第3章
大规模天线无线信道建模
3.4 坐标系模型
3.5 天线模型
为建模 3D 垂直维度波束赋形及大规模天线波束赋形传输过程中信号经历 的无线信道，统一规定 3D 信道中天线模型参数如下：
① 天线阵列呈 2D 平面排列，使用 N 表示天线列数，M 表示每一列中同一 极化方向天线的个数；
② 天线可以是交叉极化阵列（CPA，Cross-Polarized Array），如图 3.9（a） 所示；也可以是均匀线性阵列（ULA，Uniform Linear Array），如图 3.9（b）所示；
③ 水平方向天线间距相同，使用 dH 表示；垂直方向天线间距相同，使用 dV 表示；
④ 天线辐射方向图，天线增益等参数规定见表 3.2。
对于高频段，基站和终端将普遍采用多面板的天线阵列实现方式。天线阵 列建模为一个二维的天线面板阵列，包括 MgNg 个面板。其中 Mg 是阵列中的 一列包含的天线面板数量，Ng 是一行包含的面板数量。水平方向和垂直方向 的相邻面板之间的距离分别记为 dg,H和 dg,V,如图 3.10 所示。每个面板都可以 看成是一个子阵列，该子阵列是由 MNP 个天线单元组成的，其构成和排列方 式如图 3.9 所示。
因此，高频和低频的天线阵列可以统一通过一个五元组来定义：（Mg，Ng， M，N，P）。低频的天线阵列可以看成一种特殊的形式，即 Mg = Ng = 1。
表 3.2 中“天线辐射方向图”分别规定了天线垂直辐射方向图、天线水平 辐射方向图和天线 3D 辐射方向图。其中，天线 3D 辐射方向图由水平和垂直方 向图计算得到。
3.5.1 双极化天线模型
由于表 3.2 中天线增益 ( ) dBA '' '', '' θ φ
是在天线单元所在极化方向的坐标系 中定义的，当天线为双极化天线时，天线的极化角度 ζ 导致该天线单元所在 极化方向的坐标系与双极化天线参考坐标系（对应于 3.4 节中的 LCS）间 存在夹角 ζ ，所以在建模天线增益 A′( θ′ , φ′ )与场分量 F θ ′( θ′ ， φ′ )时需要考虑 坐标系间的转换。本节讨论 3D 模型中双极化天线的天线增益及场分量的 建模方法，当前主要有两种双极化天线建模方法，模型一使用了 3.4.2 节给 出的两个坐标系间的转换公式；模型二只考虑了天线增益及场分量中由于 天线倾角引入的几何关系，没有使用转换公式。两种双极化天线模型介绍 如下。
（1）模型一
（2）模型二
模型二中没有考虑坐标系间的转换关系，认为天线的场分量等于天线图在 相应方向上的映射。假设 ζ 为双极化天线的倾角，则在双极化天线参考坐标系 （对应于 3.4 节中的 LCS）中的场分量可由式（3-23）和式（3-24）计算。
3.5.2 UE 方向及天线模型
由于系统中不同用户的 UE 方向不同，需要定义每个 UE 的初始化角度， 才能进一步地将 UE 局部坐标系 LCS 中的天线增益模型使用 3.4 节的方法转换 到全局坐标系 GCS 中。UE 的方向可以用 3.4.2 节中定义的 3 个旋转角度 α 、 β 、 γ 表示。
对于 UE 方向的分布，有两种备选方案。
在信道模型的应用中，可以使用这两种方案对 UE 方向进行建模，并根据 不同的信道场景或不同的评估目标选择合适的方案。