[論文レビュー] Channel Measurement and Characterization with Modified SAGE Algorithm in an Indoor Corridor at 300 GHz

Yuanbo Li, Yiqin Wang+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 31, 2022

Millimeter-Wave Propagation and Modeling被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、300 GHz帯の屋内通路におけるVNAベースのサウンダーを用いた測定において、高分解能の多径成分（MPC）抽出のための修正されたSAGEアルゴリズムを提案する。実験により、反射フィルムがNLoSチャネル状態を約6 dB改善することが示され、THz通信のカバレッジ向上のための知的反射表面（IRS）の低コスト代替手段として有効であることが明らかになった。

ABSTRACT

The much higher frequencies in the Terahertz (THz) band prevent the effective utilization of channel models dedicated for microwave or millimeter-wave frequency bands. In this paper, a measurement campaign is conducted in an indoor corridor scenario at 306-321 GHz with a frequency-domain Vector Network Analyzer (VNA)-based sounder. To realize high-resolution multipath component (MPC) extraction for the direction-scan measurement campaigns in the THz band, a novel modified space-alternating generalized expectation-maximization (SAGE) algorithm is further proposed. Moreover, critical channel characteristics, including the path loss, shadow fading, K-factor, delay spread, angular spreads, cluster parameters, and cross correlations are calculated and analyzed in the LoS case. Besides, two contrasted measurement campaigns in the NLoS case are conducted, with and without additional reflective foils on walls to serve as effective scatterers. Comparison results indicate that the reflective foils are useful to improve the channel conditions in the NLoS case by nearly 6 dB, which is potential to be utilized as alternative of intelligent reflecting surfaces (IRS) to enhance the coverage ability of THz communications.

研究の動機と目的

• ミリ波帯やマイクロ波帯とは顕著に異なる特徴を示す太赫茲（THz）帯の正確なチャネルモデルの不足に取り組むこと。
• 修正されたSAGEアルゴリズムを用いて、THz帯測定における高分解能の多径成分（MPC）抽出を可能にすること。
• 視線ライン（LoS）状態における路損失、Kファクタ、遅延スプレッド、および角度スプレッドといった主要なチャネルパラメータを特徴づけること。
• 人工反射体（反射フィルム）がTHz帯の非視線（NLoS）チャネル性能に与える影響を評価すること。

提案手法

• 306–321 GHz帯で、ベクトルネットワークアナライザー（VNA）ベースのサウンダーを用いた周波数領域測定キャンペーンを実施する。
• 高周波数THz帯における多径成分（MPC）の分解能を向上させるために、修正された空間交互一般化期待最大化（SAGE）アルゴリズムを開発する。
• 修正されたSAGEアルゴリズムを方向スキャン測定に適用し、伝搬パラメータの正確な推定を可能にするMPCの抽出を実施する。
• 反射フィルムを壁に設置したか否かを比較する2つのNLoS測定キャンペーンを実施し、チャネル品質に与える影響を評価する。
• LoSおよびNLoS両状況において、路損失、シャドウフェイディング、Kファクタ、遅延スプレッド、角度スプレッド、クラスターパラメータ、および相互相関を含む、重要なチャネル特性を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 300 GHz帯で、修正されたSAGEアルゴリズムを用いて、どのように高分解能の多径成分（MPC）抽出を実現できるか？
• RQ2 屋内通路における300 GHz帯のLoS状態で、主な統計的チャネル特性（例：路損失、Kファクタ、遅延スプレッド）は何か？
• RQ3 反射フィルムは、THz帯のNLoSチャネル状態をどの程度改善するか？
• RQ4 反射フィルムは、THz通信カバレッジを向上させるために、知的反射表面（IRS）の代替手段として低コストで実用可能か？

主な発見

• 修正されたSAGEアルゴリズムにより、300 GHz帯で多径成分（MPC）の高分解能抽出が成功し、方向スキャン測定における精度が向上した。
• LoS状態では、測定された路損失と遅延スプレッドが、自由空間路損失モデルと整合的であり、低い角度スプレッドから高い指向性が示された。
• LoS状況ではKファクタが高く、強い視線ライン支配と低い多径電力が示された。
• NLoS状態では、反射フィルムの使用により受信電力レベルが約6 dB上昇し、リンクバジェットとカバレッジが顕著に向上した。
• 反射フィルムは効果的に追加の伝搬経路を形成し、信号劣化を低減し、非視線環境におけるチャネルの頑健性を向上させた。
• 結果から、反射フィルムはTHz通信カバレッジを向上させるための実用的で低コストなIRSの代替手段である可能性が示された。