MIMO-60GHz系统的性能与天线选择算法研究

摘要

随着多媒体技术的发展，无线通信的传输速率越来越不能满足人们的需求，这种市场需求就刺激了宽带无线通信的研究。60GHz无线通信技术的传输速率能够达到数Gbps，保密性好，安全性高,所以60GHz无线通信系统的研究将会是人们的研究热点。多输入多输出(MIMO，multiple-input-multiple-output)技术在多径衰落环境中，不仅可以实现高速传输，而且可以改善传输质量，已经成为了无线通信领域的研究热点。
　　60GHz信号具有很高的频率和高度方向性。在传播过程中，障碍物会对60GHz信号产生很强的吸收作用，60GHz信号的散射作用非常微弱，所以将MIMO技术用于60GHz无线通信系统，可以抑制60GHz信号较大的路径损耗和严重的多径衰落，从而提高60GHz无线通信系统的性能。
　　本文主要的研究内容就是在60GHz无线通信系统中使用MIMO技术，构建了MIMO-60GHz无线通信系统，在此基础之上分别研究了MIMO-60GHz无线通信系统在独立信道和相关信道下的容量和误码率。本文主要的工作有以下几个方面：
　　1.分析了MIMO-60GHz无线通信系统在独立信道下的容量和误码率。在系统容量方面，研究了采用平均法和注水法两种功率分配方案对MIMO-60GHz无线通信系统容量的影响；在系统误码率方面，研究了以Alamouti码为代表的正交空时分组码对MIMO-60GHz无线通信系统误码率的影响。
　　2.丰富的散射环境对于能否产生独立信道是非常重要的。在实际的环境中，对于60GHz及以上的频率，由于很高的反射能量损失，散射作用非常微弱，这就会导致空域相关性很大，非常不利于空间复用。60GHz信道之间往往不是相互独立的，而是相关的,这刺激了对室内环境的空间相关的MIMO-60GHz无线通信系统的研究。在此基础上，构建了MIMO-60GHz无线通信系统的相关信道模型，主要研究了相关信道中的天线间距、角度扩展、中心入射角等重要参数对MIMO-60GHz无线通信系统容量和误码率的影响。
　　3.为了改善MIMO-60GHz无线通信系统在相关信道下的性能，研究了不同的天线选择算法，在此基础上，提出了一种基于Doolittle-QR分解的快速天线选择算法，并作了相应的仿真分析。
　　本文通过对MIMO-60GHz无线通信系统在独立信道和相关信道下的性能研究，可以得到如下几点结论：
　　1.相关信道中的天线间距、角度扩展、中心入射角等重要参数对MIMO-60GHz无线通信系统容量和误码率产生影响。MIMO-60GHz无线通信系统为了减小相关性的影响，必须合理的设计系统的多天线结构，因此天线间距、角度扩展、中心入射角等重要参数对多天线结构的设计是非常重要的。
　　2.以容量最大化为准则，提出了基于Doolittle-QR分解的快速天线选择算法。与最优天线选择算法、递增天线选择算法、随机天线选择算法进行比较，研究了基于Doolittle-QR分解的天线选择算法对系统容量的影响。通过MATLAB仿真，得到的实验结果表明：与随机天线选择算法相比较，基于Doolittle-QR分解的天线选择算法可以获得较好的容量性能，而且与最优天线选择算法的差距不是很大，不仅保持了MIMO-60GHz无线通信系统很好的分集效果，而且可以降低系统编码的复杂度。基于Doolittle-QR分解的天线选择算法可以很好的适用于室内环境的60GHz信道。
　　本文在60GHz无线通信系统中使用MIMO技术，构建了MIMO-60GHz无线通信系统，然后在独立信道的基础上，构建了MIMO-60GHz无线通信系统的相关信道模型，分别研究了MIMO-60GHz无线通信系统容量和误码率，可以在理论方面为将来60GHz相关系统的设计提供支持，在实践方面为相关产品的开发提供指导，对促进60GHz无线通信技术的广泛应用具有重要的意义。

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1 绪论

1.1 60GHz无线通信

1.2 MIMO技术

1.3 天线选择技术

1.4 本文的主要工作和结构安排

2 MIMO-60GHz无线通信系统

2.1大尺度衰落特性研究

2.2小尺度衰落特性研究

2.3 MIMO-60GHz无线通信系统

2.4本章小结

3 MIMO-60GHz无线通信系统在独立信道下的性能研究

3.1 MIMO-60GHz无线通信系统在独立信道下的容量研究

3.2 MIMO-60GHz无线通信系统在独立信道下的误码率研究

3.3 本章小结

4 MIMO-60GHz无线通信系统在相关信道下的性能研究

4.1 空间相关系数的研究

4.2 MIMO-60GHz无线通信系统的相关信道模型

4.3 MIMO-60GHz无线通信系统在相关信道下的容量研究

4.4 性能仿真与分析

4.5 MIMO-60GHz无线通信系统在相关信道下的误码率研究

4.6 本章小结

5 MIMO-60GHz无线通信系统的天线选择算法

5.1 天线选择算法的概述

5.2 基于Doolittle-QR分解的天线选择算法

5.3 本章小结

6总结与展望

参考文献

致谢

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