三维空时无线信道测量及参数估计算法研究

发布时间：2017-08-11 06:25

  本文关键词：三维空时无线信道测量及参数估计算法研究

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【摘要】：随着现代高速无线通信系统的发展,MIMO技术越来越受到人们的重视。为了更加准确地描绘无线信号在MIMO信道中的传播状况,需要将传统的2D MIMO信道模型扩展到三维情况,并相应地加入新的信道参数,建立3D MIMO信道模型。为此,需要开展面向三维空时无线信道的测量和参数估计研究工作。本文首先对无线信道测量技术进行了概览。在各类无线信道测量技术中,基于伪随机序列的信道测量方案是最具代表性的一种。本文选择这种方案的两个代表,即RUSK MIMO信道测量系统和Propsound多维无线信道测量系统进行了详细的介绍。此外,本文还提出一种新的信道测量解决方案,并对其探测信号设计、硬件结构和数据处理流程进行了介绍。本文还对无线信道的参数估计算法进行了研究,其中重点关注空域参数估计方法。首先对空域参数估计的基本数学模型进行了解释,并就一些著名的空域参数估计算法进行了介绍,例如MUSIC、ESPRIT、ML和SAGE算法等,并对其进行了相关的仿真实验。实际的无线信道一般包含大量的多径,且多径信号之间存在相关性。由于经典算法自身的理论局限或过高的复杂度,使之无法应对这种情形,因而难以在实际的信道测量系统中被直接采用。为解决上述问题,本文中提出了两种适用于信道测量应用的空域参数估计算法,即MERIA算法和MAPS算法。这两种算法都基于阵列冲激响应设计,其中MERIA算法利用阵列冲激响应的旋转不变性进行角度估计,而MAPS算法则首先由阵列冲激响应矢量的协方差矩阵导出参考子空间,再根据导向矢量和参考子空间的正交性进行空间谱构建和目标角度估计。理论和仿真实验都证明了MERIA算法和MAPS算法能够完成大量多径存在时的空域参数估计,且对信噪比和阵列规模等要求较低,适合于实际信道测量系统应用。此外,本文还就这两种算法设计了实地测量验证实验,并通过实验结果进一步证明了这两种算法在实际信道测量中的有效性。
【关键词】：3D MIMO 无线信道建模 信道测量 参数估计
【学位授予单位】：西北工业大学
【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9-15
• 1.1 研究背景9-12
• 1.2 研究内容12-13
• 1.3 论文结构安排13-15
• 2 信道测量技术15-31
• 2.1 信道测量技术概述15-19
• 2.1.1 常用信道测量技术15-16
• 2.1.2 基于伪随机序列的信道测量方法16-19
• 2.2 常用信道测量方案19-23
• 2.2.1 RUSK MIMO channel sounder介绍19-21
• 2.2.2 Propsound multi-dimensional radio channel sounder介绍21-23
• 2.3 自有信道测量系统介绍23-29
• 2.3.1 测量系统硬件配置23-26
• 2.3.2 测量系统工作原理26-28
• 2.3.3 数据后处理方法28-29
• 2.4 本章小结29-31
• 3 信道参数估计技术31-71
• 3.1 MIMO信道建模概述31-36
• 3.1.1 MIMO信道建模方法31-32
• 3.1.2 经典信道模型32-34
• 3.1.3 从 2D MIMO到 3D MIMO的扩展34-36
• 3.2 角度参数估计基础36-39
• 3.2.1 角度估计数学模型36-38
• 3.2.2 经典的信号到达角估计算法38-39
• 3.3 谱估计算法39-46
• 3.3.1 经典MUSIC算法原理39-41
• 3.3.2 经典MUSIC算法的一维仿真分析41-44
• 3.3.3 经典MUSIC算法的二维仿真分析44-46
• 3.4 基于参数子空间的估计算法46-54
• 3.4.1 ESPRIT算法的基本原理46-50
• 3.4.2 ESPRIT算法的一维仿真分析50-52
• 3.4.3 ESPRIT算法的二维仿真分析52-54
• 3.5 确定性参数估计算法54-68
• 3.5.1 最大似然算法的基本原理54-55
• 3.5.2 最大似然算法的仿真分析55-58
• 3.5.3 SAGE算法的基本原理58-63
• 3.5.4 SAGE算法的仿真分析63-68
• 3.6 本章小结68-71
• 4 基于阵列响应旋转不变性的多径信号DoA估计算法71-83
• 4.1 算法的基本原理71-76
• 4.2 算法的仿真分析76-80
• 4.2.1 一维情况下的算法仿真76-78
• 4.2.2 二维情况下的算法仿真78-80
• 4.3 算法的实测验证80-81
• 4.4 本章小结81-83
• 5 基于阵列响应的多径信号波达角谱估计算法83-99
• 5.1 算法的原理介绍83-88
• 5.2 算法的仿真分析88-95
• 5.2.1 不同信噪比时的仿真分析88-89
• 5.2.2 不同阵元个数时的仿真分析89-91
• 5.2.3 不同来波数量时的仿真分析91-93
• 5.2.4 算法的角度分辨率和分辨力分析93-95
• 5.3 算法的实测验证95-98
• 5.3.1 空旷环境的LOS径验证实验95-97
• 5.3.2 复杂环境中的波达角估计验证实验97-98
• 5.4 本章小结98-99
• 6 总结和展望99-101
• 参考文献101-105
• 致谢105-107
• 发表论文和参加科研情况107-108

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 施盛建;;4G移动通信技术的特点分析与实践应用[J];信息通信;2014年01期

2 杜加懂;林辉;;多天线无线信道仿真与建模方法[J];电信网技术;2007年10期

3 孙承先;;第三代移动通信(3G)技术的发展与现状[J];智能建筑与城市信息;2007年06期

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本文编号：654651