无线MIMO信道建模与信道容量研究

摘要

多输入多输出(MIMO)技术被认为是现代通信技术中的重大突破之一，越来越成为无线通信领域的研究热点。MIMO技术是未来无线通信系统中实现高数据速率传输、改善传输质量、提高系统容量的重要途径。然而，MIMO无线系统大容量的实现和其他性能的提高极大地依赖于MIMO信道的模型。因此需要建立相应的无线MIMO信道仿真模型来研究和评估MIMO系统性能。 本文首先阐述了论文的研究背景和MIMO信道模型的发展现状，接着通过大尺度衰落和小尺度衰落两个方面详细阐述了无线衰落信道的基本特征。然后对MIMO信道的建模方法进行了分类，并介绍了基于相关矩阵法的信道建模方法和基于射线法的空间信道模型(SCM信道模型)方法。并给出了一种直达径场景信道系数的改进方案，使直达径场景可以支持互极化天线形态。并又简单介绍了SCM信道模型的扩展模型(SCME信道模型)和支持更多应用场景的WINNER信道模型。 在SCM信道模型的基础上，比较分析了宏小区场景和微小区场景的可分辨时延径，时延扩展、角度扩展等信道特性的性能差异。本文最后研究了SCM信道模型的空时相关性，信道特征值分布特性，并且分析了角度扩展，天线间隔和信道特征值分布与信道相关性的关系，并从角度扩展、天线间隔和分集作用等三个方面，重点讨论、分析并仿真了信道相关性对MIMO信道容量的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1本文的研究背景

1.2 MIMO信道模型的发展现状

1.3本文的主要研究内容和贡献

1.4论文结构及内容安排

第二章无线衰落信道的基本特征

2.1大尺度衰落

2.1.1路径损耗

2.1.2阴影衰落

2.2小尺度衰落

2.2.1频率选择性衰落

2.2.2时间选择性衰落

2.2.3空间选择性衰落

2.2.4 Rayleigh、Rice和Nakagami衰落

第三章MIMO系统的信道建模

3.1 MIMO系统的信道模型种类

3.1.1物理模型

3.1.2分析模型

3.1.3物理模型与分析模型的比较

3.2基于相关矩阵法信道建模

3.2.1相关矩阵法建模过程

3.2.2相关矩阵法仿真实现过程

3.2.3相关矩阵法信道模型的局限性

3.3基于射线法的SCM信道建模

3.3.1 SCM信道仿真建模过程

3.3.2 SCM信道模型仿真参数定义

3.3.3 SCM路径损耗模型

3.3.4宏小区用户参数生成步骤

3.3.5微小区用户参数生成步骤

3.3.6信道系数生成

3.3.7 SCM信道模型改进方案

3.4 SCME扩展信道模型

3.4.1 SCME模型与SCM模型的差别

3.4.2抽头时延线TDL模型

3.5 WINNER信道模型

第四章SCM信道模型特性及仿真分析

4.1可分辨时延径概率分布

4.2时延扩展特性

4.3角度扩展特性

4.3.1非直达径场景角度扩展

4.3.2直达径场景角度扩展

4.3.3市区峡谷场景角度扩展

4.4功率动态范围

4.5信道系数幅度特性

第五章信道相关性对MIMO信道容量的影响

5.1信道空时相关特性

5.1.1空间相关特性

5.1.2时间相关特性

5.1.3系统级SCM信道相关特性

5.2信道特征值分析法及分布特性

5.2.1信道特征值分析法

5.2.2 SCM信道特征值分布特性

5.3 MIMO系统的信道容量

5.3.1发送端未知信道CSI时MIMO信道容量

5.3.2 SISO、SIMO和MISO信道容量

5.4基于SCM信道模型的MIMO信道容量

5.4.1角度扩展对信道容量的影响

5.4.2天线间隔对信道容量的影响

5.4.3分集对信道容量的影响

结束语

致谢

参考文献

作者在读期间研究成果