[論文レビュー] Dynamic Double Directional Propagation Channel Measurements at 28 GHz

C. Umit Bas, Rui Wang+6 more|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2017

Millimeter-Wave Propagation and Modeling参考文献 12被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、28 GHzで実時間かつ位相整合なチャネルサウンダーを用いた実際の電子指向型フェーズドアレイを備えた、最初の動的二方向mmWaveチャネル測定を報告する。移動する車両や歩行者が原因で、DoA/DoD、角度拡散、パスゲインに急速な時間的変化が生じることを明らかにした。これは、動的環境におけるリンク品質を維持するにはビーム追跡が不可欠であることを示している。

ABSTRACT

This paper presents results from the (to our knowledge) first dynamic double-directionally resolved measurement campaign at mm-wave frequencies for an outdoor microcellular scenario. The measurements are performed with USC's real-time channel sounder equipped with phased array antennas that can steer beams electrically in microseconds, allowing directional measurements in dynamic environments. Exploiting the phase coherency of the setup, the multi-path components can be tracked over time to investigate the temporal dependencies of the channel characteristics. We present results for time-varying path-loss, delay spread, mean angles and angular spreads observed at the transmitter (TX) and receiver (RX) in the presence of moving vehicles and pedestrians. Additionally, we investigate excess losses observed due to blockage by vehicles and compare the cases when TX and RX are using fixed beams or when they are capable of adjusting beam directions dynamically.

研究の動機と目的

• 屋外マイクロセル環境における28 GHzでの、初めての動的かつ二方向分解能を有するmmWaveチャネル測定を実施すること。
• 移動する散乱体への応答としての時間変動するチャネル特性（パスロス、遅延スプレッド、平均角、角度拡散など）を調査すること。
• 移動する車両や歩行者が引き起こす遮断がパスゲインおよび遅延スプレッドに与える影響を評価すること。
• リアルタイムで固定ビームと動的指向可能ビーム構成の性能を比較すること。
• ビームフォーミングシステム設計のための、角度統計の時間的依存性に関する実証的データを提供すること。

提案手法

• 送信側および受信側に8×2フェーズドアレイアンテナを備えた、実時間かつ位相整合なチャネルサウンダーを用い、電子的ビームステアリングを実現した。
• 400 MHz帯域、801トーン、500 kHz間隔のスイープワイドバンド波形を用い、1パルス長1 μs、バースト繰返しレート16.66 Hzとした。
• 2 μsでビーム切り替えが可能で、10°の角度分解能を達成し、時間経過に伴う多径成分を高速かつ整合的に追跡可能であった。
• 3つのシナリオで測定を実施した：視線内（LoS）で移動する車両がある状況、視線外（NLoS）で歩行者がいる状況、移動するバスによるLoS遮断。
• 位相整合信号処理により、時間変動パrameter（DoA、DoD、RMS遅延スプレッド、パスゲイン、ドップラー周波数シフト）を抽出した。
• 移動物体の動画記録を同期させることで、ドップラーおよび速度推定値の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 移動する車両や歩行者が影響を与える場合、受信側の到着方向（DoA）および送信側の送信方向（DoD）は時間経過とともにどのように変化するか？
• RQ2 動的mmWave環境におけるパスロス、遅延スプレッド、および角度拡散の時間的挙動は何か？
• RQ3 移動する車両による遮断がパスゲインおよび遅延スプレッドに与える影響は何か？また、遮断の持続時間および深さはどの程度か？
• RQ4 固定ビームと動的指向可能ビーム構成の間で、性能指標にどのような差が生じるか？
• RQ5 移動する散乱体がmmWaveチャネルの角度およびドップラー特性に、どの程度の速やかな変化を引き起こすか？

主な発見

• 移動する車両や歩行者の影響により、受信側の平均DoAは3秒間で-10°から10°の間で連続的に変動した。
• 同じ期間に、送信側の角度拡散は12°から31°に増加し、顕著な散乱ダイナミクスを示した。
• 移動中のバスによる遮断で、最大24 dBの過剰パスロスが発生し、240 ms間持続した。バスの後端が通過した後にも270 msの第2のディップが観測された。
• バス遮断中、RMS遅延スプレッドは6.5 nsから50 nsに増加し、多径分散が増大したことを示した。
• 最適ビームペアのパスゲインは1秒間で最大10 dBの変動を示し、一時的なビーム優位性が確認された。
• ドップラースペクトルは物体の速度を正確に追跡でき、すべての移動する車両および歩行者について、動画ベースの真値と一致した速度推定値が得られた。