[论文解读] Large-Scale Parameters of Spatio-Temporal Short-Range Indoor Backhaul Channels at 140 GHz

Sinh Le Hong Nguyen, Katsuyuki Haneda+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2020

Millimeter-Wave Propagation and Modeling参考文献 22被引用 39

一句话总结

本论文在购物中心和机场值机大厅开展了140 GHz室内信道测量，估计短距离后向链路的全向大尺度参数（路径损耗、时延扩展、方位扩散），并与3GPP NR InH模型进行比较。

ABSTRACT

The use of above-100 GHz radio frequencies would be one of promising approaches to enhance the fifth-generation cellular further. Any air interface and cellular network designs require channel models, for which measured evidence of largescale parameters such as pathloss, delay and angular spreads, is crucial. This paper provides the evidence from quasi-static spatiotemporal channel sounding campaigns at two indoor hotspot (InH) scenarios at 140 GHz band, assuming short-range backhaul connectivity. The measured two InH sites are shopping mall and airport check-in hall. Our estimated omni-directional large-scale parameters from the measurements are found in good match with those of the Third Generation Partnership Project (3GPP) for new radios (NR) channel model in InH scenario, despite the difference of assumed link types and radio frequency range. The 3GPP NR channel model is meant for access links and said to be valid up to 100 GHz, while our measurements cover shortrange backhaul scenarios at 140 GHz. We found more deviation between our estimated large-scale parameters and those of the 3GPP NR channel model in the airport than in the shopping mall.

研究动机与目标

• 推动在5G+场景下超100 GHz频段用于室内短距后向的探索。
• 提供在140 GHz下的大尺度信道参数（路径损耗、时延扩展、方位扩散）的实测证据。
• 评估尽管链路类型不同，测得的参数与3GPP NR InH模型的符合程度。
• 强调购物中心和机场环境的差异及对信道建模的影响。

提出的方法

• 使用在140 GHz的准静态时空信道探测仪，结合VNA、上/下变频器，以及光纤射频扩展以扩展覆盖距离。
• 在两个室内热点地点（购物中心和机场值机大厅）进行测量，设置较高的发射与接收高度，且以LOS主导的链路。
• 通过对PADP峰值检测并结合天线增益去嵌入（G_a = 19 dBi）的方法，估计多径参数（alpha_l, phi_l, tau_l）。
• 从估计的多径参数导出全向大尺度参数（路径损耗、时延扩展、方位扩散），并将其与3GPP NR InH LOS模型进行比较（将频率替换为140 GHz）。
• 通过校准来解决信道测量仪器传输函数的不稳定性，并在参数估计中考虑动态范围限制。

实验结果

研究问题

• RQ1 购物中心和机场环境中，140 GHz室内短距后向信道的全向大尺度参数（路径损耗、时延扩展、方位扩散）是什么？
• RQ2 在室内热点场景中，140 GHz测量与3GPP NR InH LOS模型参数（频率项调整为140 GHz）的一致性有多高？
• RQ3 这两个室内地点是否在偏离3GPP NR模型方面表现出不同的水平，哪些环境因素促成这些差异？
• RQ4 测得的长时延多径与角度扩散对高频室内后向设计的实际意义是什么？

主要发现

• 购物中心的140 GHz路径损耗与LOS模型的偏差在平均值上为 +0.9 dB（标准差 3.6 dB）。
• 购物中心的时延扩展与LOS模型的偏差在平均值上为 +1.3 ns（标准差 8.5 ns）。
• 购物中心的方位扩散在 AoD 平均偏差为 +18.0°，AoA 为 −0.2°，标准差 11.6°。
• 在机场，路径损耗与 LOS 模型的偏差为 −0.9 dB（标准差 3.6 dB）。
• 机场显示出比 LOS 模型更大的时延扩展（均值 54 ns，标准差 40 ns），原因是长时延多径；方位扩散通常小于 LOS 模型预期（均值差异：AoD −13.4°, AoA 4.8°；标准差 9.1°）。
• 总体而言，3GPP NR InH LOS 模型在140 GHz下与购物中心的测量一致性优于机场测量。