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方向图可重构MIMO天线选择系统的性能研究

作　者: 王海涛
导　师: 宋荣方
学　校: 南京邮电大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: MIMO 天线选择 方向图可重构 Frobenius范数 天线辐射状态
分类号: TN820.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


未来无线通信系统要求更高的传输速率,同时具有更高的安全性、智能性和灵活性,以及更好的传输质量,为了满足这一要求,将采用以下关键技术:智能天线、软件无线电、多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)和正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)。其中MIMO能在不增加带宽和发射功率的情况下,成倍地提高无线通信的质量与数据速率。实际应用中会更多地考虑成本因素,从而提出了天线选择技术,它通过使用较少的射频链路,获得接近于原来系统的性能。由于小型化的无线终端上无法布置多根天线,在MIMO天线选择系统中引入方向图可重构的概念,它能进一步降低成本,同时获得更好的性能。本文在分析几种典型的MIMO天线选择算法基础上,提出了一种低复杂度的受限自适应马尔可夫蒙特卡罗选择算法。将天线的方向图可重构性和MIMO天线选择系统结合,提出了一种基于可重构天线辐射状态的选择算法。它的基本原理是,可重构天线的辐射状态对应着信道的传播状态,选择最佳辐射状态对应着选择最佳信道传输状态,也就是最大化信道矩阵的Frobenius范数。根据信噪比和信道矩阵的关系发现此时接收端信噪比也最大,从而改善了系统的性能。理论研究及仿真结果表明,可重构MIMO系统相比传统MIMO可获得更多的阵列增益和遍历容量,它们都随着每根天线的方向图数目的增多而增加。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 研究背景与意义  9-13
    1.1.1 MIMO概述  9-11
    1.1.2 天线选择的提出  11
    1.1.3 方向图可重构与MIMO天线选择的结合  11-12
    1.1.4 实际应用中存在的问题  12-13
  1.2 本文主要工作及内容安排  13-14
第二章 MIMO天线选择系统模型和性能分析  14-23
  2.1 天线选择的必要性  14
  2.2 系统模型  14-16
  2.3 MIMO信道容量分析  16-17
    2.3.1 发送端已知信道：注水法  16-17
    2.3.2 发送端未知信道：平均功率分配  17
  2.4 天线选择系统的性能分析  17-22
    2.4.1 SIMO系统的性能  18-19
    2.4.2 MIMO系统的性能  19-22
  2.5 本章小结  22-23
第三章 天线选择算法分析  23-34
  3.1 经典算法  23-25
    3.1.1 最优算法  23
    3.1.2 基于范数的天线选择算法  23-24
    3.1.3 基于相关的天线选择算法  24
    3.1.4 递增递减天线选择算法  24-25
  3.2 自适应马尔可夫蒙特卡罗选择算法  25-33
    3.2.1 MIMO接收天线选择系统模型  26-27
    3.2.2 受限自适应马尔可夫蒙特卡罗选择算法  27-32
    3.2.3 仿真分析  32-33
  3.3 本章小结  33-34
第四章 方向图可重构天线与MIMO系统的结合  34-45
  4.1 MIMO系统中的多天线设计  34-35
  4.2 方向图可重构天线对MIMO系统性能的影响  35-40
    4.2.1 方向图可重构天线的概念  35-36
    4.2.2 应用于MIMO系统中的方向图可重构天线  36-37
    4.2.3 传输方案、可重构天线阵列的方向图特征和环境之间的关系  37-38
    4.2.4 方向图可重构天线对MIMO系统容量的影响  38-40
  4.3 具有方向图可重构性的MIMO天线选择系统  40-44
    4.3.1 系统介绍  40-41
    4.3.2 传播信道测量  41
    4.3.3 系统的信道容量  41-42
    4.3.4 信道容量仿真分析  42-44
  4.4 本章小结  44-45
第五章 实际可用的方向图可重构MIMO天线选择系统  45-59
  5.1 MIMO系统中方向图可重构天线的设计  45-47
    5.1.1 方向图可重构天线的优势  45-46
    5.1.2 方向图可重构天线设计原理  46-47
  5.2 方向图可重构MIMO系统模型  47-50
    5.2.1 正交空时分组码的概念  47-48
    5.2.2 最大比合并原理  48-49
    5.2.3 系统模型  49-50
  5.3 方向图可重构MIMO系统的选择准则  50-52
    5.3.1 一般的MIMO天线选择标准  50-51
    5.3.2 改进的选择准则  51-52
  5.4 方向图可重构MIMO系统的性能分析  52-54
    5.4.1 可重构MIMO系统的阵列增益  52-53
    5.4.2 遍历容量  53
    5.4.3 分集阶数和编码增益  53-54
  5.5 方向图可重构MIMO系统的性能影响因素  54-55
    5.5.1 辐射方向图间的相关性  54-55
    5.5.2 信道估计  55
  5.6 算法仿真分析  55-58
    5.6.1 阵列增益  55-56
    5.6.2 遍历容量  56-57
    5.6.3 误比特率  57
    5.6.4 方向图可重构MIMO系统的吞吐量  57-58
  5.7 本章小结  58-59
第六章 结束语  59-61
  6.1 总结  59
  6.2 下一步研究工作  59-61
致谢  61-62
参考文献  62-67
作者攻读硕士学位期间发表的论文  67

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电设备、电信设备 > 天线 > 一般性问题 > 信号发送、辐射系统 > 方向性、方向图、方向性系数
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