MIMO无线信道建模分析与仿真实现

发布时间：2017-05-03 16:17

  本文关键词：MIMO无线信道建模分析与仿真实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着多媒体业务在无线通信中的迅速普及,人们对无线通信的带宽需求日益增长。MIMO技术是目前无线通信系统提升带宽保障的关键技术之一,而大规模MIMO的提出更为未来无线通信的发展指明了方向。无论是传统MIMO还是大规模MIMO技术,其系统性能的评估与研究都离不开对信道的建模分析,用以推动MIMO技术的进一步发展和应用。所以,本文从MIMO信道建模的原理入手,通过分析MIMO信道建模方法,完成了对SCM信道模型的建模分析和仿真,并对大规模MIMO信道建模分析了一种宽带多共焦椭圆模型。主要工作如下:首先,介绍了MIMO系统信道的建模原理,大规模MIMO技术和传统MIMO信道建模方法的分类。MIMO信道建模可以分为物理模型和分析模型两大类。物理模型侧重对信号的物理传播进行模拟,主要包括确定性物理模型,基于几何和非几何的随机物理模型。分析模型以数学的方式描述信道的脉冲响应而没有明确具体的信号传播,包括基于相关的分析模型和激励传播分析模型。其中应用最广泛的是基于几何的随机物理模型,本文后续对SCM信道和大规模MIMO信道建模都是在此方法的基础上作分析。随后,论文对传统MIMO的空间信道模型(SCM)的链路级和系统模型进行建模分析。详细分析了SCM系统级信道模型的建模流程、用户参数与参数值的生成以及信道系数的产生。推导出SCM信道的传输矩阵,分析其信道容量。在仿真分析时,依据信道矩阵和信道容量,仿真分析了在考虑多用户参数变化时整体MIMO系统容量的变化。经过仿真分析表明,从移动台移动速度的大小、移动方向的偏移、发射端和接收端信号的夹角,到天线模式的选择,都对整个MIMO系统有较大的影响。所以在对SCM信道在实际应用中应该慎重选取各种参数的参考值,综合考虑环境等各方面的因素,使MIMO系统性能达到最优。最后,对大规模MIMO信道建模分析。选择借鉴传统MIMO信道建模方法,针对大规模MIMO与传统MIMO的不同和优势,采用基于几何的随机建模方法,并将散射体集群的几何分布选为椭圆模型,考虑信号为球面波传播而非平面波且散射体集群对系统发射端和接收端不完全可见。在这样的前提下分析大规模MIMO的宽带多共焦椭圆建模,进一步对这种模型下的空间相关性分析并仿真,仿真结果表明在此模型下的空间相关性不仅与收发端天线之间的归一化间隔有关,也与参考天线的选取有关,仿真曲线与相关文献的实测数据趋势基本吻合。
【关键词】：MIMO技术 大规模MIMO 信道建模 SCM
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 传统MIMO信道建模分析10-13
• 1.2.2 大规模MIMO信道建模分析13-14
• 1.3 本文研究内容14-16
• 2 MIMO技术及信道建模16-31
• 2.1 MIMO信道建模原理16-18
• 2.1.1 MIMO信道的描述16-17
• 2.1.2 双向电波传输17-18
• 2.2 大规模MIMO18-20
• 2.3 MIMO信道建模20-21
• 2.4 物理模型21-26
• 2.4.1 确定性物理模型21-23
• 2.4.2 基于几何的随机物理模型23-25
• 2.4.3 非几何随机物理模型25-26
• 2.5 分析模型26-28
• 2.5.1 独立同分布模型26
• 2.5.2 Kronecker模型26-27
• 2.5.3 Weichselberger模型27-28
• 2.6 激励传播分析模型28-30
• 2.6.1 有限散射模型28-29
• 2.6.2 最大熵模型29
• 2.6.3 虚拟信道29-30
• 2.7 本章小结30-31
• 3 SCM信道建模分析与仿真实现31-53
• 3.1 链路级信道模型31-37
• 3.1.1 每条路径的空间参数32
• 3.1.2 BS空间参数32-35
• 3.1.3 MS空间参数35-37
• 3.1.4 信道模型的产生37
• 3.1.5 校准和参考值37
• 3.2 系统级信道模型37-52
• 3.2.1 系统级信道建模流程38-39
• 3.2.2 信道参数的定义39-40
• 3.2.3 SCM信道的环境参数40-42
• 3.2.4 用户参数的生成42-46
• 3.2.5 生成信道系数46-48
• 3.2.6 SCM信道仿真分析48-52
• 3.3 本章小结52-53
• 4 大规模MIMO信道建模分析53-65
• 4.1 大规模MIMO理想信道模型53-54
• 4.2 非稳定宽带多共焦椭圆模型54-62
• 4.3 空间互相关函数（CCF）分析62-63
• 4.4 仿真分析63-64
• 4.5 本章小结64-65
• 总结与展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71
• 攻读学位期间的研究成果71

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