基于空间统计信道建模及其MIMO性能研究分析

发布时间：2017-07-14 01:01

  本文关键词：基于空间统计信道建模及其MIMO性能研究分析

  更多相关文章： 多输入多输出 无线信道建模 多普勒功率谱 信道容量 电磁矢量传感器

【摘要】：近年来,随着无线通信业务以及新兴宽带移动互联网接入技术的快速发展,对无线通信系统的优化变得至关重要。实际中,对无线信道的理解将为设计高性能和高频谱效率的无线传输技术奠定基础。多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)作为第四代移动通信技术(The Fourth Generation,4G)以及今后移动通信关键技术之一,已经充分体现出其提高频谱利用率以及系统信道容量的巨大优势。MIMO系统的性能主要依赖于无线衰落信道以及收发阵列天线,无线信道的特性对于信号传输存在有很大的影响,因此对于电磁信号在基站(Base Station, BS)以及移动台(Mobile Station, MS)之间的传输环境进行信道建模也就显得非常具有必要。本文主要围绕基于空间统计信道模型及其MIMO多天线性能研究展开分析,深入无线信道建模、多普勒功率谱(Doppler Spectrum, DS)、空间相关性以及信道容量等各方面内容,为MIMO性能的分析做出理论基础。本章节的研究工作主要包含以下四个方面：首先为了能够蜂窝移动通信系统算法研究的准确性,本章节提出了一种改进的可以描述室内室外任何环境的统计信道模型。通过数值推导BS和MS信号的空时联合分布以及边缘分布概率密度函数,分析和比较了散射体高斯分布、指数分布以及所提出的散射体分布的空时统计特性；另外,数值仿真由于MS的移动特性而产生的多普勒功率谱分布,以及MIMO多天线系统的性能。仿真结果表明可以通过适当地调节散射体分布参数,可以将所提出的散射体分布准确的描述室外宏小区(Macrocell)以及室内微小区(Microcell)等各种移动通信环境下的重要空时信道参数,进而方便地取代过去第三代合作伙伴计戈(3rd Generation Partnership Project,3GPP)中关于MIMO多天线系统的相关性阵列的研究。其次构建室内微小区三维空间(Three Dimensional,3D)统计信道模型,数值推导上行和下行无线信道链路的空间统计特性。其中逐步细化对于基站以及移动台空间入射角度的研究,数值推导电磁信号在水平面以及竖直平面上的空时统计特性,比如到达角度(Direction of Arrival, AOA)以及到达时延(Time of Arrival, TOA)等等；与此同时,采用控制变量的研究方法,对于基站以及移动台的多普勒功率谱分别展开分析。数值仿真结果与二维空间(Two Dimensional,2D)多径衰落信道对比表明本模型的信道参数估计结果符合理论和经验,进而扩展3D空间统计信道模型的研究和应用。接着构建3D车载网空间统计信道模型(Mobile-to-Mobile, M2M),模型探讨了电磁信号在多径衰落信道中水平面以及竖直平面上的重要空时参数。结合上述信道建模,数值探讨多径衰落信道的重要空时信道参数,比如电磁信号在上行以及下行无线链路的AOA概率密度函数,由于MS的移动特性而产生的多普勒功率谱分布,以及MIMO多天线系统的性能。以上仿真结果从科学的角度阐述了车对车信道的时变非平稳特性,并更为准确地实现对车对车时变信道多径结构动态变化的模拟,丰富了动态信道的建模理论。然后引入电磁矢量传感器(Electromagnetic Vector Sensor, EVS)作为多天线阵列接收单元,构建出一种同心椭圆新型天线阵列模型(Uniform Concentric Circular Arrays, UCCA),建立MIMO多天线三维信道模型。数值推导基于EVS的三维空间信道解析式,阐述空间角度与MIMO多径信道相关性的关系。理论分析和仿真结果明确表明,所提出的新型天线阵列能够有非常理想的系统性能；另外,与传统的线性天线阵列(Uniform Liner Array, ULA)、圆形天线阵列(Uniform Circular Array, UCA)相比,所提出的UCCA-EVS天线阵列往往可以更加适合描述三维空间衰落信道模型。
【关键词】：多输入多输出 无线信道建模 多普勒功率谱 信道容量 电磁矢量传感器
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.3
【目录】：

