在近日舉行的ITU-R WP5D#25會議上，中國提出的基于三維數字地圖的混合信道模型，獲得國際電信聯盟ITU專家組認可，進入IMT-2020（5G）技術評估報告框架中，為5G標準的制定貢獻重要力量。

根據ITU-R發布的IMT-2020（5G）工作計劃，面向全球的IMT-2020（5G）技術評估將于2018年全面展開。在評估工作開展之前，ITU-R需要預先完成關鍵技術指標定義以及評估方法制定。在評估方法中，信道模型的選取至關重要，直接關系到未來新型5G空中接口技術能否通過評估，并被ITU-R所接受。

我們都知道，信道建模嚴重依賴于信道測量，在海量的測試數據里進行分析、歸納、建模。

我們在前面兩篇文章里詳細介紹了5G高頻的室內室外豐富場景下的測試情況。良好的測試結果為我們對5G信道的建模打下了堅實的基礎。

原理

圍繞5G大容量、高密度、以及關鍵場景應用等需求，創新性地提出了一種基于數字地圖的混合信道模型，利用數字地圖技術建立三維信道電磁場環境，采用射線追蹤（Ray Tracing）模型和統計模型混合使用的方法，與真實信道電磁場環境更加接近，并且自然滿足高低頻域一致性，有效支撐5G新型空中接口技術的評估和仿真。

傳統系統仿真方法主要基于抽象的場景定義，并不關注場景中具體建筑物的數據信息。而在5G場景尤其是高頻段、大帶寬下，要求對傳播信道在時間和空間維度進行更為精細化的建模。同時由于高頻電磁波波長更短，路徑損耗、穿透損耗、雨氧衰損耗等都遠高于低頻，大規模多天線、分布式天線、高增益窄波束賦型和跟蹤等應用需求使得信道的空間-時間-頻率一致性、球面波效應、站間信道相關性、雨氧衰特性等都成為了5G信道研究的重點方面。

高頻電磁波波長更接近于光波波長，因此高頻無線電傳播需要同時考慮波動性和粒子性。5G高頻混合信道模型充分利用了幾何光學、幾何繞射理論等確定性電磁傳播和計算理論，通過對特定場景中的關鍵幾何體進行三維建模并給定電磁特性參數，利用射線追蹤技術首先識別出主要的傳播路徑，即信道中的主導分量。在此基礎上，進一步利用統計模型對散射等隨機影響因素部分進行補充，進而在保證較低復雜度的情況下獲得了完整的信道響應信息。

結構

如圖1所示，基于三維數字地圖的混合信道模型包括確定性、統計兩個模塊。其中，確定性模型主要基于目標場景的3D模型，利用射線追蹤（Ray Tracing）技術，對電磁傳播中譬如直射、透射、反射、衍射等主要物理現象，進行確定性計算，得到了構成實際傳播的主導分量（Dominant Ray）的確定性結果（如圖2所示）。統計模型主要體現了環境中真實存在而未能在數字地圖中建模的小物體、粗糙面，植被等對電磁散射的貢獻。此外，信號傳播中因為人流、車輛等引發的阻擋現象也通過相應的統計方式進行實現。

圖1、混合模型架構圖

圖2、射線追蹤結果示意圖

如上文所述，該模型以電磁理論物理學為基礎，以實際電磁傳播環境為框架,能夠準確的描述不同頻段電磁波在的實際傳播特征，適合多頻段多帶寬的配置下的信道研究。對于當前5G研究急需的信道空-時-頻率一致性等特性自然滿足，有很強的后向兼容性和前向拓展性。其實現過程與傳統模型類似（共13步），具體可以參考3GPP TR38.900第八章。

效果

本文將以圖3所示配置為例，列舉該模型所得動態信道響應在時延域（如圖4所示）和角度域（如圖5所示）的分布。從圖中可以觀察到：

1、直射徑、一次/兩次反射徑以及一次衍射徑占主要能量，構成信道主導成分；
2、隨著UE的移動（如圖3中紅色線段所示），主導分量的信道參數發生連續性變化，即體現了信道的空間/時間一致性，尤其是由于建筑物位置變化，阻擋等產生的路徑生滅現象也得到準確體現。
3、統計部分對未能確定性建模的不規則小物體產生的隨機散射以及粗糙表面造成漫反射路徑進行有效補充，產生了信道分量的簇狀分布。

因此，通過確定性與統計結合的混合信道模型能夠反映真實環境下的電磁傳播特性。

圖3、動態信道仿真示意圖

圖4、信道時延功率譜

圖5、信道角度功率譜

作為無線電頻譜資源的全球協調機構，國際電信聯盟無線部門ITU-R致力于為各種無線技術落地提供規則保障，從而促進相應無線技術健康有序發展。作為5G技術標準的仲裁者、5G頻譜劃分及使用規則的制定者，ITU-R發揮著它在IMT產業中獨特的引領角色。

近日的ITU-R WP5D#25會議共收到來自11個國家、公司及學術機構的多篇信道模型提案，經過多輪會議討論，基于地圖的混合信道模型作為一種新的模型，獲得ITU-R專家組認可，進入IMT-2020（5G）技術評估報告框架中。而在此前的3GPP RAN1會議上，混合信道模型也被3GPP標準采納，已寫入TR38.900研究報告。基于地圖的混合信道模型被ITU-R的采納，也標志著國際電信聯盟對中國5G技術研究能力的認可。

值得一提的是，雖然信道模型需要大量的人力投入，并且要求昂貴的測試儀器設備相配合，但信道模型研究通常并不以IPR為目的，更多的是平臺性、貢獻性的工作。由此可見，中國廠商在參加各類標準工作多年之后，隨著研發能力的增強，有能力、有意愿與業界同仁一起，為下一代移動標準的制定做出更多的貢獻。這無疑是一件可喜可賀的事情。