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宽带空时MIMO无线信道建模与仿真

作　者: 胡泽妍
导　师: 张业荣
学　校: 南京邮电大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 宽带 MIMO 信道建模信道仿真
分类号: TN919.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)技术能够突破无线频率资源限制,大幅度地提高通信系统的频谱效率,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。MIMO无线系统的大容量和其它性能的提高极大依赖于MIMO无线信道的特性,因此对MIMO信道建模的研究是非常必要的。首先介绍了无线信道的衰落特性。其次给出了MIMO的基本数学模型,分析MIMO无线信道空间特征的参数,并简要列举了几类空间信道典型模型,由平坦衰落信道仿真原理推广到频率选择性信道仿真的过程,进而延伸到考虑空间特性的MIMO信道建模与仿真过程。最后主要介绍的内容是针对已有的窄带单环模型,利用一种等效的方法对散射体的分布重新划分,将其扩展到宽带信道,提出了一种随机型宽带信道模型,利用正弦波叠加法(sum-of-sinusoids, SOS)获得了相应的仿真模型,结合精确多普勒扩展法(method of exact doppler spread, MEDS)、Lp-norm方法(Lp-norm method, LPNM)获得了模型的未知参数,并使之与理论参考模型对比,得出一致的结论,同时分析了信道的时间自相关函数、空间互相关函数以及应用于宽带后所具有的频率互相关特性。针对已经建好的宽带模型,研究其信道容量,并对信道容量的一阶统计特性——概率密度函数(probability density function,PDF)和累积分布函数(cumulative distribution function, CDF)以及二阶统计特性——电平通过率(level crossing rate, LCR)和平均衰落持续时间(average duration of fades, ADF)进行了分析。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第一章绪论  8-16
  1.1 无线移动通信的发展概况  8-10
    1.1.1 无线通信的发展历程  8-9
    1.1.2 国外无线通信技术发展现状  9
    1.1.3 国内无线通信技术现状  9-10
  1.2 MIMO系统的引入  10-11
  1.3 MIMO技术发展现状  11-14
  1.4 论文结构及内容安排  14-16
第二章无线信道的信道特性  16-25
  2.1 无线信道特性概述  16
  2.2 大尺度衰落特性  16-18
    2.2.1 自由空间路径损耗  16-18
    2.2.2 阴影衰落  18
  2.3 小尺度衰落特性  18-22
    2.3.1 小尺度衰落因素  19
    2.3.2 移动多径信道的参数  19-22
  2.4 无线信道的衰落类型  22-24
    2.4.1 多径时延扩展产生的衰落效应  23
    2.4.2 多普勒扩展引起的衰落效应  23-24
    2.4.3 角度扩展引起的衰落效应  24
  2.5 本章小结  24-25
第三章 MIMO信道模型分析与仿真原理  25-43
  3.1 MIMO无线信道概述  25-30
    3.1.1. 由实际环境抽象出物理模型  26
    3.1.2. 由物理模型抽象出数学模型  26-29
    3.1.3 由SISO数学模型推出MIMO信道数学模型  29-30
  3.2 MIMO无线信道空间特征的参数  30-31
    3.2.1 功率方位角度谱分布  30
    3.2.2 散射角度扩展  30-31
    3.2.3 平均到达角和平均离开角  31
    3.2.4 收发多天线的配置  31
    3.2.5 多普勒扩展  31
    3.2.6 每径的多普勒功率谱  31
  3.3 空间信道的典型模型  31-35
  3.4 MIMO无线信道仿真理论  35-42
    3.4.1 平坦衰落信道仿真原理  36-38
    3.4.2 频率选择性衰落信道仿真原理  38-41
    3.4.3 包含空间衰落的宽带信道仿真原理  41-42
  3.5 本章小结  42-43
第四章基于单环模型的宽带空时MIMO信道模型  43-67
  4.1 单环模型建模环境  43-45
  4.2 单环模型的参考模型与仿真模型  45-55
    4.2.1 单环模型的参考模型  45
    4.2.2 单环模型的仿真模型  45-55
  4.3 由频率非选择性单环模型到关于频率选择性的单环模型  55-59
  4.4 模型的信道容量的相关特性  59-65
    4.4.1 信道容量  59-60
    4.4.2 信道容量的一阶统计特性(概率密度函数和累积分布函数)  60-63
    4.4.3 信道容量的二阶统计特性(电平通过率和平均衰落持续时间)  63-65
  4.5 本章小结  65-67
第五章全文总结与展望  67-69
  5.1 全文工作总结  67-68
  5.2 下一步的研究方向  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-72

宽带空时MIMO无线信道建模与仿真

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