空间信道建模概述
空间信道模型（SCM）和空间信道模型扩展（SCME）是基于相关性的空间信道建模方法，旨在与宽带信道测量结果保持一致，特别是窄角扩散行为。SCM 由 3GPP-3GPP2 联合临时工作组开发，用于评估多天线系统和算法，而 SCME 则通过 WINNER 项目扩展了带宽至 100MHz。
基于相关性的建模方法
基于相关性的空间信道建模使用滤波复高斯噪声样本来获取独立的时域衰落序列，这些序列在相关性矩阵中表现出空间相关性。该方法通过定义相关性矩阵来模拟天线单元之间的相关性，包括到达角（AoA）、功率方位谱（PAS）、天线间距和系统带宽等因素。
关键特性
- 频率相关性：描述信道频率选择性，由多径信号中的路径差异产生，与相干带宽相关。宽带信道（>1MHz）中信号电平变化显著，需采用频率分集和频率选择性调度等技术。
- 时间相关性：描述随时间变化的衰落信号，用于模拟天线以恒定速度通过衰落场时的运动。时间采样率与距离采样类似，归一化到波长。
- 空间相关性：描述天线单元之间的相关性，是信号条件（如 AoA、PAS、天线间距和带宽）的函数。空间相关性还可能包括天线极化的影响。
窄角扩散的影响
窄角扩散是空间相关性和自相关性的主要来源，其影响随角度变化而变化。窄角扩散导致更高的相关性，表现为信号强度增加和相关性在较大采样距离上保持较高。
多普勒频谱
- 经典多普勒频谱：基于 U 形分布，仅与速度相关。
- 拉普拉斯分布：用于模拟窄角扩散，产生单侧多普勒频谱，与 AS、AoA、DoT 和速度相关。
空间相关性建模
空间相关性通过功率方位谱（PAS）和天线间距来建模。拉普拉斯 PAS 导致高相关性，表现为天线单元之间的相关性幅度高（约 0.7 至 1.0）。
相关性矩阵
- 基站天线相关性：通过公式计算，如公式 6 所示。
- 用户天线相关性：与基站类似，但天线间距更小，相关性可能降低。
- 克罗内克积：用于简化 2x2 MIMO 配置的相关性矩阵计算，但假设交叉项相同，可能不完全准确。
信道建模
- 信道矩阵 H：表示发射和接收天线单元之间的信号增益和相位，形成 H 矩阵。
- 空间相关信道矩阵：通过相关性矩阵生成，考虑 AoD 或 AoA 的差异。
- 时空间相关信道模型 HST：结合空间相关性和时间相关性，通过多普勒滤波器生成时域衰落样本。
结论
基于相关性的空间信道模型（SCM 和 SCME）能够有效模拟宽带信道中的窄角扩散行为，并通过相关性矩阵和多普勒滤波器生成空间和时间相关的信道样本。这些模型对于评估多天线系统和算法具有重要意义，能够提供与实际测量结果一致的性能评估。
