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Coherence parameters in 5G NR

時間・帯域・角度の特性とその影響を理解する

5Gのコヒーレンスパラメーター

目次:

コヒーレンス時間 (Tc) は、チャネルが統計的に安定していると見なせる時間の長さを示し、最大ドップラー周波数 (fd) と Tc ≈ k/fd の関係で近似されます。 定数 k は「コヒーレンス時間」をどのように定義するかに依存し、特にチャネルの自己相関関数のレベルに基づきます。 例えば、自己相関が0.5まで低下する時間では k ≈ 0.423 (Clarkeのフェージングモデルに基づく一般的な基準)、0.9まで低下する時間では k ≈ 0.35 となります。 単純な近似としては k = 1 も用いられます。

移動速度が速くなるほど、あるいはキャリア周波数が高くなるほど、ドップラー効果によりチャネルの変動が大きくなり、結果としてfdが増加しTcが短くなります。

影響要因

システム設計での考慮点

計算式

最大ドップラー周波数 fd = v × fc
コヒーレンス時間 Tckfd
対話型計算シミュレーター:

入力値: v = km/h ( m/s), f = GHz, k =

fd = ( × ) / c ≈ Hz

Tc / ms

コヒーレンス帯域 Bcは、マルチパス伝播環境でチャネルが一貫している(フラットとみなせる)周波数領域の範囲を示します。 RMS遅延スプレッド(Root Mean Square Delay Spread)が大きいほど、マルチパス成分による周波数選択性が強まり、コヒーレンス帯域が小さくなります。 都市部など反射の多い環境では特に顕著です。

影響要因

システム設計での考慮点

計算式

コヒーレンス帯域 Bc12π × τrms
対話型計算シミュレーター:

入力値: τrms = ns ( s)

Bc ≈ 1 / (2π × ) ≈ MHz

コヒーレンスアングルは、空間的なチャネルの相関が保たれる角度範囲を示します。 アンテナ素子数(N)が多いほどビームが細くなり、波長(λ)が短い高周波数帯では角度分解能が向上します。受信アンテナに対する信号の入射角(θ)にも依存します。

影響要因

システム設計での考慮点

計算式

ハーフパワービーム幅 θHPBWλN × d × sin(θ)
対話型計算シミュレーター:

(1) f = GHz → λ = c/f m

(2) N = , d m ()

(3) θHPBW / ( × × sin(°)) ≈ °