3D MIMO信道参数估计算法研究与仿真实现

摘要

随着无线通信技术的进一步发展，为了优化和改善通信系统，许多研究组织和机构对MIMO技术展开了更深入的研究。然而，MIMO技术提供的信道容量和频谱利用率很大程度上取决于无线信道模型的信道特性。所以，信道模型作为通信系统中决定通信质量最重要的环节之一，其建模的准确性对无线通信技术的发展有着举足轻重的作用。目前商用化的LTE-A系统中仍然使用2D MIMO技术，3D MIMO技术作为信道建模研究的一个重要课题已经被纳入LTE-A系统演进版本。
　　为了更准确地对现实中MIMO信道环境进行建模，本文主要研究3D MIMO信道建模的关键技术。信道建模的基础是业界主流的SCM模型及其扩展SCME模型，但是这些模型都是基于几何的二维随机信道模型，模型中关于无线信道的统计特性描述只存在水平维度的方位角分量，而没有考虑垂直维度的仰角分量，并不完全符合实际的无线信道。针对这个问题，本文在延续几何随机信道建模方式的基础上，引入垂直维度的仰角参数，建立更符合实际的三维信道模型，主要内容包括以下三方面：
　　首先，研究传统的SCM、SCME信道模型，分析其信道建模方法，然后在此基础上对已有的WINNER II信道模型进行扩充。WINNER II信道模型对多种通信场景下的水平方位角都有测量和统计，但是没有关于仰角的统计，因此需要引入相应场景下的仰角参数。
　　其次，研究信道参数估计算法中的MUSIC、ESPRIT和SAGE算法，仿真分析MUSIC和ESPRIT算法优缺点，同时对SAGE算法进行必要的推广和改进，使其能够估计三维信道的信道参数。
　　最后，完成3D天线阵列和3D MIMO信道建模，并对仿真的3D MIMO信道进行验证，统计分析信道的时域特性、包络特性、用户下倾角分布和信道容量，同时根据3GPP标准协议对垂直维度的角度扩展进行比对校准，为后续的研究提供可靠的三维信道模型。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景与意义

1.3 相关领域国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容和章节安排

第2章 无线信道衰落特性和信道模型分析

2.1 无线信道衰落特性分析

2.2 二维信道模型分析

2.3 WINNER II信道模型分析

2.4本章小结

第3章 信道参数提取技术

3.1 MUSIC算法

3.2 ESPRIT算法

3.3 3D SAGE算法

3.4 本章小结

第4章 3D MIMO信道建模和仿真

4.1 3D天线阵列建模

4.2 3D MIMO信道建模

4.3 3D MIMO信道仿真与分析

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献