• 摘要10-12
• Abstract12-14
• 第一章 绪论14-18
• 1.1 无线通信的背景及意义14-15
• 1.2 无线信道建模的研究意义15-16
• 1.3 主要工作与创新点16-17
• 1.4 章节安排17-18
• 第二章 无线通信衰落信道模型分析18-24
• 2.1 引言18-19
• 2.2 大尺度衰落19-22
• 2.2.1 一般路径损耗模型19
• 2.2.2 Okumura/Hata模型19-20
• 2.2.3 IEEE 802.16d模型20-22
• 2.3 小尺度衰落22-24
• 2.3.1 衰落信道的统计特性22-23
• 2.3.2 衰落信道的生成23-24
• 第三章 二维空间域几何信道模型的分析研究24-40
• 3.1 引言24-25
• 3.2 信道模型与AOA/TOA概率密度25-29
• 3.2.1 信道模型与等效散射体分布函数25-28
• 3.2.2 AOA/TOA概率密度28-29
• 3.3 电磁信号的AOA概率密度29-30
• 3.3.1 BS的电磁信号AOA概率密度29
• 3.3.2 MS的电磁信号AOA概率密度29-30
• 3.4 多普勒频谱功率谱30-31
• 3.5 多天线MIMO系统性能分析31-34
• 3.5.1 MIMO多天线空间信道相关性32-33
• 3.5.2 MIMO多天线信道容量33-34
• 3.6 仿真结果与分析34-39
• 3.7 本章小结39-40
• 第四章 三维室内微小区空间统计信道建模分析40-59
• 4.1 引言40
• 4.2 三维空间统计信道模型40-43
• 4.3 三维信道模型的到达角度43-45
• 4.3.1 BS端的AOA概率密度分布43-45
• 4.3.2 MS端的AOA概率密度分布45
• 4.4 三维信道模型的时延特性45-47
• 4.5 三维信道模型的MIMO性能分析47-48
• 4.6 仿真结果与分析48-58
• 4.7 本章小结58-59
• 第五章 三维空间域几何信道模型的多普勒分析59-71
• 5.1 引言59-60
• 5.2 MS的多普勒分析60-63
• 5.3 BS端的多普勒分析63-65
• 5.4 仿真结果与分析65-70
• 5.4.1 MS端的仿真结果分析65-68
• 5.4.2 BS端的仿真结果分析68-70
• 5.5 本章小结70-71
• 第六章 车载网三维空间统计信道建模分析71-87
• 6.1 引言71
• 6.2 车载网空间统计信道模型71-75
• 6.3 车载网信道模型的到达角度75-77
• 6.3.1 MS1的AOA概率密度分布75-76
• 6.3.2 MS2端的AOA概率密度分布76-77
• 6.4 三维信道模型的多普勒分析77-78
• 6.5 三维信道模型的MIMO性能分析78-79
• 6.6 仿真结果与分析79-86
• 6.6.1 到达角度的仿真结果分析80-82
• 6.6.2 多普勒频谱分析82-84
• 6.6.3 MIMO系统的性能分析84-86
• 6.7 本章小结86-87
• 第七章 电磁矢量传感器下的MIMO性能分析87-100
• 7.1 引言87-88
• 7.2 三维MIMO天线阵列88-92
• 7.2.1 三维信道入射信号矢量88-90
• 7.2.2 EVS天线阵列90-92
• 7.3 三维UCCA天线阵列92-94
• 7.4 仿真结果与分析94-99
• 7.4.1 空间相关性分析94-98
• 7.4.2 信道容量分析98-99
• 7.5 本章小结99-100
• 第八章 总结与展望100-103
• 8.1 全文的工作总结100-101
• 8.2 未来的工作展望101-103
• 附录 缩略语103-105
• 参考文献105-112
• 攻读学位期间取得的科研成果112-114
• 致谢114

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 罗海勇;刘书静;刘晓明;;基于空间相关性滤波和迭代最小余差剔除NLoS的ToA定位算法(英文)[J];中国通信;2012年04期

，

本文编号：539020