基于理论方法的Massive MIMO无线信道建模研究

摘要

无线通信的迅速发展影响着人们工作生活的方方面面。5G是面向2020年以后的移动通信需求而发展的新一代移动通信系统，与现有4G通信系统相比将拥有更高的能效和频谱利用率，无线覆盖性能、传输时延、系统安全和用户体验也将显著提高。5G移动通信将与其他无线移动通信新技术密切结合，带领我们进入到万物互联新的时代，同时也面临着空前的机遇与挑战。大规模多天线技术(Massive MIMO)在基站端配置大规模天线阵列，在同一个频点能同时服务多个用户，能够实现无线传播信道中的空间资源和时间资源的最大化利用，被认为是未来5G移动通信中最具有开发潜力且节能高效的热点技术。
　　无线通信系统的质量和性能对无线信道有很强的依赖性，无线信道的传播特性是无线通信系统设计部署的重要依据。通过系统信道特性的研究可以获取信道状态信息，对Massive MIMO系统的设计与性能评估具有重要意义。针对大规模多天线系统的信道建模进行研究是Massive MIMO成功应用于5G的关键。
　　本文利用传播图理论建模的方法对Massive MIMO系统进行了模型构建，并结合实际信道测量，通过理论仿真结果和测量数据的对比，分析了传播图论方法的合理性和准确性，并进一步进行了参数提取与分析。论文首先介绍了无线信道的衰落特性和建模方法，阐述了传播图论建模方法的原理、建模流程以及基于散射传播机制的改进算法。根据选定的室内场景进行障碍墙面区域划分并离散成单位面积不同的散射体，确定收发天线和散射体间可见性，构建完整的传播图，通过矩阵运算获得信道频域传递函数和时域冲激响应。除此之外，还对选定场景开展了大规模多天线系统的信道测量，系统配置64真实线阵，频点为4.45GHz，将建模结果与实测结果进行对比分析。其次，运用传播图论方法对128阵元的大规模多天线系统进行建模，频点分别为1.4725GHz和6GHz，对仿真得到的信道响应进行了参数提取，分析了大规模多天线系统的角度域、时延域特性及信道的正交性。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究工作与创新点

1．4 论文结构安排

2 无线信道衰落特性与信道建模方法

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 包络衰减

2．2．2 时间色散

2．2．3 频率色散

2．3 无线信道建模方法

2．3．1 统计信道建模

2．3．2 确定性信道建模

2．4 本章小结

3 传播图论信道建模方法

3．1 传播图论建模原理

3．1．1 传播图构建

3．1．2 信道传递函数

3．1．2 路径衰减

3．1．4 路径衰减系数的改进

3．2 Massive MIMO信道建模方法

3．3 Massive MIMO传播图论方法建模应用

3．3．1 场景描述

3．3．2 传播图构建

3．3．3 传递函数

3．4 Massive MIMO传播图论方法建模验证

3．4．1 测试环境

3．4．2 Massive MIMO信道测量系统

3．4．3 图论建模方法与实测对比

3．5 本章小结

4 传播图论信道建模参数分析

4．1 角度域

4．2 时延域

4．3 信道奇异值扩展

4．4 本章小节

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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