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MIMO无线信道的统计建模技术研究

作　者: 赵阳
导　师: 李兆训
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 多输入多输出信道模型空间复相关时隙动态建模
分类号: TN919.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

作为未来无线通信系统的主要框架技术之一,MIMO技术通过空间分集和空间复用拓展了信道的空间维资源,提高了频谱利用率。然而其技术特点的发挥极大得依赖于MIMO无线信道的各种特性。所以,在研发MIMO无线通信系统的过程中,各种MIMO无线收发算法乃至整个系统的性能都需要在MIMO无线信道条件下进行评估或验证。鉴于在实际无线信道环境中评估或验证的低可行性和低有效性,必须建立一个与目标信道特性相吻合的MIMO无线信道模型。本文针对无线信道的特性进行了深入的分析,并在现有MIMO无线信道建模技术的基础上进行建设性的修改和进一步的扩展,使模型更加符合实际MIMO无线信道特性。本文的主要内容如下:为了深入了解信道的衰落特性,对包括路径损耗和阴影衰落的大尺度衰落以及由多径效应和多普勒效应造成的信道小尺度衰落进行了深入的分析。对各种效应的成因、特点及其控制参数对衰落特性的影响进行了详细的探讨,对单个衰落效应以及多个衰落的联合效应进行了仿真验证。为了深入地研究MIMO信道建模技术,对现有的MIMO信道建模技术进行了分类。将两种统计信道建模技术——“基于信道几何特征的建模技术”和“基于信道相关性的建模技术”作为重点进行了详细的论述和必要的仿真验证。通过总结两种建模技术的特点可以发现,二者侧重点不同,优势未共享。本部分为后续的研究奠定了基础。为了共享“基于信道几何特征的建模技术”和“基于信道相关性的建模技术”二者的优势,即在体现MIMO信道几何特征的同时也能配置信道的相关性,对“基于信道相关性的建模技术”进行建设性的修改,形成一种基于空间复相关的MIMO信道建模技术。该建模技术引入由信道几何参数得到空间复相关系数的函数关系,利用“基于信道几何特征的建模技术”生成的信道几何参数来配置信道的空间复相关系数。仿真表明,模型重构了MIMO信道的空间相关性,而此空间相关性由信道的几何参数决定。这种建模架构为下一步的动态MIMO信道建模留下接口。为了反映由于移动台连续运动而造成的信道动态时变特性,提出一种基于时隙的MIMO信道动态建模技术。该动态建模技术融合了四种动态特性,分别是信道几何特征、多普勒效应、空间相关性以及大尺度衰落的动态特性。仿真表明,随着移动台的连续运动,移动台的几何位置、运动速率、天线阵朝向、信道各径的归一化功率、AoD/AoA、传输时延、空间复相关系数、多普勒频谱以及接收信号功率等参数均发生了动态变化,实现了MIMO信道的动态建模。最后对该建模技术的扩展性进行了说明。

全文目录

表目录  6-7
图目录  7-9
摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章绪论  12-15
  1.1 研究背景和意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13
  1.3 论文的研究内容和主要工作  13-14
  1.4 论文的结构安排  14-15
第二章无线信道衰落特性的分析与建模  15-34
  2.1 引言  15
  2.2 大尺度衰落特性的分析与建模  15-22
    2.2.1 路径损耗  15-17
    2.2.2 阴影衰落  17-21
    2.2.3 路径损耗和阴影衰落的联合建模  21-22
  2.3 小尺度衰落特性的分析与建模  22-31
    2.3.1 多径效应  22-27
    2.3.2 多普勒效应  27-29
    2.3.3 多径和多普勒效应的联合建模  29-31
  2.4 大尺度和小尺度衰落的联合建模  31-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章 MIMO 无线信道建模技术分析  34-46
  3.1 引言  34-35
  3.2 MIMO 无线信道建模技术分类  35-36
  3.3 基于信道几何特征的统计建模技术  36-42
  3.4 基于信道相关性的统计建模技术  42-45
  3.5 两种统计建模技术的分析比较  45
  3.6 本章小结  45-46
第四章一种基于空间复相关的MIMO 信道建模技术  46-54
  4.1 引言  46
  4.2 建模流程  46-49
    4.2.1 信道空间参数的配置  46-47
    4.2.2 复相关矩阵的产生  47-48
    4.2.3 信道响应的生成  48-49
  4.3 仿真验证  49-53
    4.3.1 参数设置  49
    4.3.2 空时参数的仿真验证  49-51
    4.3.3 多普勒效应的仿真验证  51-52
    4.3.4 空间相关性的仿真验证  52-53
  4.4 本章小结  53-54
第五章一种MIMO 无线信道的动态建模技术  54-65
  5.1 引言  54
  5.2 建模流程  54-58
    5.2.1 时隙参数的设定  55
    5.2.2 移动台运动模型的建立  55-56
    5.2.3 不含大尺度衰落的动态MIMO 信道模型建立  56-57
    5.2.4 动态大尺度衰落效应的引入  57-58
  5.3 仿真验证  58-64
    5.3.1 参数设置及说明  58-59
    5.3.2 空时参数的仿真验证  59-61
    5.3.3 多普勒效应的仿真验证  61
    5.3.4 空间复相关系数的仿真验证  61-62
    5.3.5 大尺度衰落的仿真验证  62-64
  5.4 扩展思路  64
  5.5 本章小结  64-65
结束语  65-67
参考文献  67-70
作者简历攻读硕士学位期间完成的主要工作  70-71
致谢  71

MIMO无线信道的统计建模技术研究

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