无线MIMO系统的信道容量和可靠性能研究

摘要

多输入多输出(MIMO)技术是在通信系统的收发两端放置多根天线的一种通信技术，是近年来无线通信领域理论研究的一个重大突破。该技术能在不增加系统带宽和发射功率的前提下大大增加系统容量、提高系统频带利用率、改善系统的性能，成为新一代高数据率、多数据类型无线通信系统的关键技术。MIMO技术通常可以分为空间复用(利用MIMO提高系统频谱效率的优点)和空间分集(利用MIMO改善系统可靠性能优势)两种方式。分层空时编码是基于MIMO的空间复用技术，空时分组码和空时网格码是基于发射分集的技术，分集接收是基于接收分集的技术。 本文对无线移动通信系统中的信息传输技术进行了研究，主要集中在多天线技术的一些系统理论性能分析。论文共有七章，主要工作如下：第三章研究了具有相关性的MIMO系统的信道容量(包括遍历容量和中断容量)，提出了在不同相关条件下对信道容量进行比较的研究思路，分析了莱斯衰落信道的信道容量，还讨论了具有不同发射信道信息的系统容量；第四章分析了相关MIMO系统最大比合并的系统中断概率和两发多收(或两收多发)系统在不同调制方式下的系统平均错误概率；第五章研究了具有同信道干扰的单发多收系统的传输可靠性能，着重研究了具有不等功率同信道干扰的情况下最大比合并技术的性能，分析了多种不同衰落类型的期望信号和干扰信号的系统；第六章讨论了具有相关性的信道中正交空时分组码的系统容量和性能，并且给出了非常精确的遍历容量和中断容量的近似分析；为了验证文中理论分析的正确性，本文每个部分都通过设计适当的Monte-Carlo仿真实验，将实际仿真和理论数值计算结果进行了比较分析。

目录

文摘

英文文摘

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第1章 绪论

1.1移动通信系统的演进

1.2多天线MIMO技术的概况

1.3本文内容和结构安排和研究意义

第2章无线MIMO空时信道模型

2.1引言

2.2移动多径信道

2.2.1多径时延扩展产生的频率选择性衰落

2.2.2多普勒扩展引起的时间选择性衰落

2.2.3角度扩展引起的空间选择性衰落

2.3几种常用的小尺度衰落信道统计特性

2.3.1高斯信道

2.3.2瑞利信道

2.3.3 Rician衰落信道

2.3.4 Nakagami衰落信道

2.4平坦衰落MIMO信道模型

2.5总结

第3章MIMO信道的信道容量

3.1引言

3.2 MIMO信道容量的一般性推导

3.2.1遍历容量

3.2.2中断容量

3.3瑞利衰落信道的信道容量

3.4瑞利衰落信道下几种极端相关的信道容量分析

3.4.1发送和接收都不相关(独立同分布信道)

3.4.2发送全相关接收不相关

3.4.3发送不相关接收全相关

3.4.4发送全相关接收全相关

3.4.5容量差分析

3.4.6仿真分析

3.5 Rician衰落信道下的信道容量

3.6发送端信道状态信息(CSI)对容量的影响

3.7总结

第4章MIMO最大比合并的系统性能分析

4.1引言

4.2系统模型

4.3系统中断概率

4.4系统平均错误概率的计算

4.4.1输出信噪比的概率密度函数

4.4.2输出信噪比的矩生成函数(MGF)

4.4.3 MPSK信号误符号率(SER)和二进制信号的误比特率(BER)

4.5仿真分析

4.6总结

第5章具有同信道干扰的最大比合并系统性能分析

5.1引言

5.2系统模型

5.2.1瑞利衰落

5.2.2 Rician衰落

5.2.3 Nakagami衰落

5.3瑞利同信道干扰的系统

5.3.1 SINR的统计特性

5.3.2系统的中断概率

5.3.3系统的平均错误概率

5.3.4仿真与分析

5.4 Nakagami同信道干扰的系统

5.4.1联合同信道干扰和AWGN效应的系统中断概率

5.4.2系统输出信干比(SIR)统计特性

5.4.3系统的平均错误概率分析

5.4.4仿真与分析

5.5总结

第6章正交空时分组码的容量与性能分析

6.1引言

6.2系统模型

6.3信道特性和λ的分布特性

6.3.1瑞利衰落

6.3.2 Rician衰落

6.4系统容量及其近似分析

6.4.1精确的系统遍历容量

6.4.2容量近似分析

6.5 MPSK调制的平均错误概率

6.6仿真与分析

6.7总结

第7章结束语

7.1全文总结

7.2未来展望

参考文献

附录

攻读学位期间公开发表论文

致 谢

研究生履历