MIMO无线统计信道建模与仿真分析

发布时间：2017-08-23 13:32

  本文关键词：MIMO无线统计信道建模与仿真分析

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【摘要】：无线通信系统中往往伴随着信道的多径效应,MIMO(Multiple Input Multiple Output)系统技术正是利用这一缺点,从而在不增加频谱带宽和发射功率的情况下,有效地提高了系统的信道容量。随着MIMO技术越来越多应用于各种先进技术中,MIMO已经成为目前研究的热点技术之一。MIMO系统的性能主要由无线衰落信道以及收发端的天线阵列决定,所以本文主要围绕基于几何的统计信道模型的分析和MIMO系统的相关性以及容量的研究,主要有以下四部分：首先研究的是比较详细地介绍了无线衰落信道大尺度衰落和小尺度衰落,并且介绍几种常见的大尺度衰落模型和小尺度衰落模型。在研究MIMO信道模型中,着重介绍了一些经典的几何信道模型：单环模型、单线模型、单反射几何圆盘模型以及单反射椭圆模型。其次建立基于不同的散射体分布的非对称几何信道模型,主要采用均匀分布、高斯分布以及指数分布模型。在均匀分布模型下,给出了指向性天线的主瓣角度以及方向性对TOA(Time of Aarrival)概率密度分布的曲线的影响。在高斯分布和指数分布模型下,用几何分割的数学方法推导出散射体分布下的AOA/TOA、AOA(Angle of Arrival)以及TOA的概率密度函数。另外由于存在多普勒效应,也给出了移动台的多普勒功率谱。在MIMO系统中设置四单元的ULA(Uniform Line Array);和UCA(Uniform circular Array)天线结构,仿真结果显示UCA相对于ULA具有明显的优势。然后本文提出一种基于空心三维MIMO信道模型,分析了MIMO的信道参数和信道容量。在水平面内和垂直面内分别推导出MS(Mobile Station)端和BS(Base Station)端的信号AOA概率密度分布。同时也推导了三维模型下多普勒频移。仿真结果表明,此三维MIMO模型具有很强的可塑性,适合多种通信环境。最后建立基于散射体VMF(Von Mises Fisher)分布的三维空间MIMO模型。相对于典型的天线拓扑结构,建立UYA(Uniform Y-shape Array)天线阵列,推导出此天线阵列下的MIMO空间衰落相关性的表达式,并且对信道的容量进行了分析。仿真结果表明,扩展因子和平均到达俯仰角主要影响着MIMO信道容量的性能。另外,UYA天线阵列结构比UCA天线阵列结构有着明显的优势,能有效提升MIMO信道的容量。
【关键词】：信道模型 到达角度 到达时间 多普勒 空间相关性 信道容量
【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6-7
• Abstract7-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 引言8-10
• 1.2 MIMO系统的基本原理10-11
• 1.3 MIMO信道模型研究现状与存在问题11-12
• 1.3.1 研究现状11-12
• 1.3.2 研究存在问题12
• 1.4 本文的主要内容和章节安排12-14
• 第二章 无线衰落信道及信道模型14-24
• 2.1 大尺度衰落14-17
• 2.1.1 自由空间路径损耗模型14-15
• 2.1.2 两径模型15
• 2.1.3 奥村-哈塔模型15-16
• 2.1.4 路径损耗和阴影衰落混合模型16-17
• 2.2 小尺度衰落17-18
• 2.2.1 频率选择性衰落17-18
• 2.2.2 时间选择性衰落18
• 2.3 无线多径信道包络统计模型18-19
• 2.4 传统统计信道模型19-23
• 2.4.1 单环模型和单线模型19-21
• 2.4.2 单反射几何信道模型21-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第三章 基于不同散射体分布的非对称几何信道模型24-48
• 3.1 引言24
• 3.2 非对称几何信道模型24-25
• 3.3 基于散射体均匀分布模型25-33
• 3.3.1 MS在有效散射区域内26-29
• 3.3.2 MS在有效散射区域外29-30
• 3.3.3 仿真与分析30-33
• 3.4 基于散射体高斯分布和指数分布模型33-46
• 3.4.1 AOA/TOA联合概率和边缘概率分布33-34
• 3.4.2 AOA边缘概率分布34-35
• 3.4.3 TOA概率分布35-36
• 3.4.4 多普勒功率谱36-37
• 3.4.5 MIMO多天线阵列系统37-38
• 3.4.6 数值结果与分析38-46
• 3.5 本章小结46-48
• 第四章 基于改进三维空间域的统计信道模型48-64
• 4.1 引言48
• 4.2 三维空间信道模型48-49
• 4.3 MS端的AOA概率密度分布49-51
• 4.3.1 水平面内的边缘密度函数49-50
• 4.3.2 垂直面内的边缘密度函数50-51
• 4.4 BS端的AOA概率密度分布51-54
• 4.4.1 水平面内的边缘密度函数51-52
• 4.4.2 垂直面内的边缘密度函数52-54
• 4.5 上行链路TOA概率密度分布54-55
• 4.6 多普勒频移概率密度分布55-57
• 4.7 仿真结果与分析57-62
• 4.7.1 AOA分析57-60
• 4.7.2 TOA分析60-61
• 4.7.3 DS分析61-62
• 4.8 本章小结62-64
• 第五章 基于VMF分布的三维空间域MIMO研究64-78
• 5.1 引言64-65
• 5.2 三维空间VMF模型65
• 5.3 MIMO天线阵列65-67
• 5.4 MIMO系统空间衰落相关性67-70
• 5.5 MIMO系统信道容量70-71
• 5.6 系统仿真结果与分析71-76
• 5.6.1 空间衰落相关性71-74
• 5.6.2 MIMO系统的信道容量74-76
• 5.7 本章小结76-78
• 第六章 总结与展望78-80
• 6.1 全文的工作总结78-79
• 6.2 未来的工作展望79-80
• 附录 缩略语80-82
• 参考文献82-88
• 致谢88-89
• 攻读学位期间取得的科研成果89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 江浩;周杰;菊池久和;邵根富;;基于三维空间域移动通信统计信道的多普勒效应[J];物理学报;2014年04期

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本文编号：725320