三维空间信道模型及其性能评估

发布时间：2017-09-15 05:06

  本文关键词：三维空间信道模型及其性能评估

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【摘要】：多输入多输出(MIMO)是下一代移动通信关键技术之一。三维(3D)波束成型是一种富有潜力的MIMO技术方案。它通过动态的天线阵列来控制天线的辐射方向,使得天线的辐射方向更具有指向性,从而增强覆盖范以及提高小区边缘的通信质量,同时能够增加小区内用户的安全容量。基站端采用3D MIMO可以更准确的对垂直维度的到达角进行建模,即三维空间信道的建模。本文主要研究适宜不同场景的三维空间信道模型。论文的主要工作包括:(1)概述了MIMO技术相关概念以及二维空间信道模型(2D SCM)的基本原理,3GPP25.996技术规范涉及了二维空间信道模型,它主要考虑了水平维度的角度功率谱,未考虑垂直维度的功率谱,当垂直维度角度比较明显的情况下(比如基站端天线采用3D MIMO),2D SCM可能会带来错误的分析结果,因此要对2D SCM进行改进。(2)针对2D SCM没有考虑垂直维度功率谱的缺陷,提出第一种改进的适合室外-室内传播场景的三维空间信道模型(3D SCM),在该种模型下评估了基站下倾角、收发天线数以及3D与2D功率比值等不同系统参数对互信息速率的影响。然后提出一种下倾角自适应的干扰控制方案,即通过实现2个临近基站的波束协调,来改善小区边缘用户的室内覆盖。(3)在2D SCM的基础上提出第二种适合室外传播场景的三维信道模型,在该种模型下评估了不同的基站高度、移动台高度、载波频率等系统参数下对小区用户的安全容量的影响,对比了在2D SCM和3D SCM两种信道模型下安全容量的改变。并且考虑了当有相邻小区干扰时,小区内用户安全容量的改变。最后提出一种基于人工噪声的3D SCM信道模型的加密算法。(4)在3D SCM的基础上详细的研究了基站端天线采用面阵的三维空间信道模型。其次,研究了角度扩展(AS)和交叉极化鉴别值(XPD)对互信息性能的影响,并且对比了线阵(ULA)和面阵(UPA)的性能。接着对比了2D MIMO和3D MIMO互信息性能。最后研究了在小区边缘,基站下倾角对小区覆盖范围的影响。
【关键词】：3D波束成型 交叉极化 SCM MIMO
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 专用术语注释表9-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 三维空间信道模型研究现状11-13
• 1.3 论文的主要研究内容13
• 1.4 论文的结构安排13-15
• 第二章 三维空间信道模型相关技术15-25
• 2.1 电磁波基本概念15
• 2.2 MIMO技术15-17
• 2.3 波束成型17-20
• 2.4 城市传播模型20-23
• 2.4.1 Hata实际模型和Hata实际模型的修正表达式21-22
• 2.4.2 COST 231理论模型22-23
• 2.5 WINNERⅡ信道简介23-24
• 2.6 本章小节24-25
• 第三章 适应于室外到室内环境的 3D SCM25-36
• 3.1 双极化天线25-26
• 3.2 2D简化的双极化SCM信道模型26-28
• 3.3 3D简化的双极化SCM信道模型28-30
• 3.4 一种城市传播场景30-31
• 3.5 一种干扰协调方案31-32
• 3.6 MIMO信道容量仿真及分析32-35
• 3.6.1 2D和 3D SCM性能仿真32
• 3.6.2 不同系统参数对三个地理区域覆盖的影响32-34
• 3.6.3 室内覆盖的干扰协调34-35
• 3.7 本章小结35-36
• 第四章 适应于城市宏小区环境的 3D SCM36-47
• 4.1 简化的 2D SCM信道模型36-37
• 4.2 简化的 3D SCM信道模型37-38
• 4.3 一种城市微小区传播场景38-40
• 4.4 基于人工噪声的 3D SCM信道模型的加密算法40-42
• 4.5 相邻小区干扰对安全容量的影响42-43
• 4.6 仿真结果和分析43-46
• 4.6.1 系统参数对安全容量的影响43-44
• 4.6.2 基于人工噪声的 3D SCM信道模型的加密算法仿真44-45
• 4.6.3 相邻小区干扰对安全容量的影响45-46
• 4.7 本章小结46-47
• 第五章 基于面阵的三维双极化MIMO空间信道模型47-57
• 5.1 采用UPA的 3D信道模型47-49
• 5.2 采用ULA的 3D信道模型49-50
• 5.3 天线阵元端口映射50-51
• 5.4 城市传播场景和系统参数评估51-53
• 5.5 模拟仿真结果与分析53-56
• 5.5.1 基于UPA的不同角度扩展的互信息性能对比53
• 5.5.2 基于UPA的不同XPD值的互信息性能对比53-54
• 5.5.3 基于UPA的不同收发天线数的互信息性能对比54-55
• 5.5.4 基于UPA的不同下倾角的互信息性能对比55-56
• 5.6 本章小结56-57
• 第六章 总结与展望57-59
• 6.1 本文研究工作总结57-58
• 6.2 进一步的工作和建议58-59
• 参考文献59-61
• 附录1 程序清单61-62
• 附录2 攻读硕士学位期间撰写的论文62-63
• 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目63-64
• 致谢64

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本文编号：854461