2．对数正态阴影

3．平均路径损耗与对数正态阴影的组合

1．平坦信道

相对于由于距离、地形地貌等所引起的大尺度衰落，小尺度衰落是指由同一传输信号沿两个或多个路径传播，以微小的时间差到达接收机的信号互相干涉所引起。小尺度衰落根据信道响应带宽、信号带宽及接收机移动速度等具有多种情形，本文只讨论最常见的一种，即移动无线信道带宽大于发送信号的带宽，且在带宽范围内具有恒定增益和线性相位，这被称为平坦衰落过程。

2．频率选择信道

上一部分介绍了平坦的衰落信道，信道冲激响应在时间上不是连续的一连串响应，而仅仅是一个标量。然而在实际环境中，由于各个时延径的传播路程不同，到达接收机的时间有先后之分。因此在接收机中可以分辨出几个相互分开的时延径，每个时延径由若干个不可分辨的射线叠加而成。

根据之前所描述的大尺度及小尺度衰落模型，可以得到移动通信系统中一个完整的收、发信机之间链路的信道响应表达式。

假定发送信号为x，接收信号为y，经历的信道冲激响应为h，加性高斯噪声为n，则有：

（2.14）

其中，无线信道冲激响应为：

（2.15）

式中，表征大尺度衰落；C为常数，是天线远场参考距离处的路径损耗；，是0均值，标准差为的高斯随机变量，表示对数正态阴影衰落。[g]内的表达式含义同（2.9），表示小尺度衰落。

对一个有Nt个发送天线和Nr个接收天线的平坦MIMO信道，MIMO信道模型可以表示为

（2.16）

其中，为发送信号，为信道矩阵，为高斯白噪声，为接收信号。信道矩阵的第i行第j列表示从第i个发送天线到第j个接收天线的复信道增益。

假定信道增益来源于多条射线的叠加，每条射线被不同的散射体散射，经由不同的路径到达接收机。于是信道矩阵的每个元素可以表示为

（2.17）

由于射线传播的路径远远大于载波波长，因此可以合理地假定每条射线到达接收机的相位独立同分布于0到2π之间的均匀分布。因此为一个循环对称的复随机变量，不同射线之间相互独立。信道增益的实部为大量独立实随机变量之和，根据中心极限定理，为零均值实高斯随机变量。由于相位均匀分布，因此对于任意固定的f，为方差相同的零均值实高斯随机变量。于是，服从的循环对称复高斯分布。信道增益的模服从瑞利分布。如果信道环境中除了大量的散射体外，还存在一个很强的直视径（LOS），则信道增益的模服从莱斯分布。

无线通信领域内许多国际组织和大型项目都尝试开发接近现实的MIMO空间信道模型。其中比较有代表意义，也是比较通用的MIMO空间信道模型包括3GPP开发的空间信道模型（SCM）和ITU的国际移动通信系统演进（IMT-Advanced）信道模型。

这两种信道模型都是基于几何学的随机信道模型，用于MIMO通信系统的链路级或系统级仿真。基于几何学的随机信道模型的主要思想是，假定一定数量的散射体依照某种随机分布存在于信道环境中，每个散射体都将反射发送天线发射的射线，通过将所有散射体产生的射线累加起来，就可以得出所需的信道增益。

2.13GPP/3GPP2空间信道模型（SCM）

2003年9月，3GPP/3GPP2的点对点（AdHoc）组发布了SCM信道模型的首个版本。此信道模型定位于中心频率2GHz、带宽5MHz的信道仿真。

SCM信道模型中，散射体聚集成N个散射簇，每个散射簇产生一个可分辨的时延路径，每个路径的时延和功率由一定的方法各自随机产生。每个路径由M个子路径构成，每个子路径具有不同的发射角、到达角和相位，不同的子路径叠加起来可能增强或者削弱这条路径的功率。路径、子路径以及相关的角度参数如图1所示。

