2月3日消息,北京邮电大学张建华教授团队在6G关键基础研究领域取得重要进展的成果以《被3GPP采纳的面向6G的6-24GHz频段(FR3)超大规模MIMO近场传播与空间非平稳信道模型》(中译名)发表于IEEE Journal on Selected Areas in Communications,该模型被3GPP无线接入网第一工作组第121次会议正式采纳,写入TR 38.901技术报告,5G与6G公众号(ID:angmobile)了解到为FR3频段6G超大规模MIMO系统的链路设计、资源分配与性能优化提供了基础支撑。
FR3频段已在3GPP RAN第96次会议及国际电信联盟2023年世界无线电通信大会上被明确为6G主频段之一。当FR3与超大规模MIMO结合时,可通过高增益、窄波束实现超高数据速率与广域覆盖。但这一技术路径同时对信道建模提出了全新要求,如果基础模型无法真实反映传播机理,链路设计、资源调度与性能评估都将出现系统性偏差。
传统5G信道模型的核心假设是远场传播和空间平稳性,即认为无线波前在阵列尺度上可近似为平面波,各阵元经历的统计信道特性一致。张建华团队通过构建包含1536个阵元的超大规模MIMO实测平台(如下图),5G与6G公众号了解到其利用FR3频段实测数据系统验证了这些假设在6G典型配置下的失效性。

首先,阵列孔径的大幅增长叠加更短的工作波长,使用户落入天线近场区域成为常态,阵元间相位随位置呈现明显非线性变化(下图左),多径的到达角和离开角也随阵元索引发生偏移(下图右),平面波模型在物理层面已无法成立。

其次,阵列尺度增大后,局部遮挡、不完全散射等现象更加突出,不同阵元的传播环境存在显著差异,导致信号功率和统计分布沿阵列方向波动(如下图),空间平稳假设随之破裂。

在此基础上,该团队并未推翻既有标准框架,而是选择在TR 38.901原模型之上进行结构化扩展,提出双维度参数扩展机制。
第一维是阵列维度的引入,5G与6G公众号了解到将原本对整个阵列统一的信道参数,扩展为与阵元索引相关的动态变量,使模型能够描述近场球面波传播导致的相位非线性以及空间非平稳引起的功率演化。
第二维是物理到标准的映射,把球面波源距离、功率衰减因子等反映真实传播机理的参数,通过标准化接口嵌入模型,从而在不破坏系统级仿真工具兼容性的前提下,引入新的物理自由度。
从量化结果看,该模型在典型场景中的改进具有明确数据支撑。
在室内热点环境下,新模型将频谱效率预测误差从2.47 bps/Hz显著降低至0.6 bps/Hz(如下图),显示其对近场效应的刻画明显优于传统模型。

在城市微蜂窝场景中,通过引入空间非平稳特性,该模型对多径能量沿阵列衰减规律的复现更加接近实测结果,信号强度与基线模型的误差控制在0.17 dB以内(如下图)。

这些数据表明,该模型不仅在理论上更符合物理现实,在工程指标上也具备直接价值。
总体上看,这一成果的重要意义较多。
首先,它为FR3频段6G超大规模MIMO提供了可用于标准、仿真与设计的统一信道基础,5G与6G公众号认为降低了从概念验证到系统实现的风险。
其次,通过增量式扩展而非彻底重构,证明了在既有3GPP标准体系内引入近场和非平稳特性的可行路径。
第三,被标准采纳意味着该模型将成为未来6G链路评估、资源分配算法设计和性能对标的共同起点,将产生长期影响


VIP复盘网