第3章
大规模天线无线信道建模
大规模天线无线信道建模概述
| 3.2 部署场景 |
（1）高层楼宇覆盖
在城市环境中，高层建筑（如 20～30 层高）较为普遍。高层建筑内的用 户主要依赖室内覆盖，其部署成本和施工难度往往较大。如果使用传统的天线 阵列，在楼外实现对高楼的深度覆盖，则需要多副天线系统分别覆盖不同楼层， 楼体的穿透损耗以及小区间干扰会严重影响系统性能。这种情况下，如果使用 大规模天线波束赋形技术，则可以根据实际的用户分布非常灵活地调整波束， 通过垂直扇区化或者多用户空分复用的方式很好地覆盖楼内用户。而且大规模 天线带来的较大的赋形增益可以较好地克服穿透损耗的问题。普通扇区天线与大规模天线室外覆盖高层楼宇场景如图 3.1 所示。
（2）室外宏覆盖
室外宏覆盖是传统移动通信系统的一种重要应用场景。这一场景中，基站 天线部署在高于楼顶的位置，覆盖分布于地面和 4～8 层低层楼房中的用户。系 统中用户的分布可能较为密集，而且呈现出 2D（地面）和 3D（楼中）分布混 合的形态。这种情况下，大规模天线技术可以较为充分地发挥其性能优势。相 比于传统天线在垂直面不能实现针对终端的自适应波束赋形，大规模天线波束 赋形可实现针对不同终端的垂直面波束赋形，实现垂直面空分，提升频谱效率。 图 3.2 中 UE1、UE2、UE3 在水平面维度上与基站的方向角不同，所以基站可 以在水平面维度分别形成 3 个对准他们的波束进行数据传输。然而 UE3 和 UE4 在水平维度上与基站的方向角相同，那么 UE3 和 UE4 的波束会形成相互干扰。 大规模天线波束赋形技术提供了垂直面波束赋形，将 UE3 与 UE4 从垂直维度 上再进行一次区分，分别形成对准他们的波束为其进行数据传输。
（3）热点覆盖
热点覆盖场景中，覆盖范围相对有限，而业务量需求和用户数量可能很大。 这种情况下，可以考虑使用较高的频段，通过增加资源供给和提高频谱空间利 用效率的双重手段保证系统需求。这类场景中，密集的用户分布将十分有利于 多用户调度增益的体现。如果应用于高频段，则可以在有限的尺寸内使用更多 的天线，从而能够更好地发挥大规模天线的优势。热点覆盖可能用于用户和业 务量十分密集的室外区域，如露天体育场、音乐会、广场集会等场合。同时， 基于大规模天线的热点覆盖也适用于用户数和业务需求都很大的室内环境，如 大型会议场馆、大型商场、机场候机楼、高铁候车大厅等。在室内热点部署中， 大规模天线阵列可以部署在天花板上，也可以分布于多个角落中。
（4）无线回传
在热点区域，运营商往往需要根据业务需求的变化搭建微（小）型站。如 果采用有线方式，微站的回传链路部署存在成本高、灵活性低的问题。在这种 情况下，可以利用无线传输方式通过宏站为热点覆盖区域的微站提供回传链路。 但是，整个热点覆盖区域的容量可能会受限于回传链路的容量。针对这一问题， 可以在回传链路使用高频段、大带宽，同时利用大规模天线阵列带来的精确三 维赋形与高赋形增益保证回传链路的传输质量，提升回传链路的容量。无线回 传应用场景如图 3.3 所示。
在较长的时间范围内，无线通信系统的研究、评估和验证均采用 2D 信道 模型作为参考信道模型，假设电磁波仅通过水平方向进行传播，传统的 MIMO 技术研究和评估也主要是针对 2D 信道模型进行的。引入大规模阵列天线技术 之后，需要采用与之匹配的信道模型对技术方案进行评估和甄选，因此国际标 准化组织开展了 3D 信道建模的研究工作。其中，3GPP 针对 6GHz 以下和 6GHz 以上分别定义了 3D 信道模型。3D 信道模型是以 WINNER 模型[30-31]和 ITU 的 2D 信道模型[32]为基础，综合考虑水平和垂直两个维度的空间信道特性定义的 信道模型，主要用于大规模天线技术的研究、性能评估及标准化。