[论文解读] 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 5

一句话总结

该论文首次在28 GHz频段利用实时、相位相干的信道探测仪与电子波束成形相控阵天线，实现了动态双向毫米波信道测量。结果揭示了由于车辆和行人运动导致的到达角（DoA）/离开角（DoD）、角扩展以及路径增益的快速时变特性，表明在动态环境中，波束跟踪对于维持链路质量至关重要。

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.

研究动机与目标

• 在室外微蜂窝环境中，首次开展28 GHz频段的动态、双向分辨毫米波信道测量。
• 研究移动散射体引起的时变信道特性，包括路径损耗、延迟扩展、平均角度和角扩展。
• 评估移动车辆和行人造成的遮挡对路径增益和延迟扩展的影响。
• 在实时条件下比较固定波束与动态波束成形配置的性能表现。
• 为波束成形系统设计提供角统计特性时变依赖关系的经验数据。

提出的方法

• 在收发两端均采用8×2相控阵天线，利用实时、相位相干的信道探测仪实现电子波束成形。
• 采用扫频宽带信号波形（带宽400 MHz，共801个子载波，间隔500 kHz），脉冲宽度为2 μs，脉冲重复频率为16.66 Hz。
• 实现2 μs内完成波束切换，角分辨率10°，可实现对时变多径分量的快速、相干跟踪。
• 在三种场景下进行测量：存在移动车辆的视 Line-of-Sight（LOS）场景、非视 Line-of-Sight（NLOS）场景下行人遮挡，以及移动公交车造成的LOS遮挡。
• 通过相干信号处理提取时变参数，包括DoA、DoD、均方根延迟扩展、路径增益和多普勒频移。
• 利用与运动物体同步的视频记录对多普勒和速度估计结果进行验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 面对移动车辆和行人，到达角（DoA）和离开角（DoD）如何随时间演变？
• RQ2 在动态毫米波环境中，路径损耗、延迟扩展和角扩展的时变行为如何？
• RQ3 移动车辆造成的遮挡如何影响路径增益和延迟扩展？遮挡的持续时间与深度如何？
• RQ4 固定波束与动态波束成形配置在性能指标上存在哪些差异？
• RQ5 移动散射体在多大程度上引起毫米波信道角域和多普勒特性快速变化？

主要发现

• 由于移动车辆和行人影响，接收端的平均DoA在3秒内持续在-10°至10°之间变化。
• 同一时间段内，发射端的角扩展从12°增至31°，表明存在显著的散射动态特性。
• 移动公交车造成的遮挡导致最大额外路径损耗达24 dB，持续240 ms，公交车尾部通过后出现第二次深度为270 ms的损耗。
• 在公交车遮挡期间，均方根延迟扩展从6.5 ns增至50 ns，反映出多径展宽加剧。
• 最优波束对的路径增益在1秒内波动最大达10 dB，表明存在瞬时波束优势。
• 多普勒谱能准确跟踪物体速度，所有移动车辆和行人的速度估计值与基于视频的真值一致。