图1SCM信道模型角度参数

各个参数定义如下：

ΩBS 基站天线阵列朝向，定义为基站天线宽边方向（Broadside）与正北方向的夹角。

θBS 直视径相对于基站天线宽边方向的发射角（AoD）。

δn,AoD 第n个路径相对于直视径的发射角。

Δn,m,AoD 第n个路径中第m个子路径相对于的发射角偏移。

θn,m,AoD 第n个路径中第m个子路径相对于基站天线宽边方向的绝对发射角。

ΩMS 移动台天线阵列朝向，定义为移动台天线宽边方向与正北方向的夹角。

θMS 直视径相对于基站天线宽边方向的到达角（AoA）。

δn,AoA 第n个路径相对于直视径的到达角。

Δn,m,AoA 第n个路径中第m个子路径相对于dn,AoA的到达角偏移。

θn,m,AoA 第n个路径中第m个子路径相对于基站天线宽边方向的绝对到达角。

ν 移动台速度矢量。

θν 移动台速度矢量方向相对于天线宽边方向的角度。

其中n=1…N，m=1…M，图上以顺时针方向测量的角度量应为负值。

在典型的系统级仿真中，循环运行单次仿真得到所需的性能结果，每个单次仿真称为一个快照（Drop），每个快照持续一段连续的时间。通常情况下，在所有快照中，小区布置和基站位置保持不变，而移动台的位置则在每个快照的开头随机生成。在一个快照中，大尺度参数保持不变，例如角度扩展、时延扩展和阴影衰落等，而信道每条路径的小尺度衰落则根据移动台的移动速度随时间变化。

2.2IMT-AdvancedMIMO信道模型（IMT-AdvMCM）

随着移动通信技术的发展，ITU对下一代移动通信技术IMT-Advanced提出了更高的技术要求，为此，IMT-Advanced引入了许多新的无线接口技术（RIT）。为了给这些技术确立标准统一的评估方法和准则，2008年11月，ITU发布了IMT-AdvancedMIMO信道模型（以下简称为IMT-A信道模型）。IMT-A信道模型定位于中心频率2～6GHz、带宽100MHz的信道仿真。

作为基于几何学的随机信道模型，IMT-A信道模型的生成方法与3GPPSCM信道模型类似：产生各个路径和子路径的参数，将它们叠加起来产生信道响应。注意IMT-A信道与SCM信道对一些概念的称呼不同，SCM信道中的路径和子路径在IMT-A信道中被称为射线簇和射线。

IMT-A信道模型的主要功能模块划分如图2所示。

IMT-A信道模型由主模块和扩展模块组成。主模块包含5种用于评估IMT-Advanced候选无线接口技术的场景，当使用主模块时，信道模型使用已有的一些参数生成信道参数和信道响应。此外，IMT-A信道模型还提供扩展模块，用于对其他各种仿真场景建立信道。扩展模块可以灵活地生成各种信道参数，用于产生信道响应，这极大地扩展了IMT-A信道模型的适用范围。

图2IMT-AdvancedMIMO信道模型

主模块信道产生过程：IMT-A信道主模块用于产生前文所述5种场景下的信道，其具体过程如下：

（1）选定基本参数。

选择场景，确定基站和移动台的数量、位置和天线参数，确定移动台运动速率和方向，确定系统中心频率。

（2）确定每条链路是否存在直视径。

（3）计算每条链路的路径损耗。

（4）确定相关的大尺度参数。

（5）确定N个射线簇的时延。

（6）确定N个射线簇的功率Pn。

（7）确定N个射线簇的到达角。

（8）确定N个射线簇中M个射线的到达角。

（9）确定个射线簇中个射线的发射角。

（10）配对射线。

（11）确定条射线4种极化组合的相位。

（12）产生信道系数。

（13）最后将路径损耗和阴影衰落作用到信道系数中。IMT-A信道生成完毕。

以上就是IMT-A信道模型主模块的过程。