主要有镜像法、

入射反弹射线法((SBR)等，其中镜像法是最常用的，简单且易计算。镜像法【16]的基本原理是:用放置在所求场之外的假想点源来等效替代真实点源。该方法不

需要进行接收测试，属于点到点的跟踪技术，并能提供精确的结果，但它在复杂环境中选择镜像的散射体非常困难。SBR[17】的原理是:从发射端发射一条射线，然后追踪这条射线是否撞上其他物体或者被接收端接收，当撞上一个物体时就会发生反射、透射、衍射和散射等，这些可以根据相撞物体的光电性质来计算其系数，如果被接收端接收到，相应的就可以计算接收电场。SBR方法有可以具体分为射线发射、接收和射线与物体的相交测试【18]，发射射线方法又有很多种，如发射球和发射管等。

射线跟踪已经被广泛应用到商业网络规划中。在中国香港某运营商的UMTS 商用网络的无线网络规划中，考虑到该地复杂的无线传播环境，为进行精确的网络规划，获得准确地干扰预测，华为公司使用了Volcano射线跟踪模型【19]，根据射线跟踪模型的预测结果并结合话务分布情况，在尽可能利用该运营商原有

2G网络站点和天馈配置的基础上，提出了WCDMA网络站点和天馈调整建议，在网络建设时就直接依据网络规划的结果进行建站，得到了较好地网络规划效

果。

关于射线跟踪方法在MIMO系统中的应用，最著名的就是EASY C工程，它主要研究了实际测试中的COMP传输，即协调多点传输【20-22]。在该项目中，