Measurement Campaigns, Datasets, and Curve Fitting Officially Used by 3GPP in the Release 19 for Channel Modeling in TR 38.901 for 7-24 GHz

Titel: Meetcampagnes, Datasets en Krommenpassing Gebruikt door 3GPP in de Validatie van het TR 38.901 Kanaalmodel voor Rel-19 in het 7–24 GHz-band.

1. Probleemstelling

Het bestaande 3GPP Technical Report (TR) 38.901 biedt een uitgebreid kanaalmodel voor frequenties tussen 0,5 en 100 GHz. Echter, meer dan 80% van de data die gebruikt werd voor de ontwikkeling van dit model, is gebaseerd op frequentiebanden onder de 6 GHz en boven de 24 GHz. Het frequentiebereik van 7 tot 24 GHz is hierdoor aanzienlijk ondervertegenwoordigd.

Met de komst van 3GPP Release 20 (gericht op 5G-Advanced en de initiële studies voor 6G), wordt een nauwkeurig kanaalmodel voor dit specifieke 7–24 GHz-band essentieel. De huidige modellen dienen als industriestandaard voor systeemontwerp en evaluatie; zonder tijdige updates gebaseerd op realistische data in dit bereik, kunnen toekomstige 6G-toepassingen niet optimaal worden ontworpen. De studie in Release 19 had als doel het bestaande model te valideren met metingen in dit bereik en waar nodig aan te passen.

2. Methodologie

De auteurs hebben een uitgebreide analyse uitgevoerd gebaseerd op officiële 3GPP-studies en meetcampagnes. De methodologie omvatte de volgende stappen:

• Datacollectie: Er werden meetgegevens (Measurement Campaigns) en stralingsvervolgingsdata (Ray-Tracing, RT) verzameld van diverse industriële partners (zoals Sharp, Nokia, Samsung, Apple, Huawei, Ericsson, AT&T, etc.) en academische instellingen.
• Scenario's: De data werd geanalyseerd voor verschillende propagatiescenario's:
  • Outdoor: UMi (Urban Microcell - Street Canyon), UMa (Urban Macrocell), SMa (Suburban Macrocell - nieuw toegevoegd in TR 38.901 update), en RMa (Rural Macrocell).
  • Indoor: InH (Indoor Office) en InF (Indoor Factory).
  • Materiaal: Penetratieverlies voor veelvoorkomende materialen (o.a. multiplex).
• Parameters: Er werd gekeken naar diverse kanaalparameters, waaronder:
  • Padverlies (PL) en excess padverlies.
  • Schaduwvaging (Shadow Fading).
  • Vertragingsspreiding (Delay Spread - DS).
  • Hoekspreiding van vertrek en aankomst (ASD/ASA) en zenithspreiding (ZSA).
  • Aantal clusters en K-factor.
• Curve Fitting (Krommenpassing): De verzamelde statistieken (gemiddelde en standaarddeviatie) werden onderworpen aan curve-fitting analyses. Er werden verschillende methoden toegepast, waaronder Ordinary Least Squares (OLS), Weighted Least Squares (WLS), Arithmetic Mean (AM) en Weighted Mean (WM).
• Validatie: De resultaten van deze fittingen werden vergeleken met de bestaande modellen in 3GPP TR 38.901 om te bepalen of aanpassingen nodig waren voor het 7–24 GHz-bereik.

3. Belangrijkste Bijdragen

Dit document levert de volgende cruciale bijdragen aan de standaardisatiegemeenschap:

1. Compendium van Data: Het biedt een overzichtelijke samenvatting van alle officiële meetcampagnes en datasets die door 3GPP zijn gebruikt voor de Rel-19 studie, inclusief de bronnen, frequenties en bandbreedtes.
2. Toegang tot Datasets: Het document verwijst naar een officieel Excel-bestand (CM data source_v041.xlsx) dat de geaggregeerde datasets bevat voor de parameters die tot updates hebben geleid. Dit maakt de data transparant en toegankelijk voor de onderzoeksgemeenschap.
3. Gedetailleerde Curve-Fitting Resultaten: Het presenteert de specifieke wiskundige formules en fitting-parameters die zijn afgeleid voor elke scenario (UMi, UMa, SMa) en parameter (DS, ASD, ASA, ZSA), gesplitst in LOS (Line-of-Sight) en NLOS (Non-Line-of-Sight) omstandigheden.
4. Validatie van het 7–24 GHz-bereik: Het bevestigt de continuïteit van het kanaalmodel onder de 7 GHz en boven de 24 GHz, en valideert de stochasticiteit van het model binnen het tussenliggende bereik.

4. Resultaten

De analyse leverde specifieke inzichten op voor de verschillende scenario's:

• UMi (Urban Microcell): Voor de "Street Canyon" scenario's werden nieuwe fittingen gevonden voor de gemiddelde vertragingsspreiding (DS) en hoekspreidingen (ASD, ASA, ZSA). In sommige NLOS-scenario's vertoonden de nieuwe fittingen (op basis van Rel-19 data) significante afwijkingen van het oorspronkelijke TR 38.901 model, wat suggereert dat het model voor dit specifieke bereik moet worden aangepast.
• UMa en SMa: Voor Urban Macrocell en de nieuwe Suburban Macrocell scenario's werden eveneens nieuwe gemiddelde waarden en standaarddeviaties bepaald. Voor SMa werden bijvoorbeeld arithmetic mean (AM) fittingen gebruikt voor zowel LOS als NLOS.
• Materiaalpenetratie: Er werd een empirisch model ontwikkeld voor het penetratieverlies van multiplex (plywood) over het bereik 0,5–30 GHz, met een formule van 1.03 + 0,17 * f. Dit model wordt geëxtrapoleerd tot 100 GHz.
• Consistentie: De studie benadrukte dat de continuïteit van het kanaalmodel over de frequentiedomeinen (onder 7 GHz, 7–24 GHz, en boven 24 GHz) moet worden gewaarborgd. De curve-fitting resulteerde in modellen die naadloos aansluiten bij de bestaande parameters.

5. Betekenis en Conclusie

Dit document is van fundamenteel belang voor de ontwikkeling van toekomstige mobiele netwerken (5G-Advanced en 6G).

• Standaardisatie: Het vormt de basis voor de officiële updates van het 3GPP TR 38.901 kanaalmodel, waardoor ontwerpers van communicatiesystemen kunnen vertrouwen op accurate modellen voor het 7–24 GHz-bereik.
• Transparantie: Door de datasets en methodologieën openbaar te maken, wordt de reproduceerbaarheid van de standaardisatieprocessen bevorderd.
• Toekomstgericht: De bevindingen dienen als referentie voor verdere studies, met name voor het uitbreiden van kanaalmodellen naar andere frequentiebanden en het integreren van nieuwe concepten zoals nabij-veld propagatie en ruimtelijke non-stationariteit.

De auteurs sluiten af met een oproep aan de onderzoeksgemeenschap om verdere meetcampagnes uit te voeren in diverse geografische regio's en omgevingen om de robuustheid en generalisatie van de gestandaardiseerde stochastische kanaalmodellen te versterken.