室内多天线无线信道仿真和测量的研究

摘要

无线通信技术是当前最活跃的研究领域之一，如何在保证服务质量的前提下，提高频谱利用率和系统的容量是无线通信领域迫切需要解决的关键问题之一。多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)技术是近年来该研究领域的一个重要里程碑。该技术能够发掘空间资源，在不增加总的发射功率和系统带宽的前提下，有效地利用多径信道的随机衰落，具有降低误码率和提高信道容量的巨大潜力，已成为未来高速无线通信的首选技术之一。
　　MIMO通信优越性的实现极大地依赖于信道模型的性能，而信道建模历来是无线通信研究中难度较大的一个环节。因此，在理解多天线信道关键特征的基础上，研究相对简单但有效的信道建模方法有非常重要的意义。
　　本文首先介绍了室内无线信道的特点、衰落和色散效应。在此基础上重点介绍了基于统计特征的非物理信道模型和基于散射特性的物理信道模型这两类MIMO信道建模方法。根据这种分类，分别回顾了几种典型的适用于室内环境的多天线信道模型。
　　其次，基于功率相关矩阵的信道建模方法，将室内多天线信道的仿真分为空间相关性映射矩阵的仿真和平坦衰落信道矩阵的仿真两部分。基于截短拉普拉斯角度功率谱获得了空间相关性映射矩阵。较为详细地介绍了基于插入随机相移法改进的Jakes仿真器的理论基础，并用Matlab编程仿真了2发2收(2×2)平坦衰落信道的传输矩阵。仿真结果显示传输系数幅值的概率密度函数服从方差为1的瑞利分布，相位较好地服从均匀分布。总结了室内多天线平坦衰落信道的仿真流程，简单地介绍了频率选择性衰落信道的仿真方法。以室内2×2信道的仿真结果为基础，分析了信道的空间选择性衰落特性和空间相关性的变化规律，研究了收发天线配置对信道容量分布特性的影响，分析了角域参数对平均信道容量的影响。
　　再次，以高采样率的时域测量平台为基础，在典型的实验室环境中进行了2发1收(2×1)的信道测量，分析了路径损耗、时延扩展参数和相关的影响因素以及信号相关性等传播特性的统计规律。
　　最后，总结了全文，讨论了本文的不足，并指出了下一步努力的方向。

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第一章 绪 论

1.1 多天线信道建模研究的背景和意义

1.2 室内多天线信道建模研究现状

1.3 论文的创新点和内容安排

第二章 室内多天线信道的传播特性

2.1 无线信道的特点

2.2 室内无线信道的传播特性

2.3 多天线无线信道建模

2.4 本章小结

第三章 室内MIMO信道仿真

3.1 基于功率相关矩阵的2发2收信道仿真思路

3.2 空间相关性映射矩阵的仿真

3.3 平坦衰落信道矩阵的仿真

3.4 室内相关MIMO信道整体仿真流程

3.5 本章小结

第四章 室内MIMO信道仿真结果的分析

4.1 空间选择性衰落特性的分析

4.2 空间相关系数的分析

4.3 信道容量的分析

4.4 本章小结

第五章 室内多天线信道的测量

5.1 测量平台简介和多天线信道测量

5.2 信道测量数据处理

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果