大规模MIMO信道建模及传播特性研究

发布时间：2017-10-03 09:14

  本文关键词：大规模MIMO信道建模及传播特性研究

  更多相关文章： 大规模MIMO 多环信道模型 多球面信道模型 3D MIMO 散射体簇可见性 到达角偏移 生灭过程

【摘要】：随着人们对于无线通信业务需求的日益增强,大规模多输入多输出(MIMO, Multiple Input Multiple Output)技术作为MIMO技术的增强版得到了越来越广泛的关注。在大规模MIMO系统中,基站端一般配置几十或几百根天线,在同一时频资源上同时服务多个终端用户。大规模MIMO技术可以充分利用空间自由度,显著地提升频谱效率和数据链路的可靠性。本文针对大规模MIMO信道的传播特性,研究大规模MIMO信道模型。首先,本文考虑二维场景下宽带大规模MIMO信道建模问题。相比于传统MIMO系统,大规模MIMO不仅在系统性能上有显著提高,而且信道传播特性也有显著区别。大规模阵列的使用,使得瑞利距离变大,从而出现近场效应。在近场效应作用下,大规模阵列上各天线的信号到达角出现偏移,平面波假设不再成立,同时由于散射体可视性的变化,天线阵列上出现了明显的大尺度衰落；用户间相关性也随着天线数的增大而降低,使得信道更加接近于最佳传播条件。基于上述大规模MIMO信道的传播特性,本文提出了一种宽带大规模MIMO多环信道模型。将传统单环信道模型中的散射体簇分布,拓展为路径时延相关的多环几何分布,并利用生灭过程,在阵列和时间两个维度建模信道的非平稳性。同时针对近场效应的情况,不再考虑传统MIMO信道模型中的平面波传播方式,而是利用球面波传播方式建模,以体现到达角偏移和更低的空间相关性等特性。.仿真结果表明,本文所提出的宽带大规模MIMO多环信道模型,较好的体现了大规模MIMO信道的传播特性。然后,本文考虑三维场景下宽带大规模MIMO信道建模问题。在城市站址资源日趋紧张且空间严格受限的情况下,尺寸巨大的ULA阵列在实际系统中很难部署,而阵列尺寸较为紧凑的多维阵列天线则显得更为实际。因此,基于二维宽带大规模MIMO多环信道模型,本文进一步提出了宽带大规模3D MIMO多球面信道模型。在多球面信道模型中,以UCA阵和UPA阵基本阵列形式,考虑不同的天线极化方式和增益图；以瑞利建模准则,确定是否进行散射体簇的演进过程和是否利用球面波建模。信道模型产生的具体过程包括通用参数的产生、小尺度参数的产生和信道因子的计算三大部分。基于上述多球面信道模型,本文给出了在三种典型传播条件下的大规模MIMO信道特性。仿真结果表明,在用户紧密分布且存在直达径场景中,两种阵列形式下的可达速率性能都较差；而用户紧密分布且不存在直达径和用户分散分布且存在直达径场景下,可达速率性能有明显提高。纵观三种场景,ULA阵的奇异值扩展和可达速率性能都高于UCA阵,在用户分散较开时,UCA阵表现出了良好的系统性能。对比大规模MIMO实测信道的性能结果,本文提出的宽带大规模3DMIMO多球面信道模型展现出了与其相似的信道特性,说明此信道模型是准确可用的。
【关键词】：大规模MIMO 多环信道模型 多球面信道模型 3D MIMO 散射体簇可见性 到达角偏移 生灭过程
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN919.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 本论文专用术语注释表13-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 研究背景15-17
• 1.2 大规模MIMO技术发展17-19
• 1.3 论文内容安排19-20
• 1.4 数学符号约定20-21
• 第二章 大规模MIMO信道建模基础21-35
• 2.1 引言21
• 2.2 MIMO信道建模概述21-30
• 2.2.1 物理模型22-24
• 2.2.2 分析性模型24-26
• 2.2.3 标准化模型26-30
• 2.3 大规模MIMO信道传播特性30-33
• 2.3.1 天线阵列上的差异性30
• 2.3.2 用户相关性与最佳传播条件30-32
• 2.3.3 近场效应32-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第三章 宽带大规模MIMO多环信道模型35-51
• 3.1 引言35
• 3.2 系统模型35-36
• 3.3 信道模型36-45
• 3.3.1 模型概述36-38
• 3.3.2 散射体簇的生成38-40
• 3.3.3 传播参数的生成40-41
• 3.3.4 信道因子的生成41-43
• 3.3.5 信道的时变更新43-45
• 3.4 仿真结果与分析45-50
• 3.4.1 参数定义45-46
• 3.4.2 仿真结果46-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第四章 宽带大规模3D MIMO多球面信道模型51-69
• 4.1 引言51
• 4.2 系统模型51-53
• 4.3 信道模型53-60
• 4.3.1 天线建模53-56
• 4.3.2 瑞利建模准则56
• 4.3.3 信道生成过程56-60
• 4.4 性能分析60-66
• 4.4.1 参数定义60-62
• 4.4.2 性能评估62-66
• 4.5 本章小结66-69
• 第五章 全文总结69-71
• 参考文献71-77
• 攻读硕士学位期间的研究成果77-79
• 致谢79

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