本文關(guān)鍵詞：基于空間統(tǒng)計(jì)信道建模及其MIMO性能研究分析

  更多相關(guān)文章： 多輸入多輸出 無線信道建模 多普勒功率譜 信道容量 電磁矢量傳感器

【摘要】：近年來,隨著無線通信業(yè)務(wù)以及新興寬帶移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)的快速發(fā)展,對(duì)無線通信系統(tǒng)的優(yōu)化變得至關(guān)重要。實(shí)際中,對(duì)無線信道的理解將為設(shè)計(jì)高性能和高頻譜效率的無線傳輸技術(shù)奠定基礎(chǔ)。多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)作為第四代移動(dòng)通信技術(shù)(The Fourth Generation,4G)以及今后移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)之一,已經(jīng)充分體現(xiàn)出其提高頻譜利用率以及系統(tǒng)信道容量的巨大優(yōu)勢(shì)。MIMO系統(tǒng)的性能主要依賴于無線衰落信道以及收發(fā)陣列天線,無線信道的特性對(duì)于信號(hào)傳輸存在有很大的影響,因此對(duì)于電磁信號(hào)在基站(Base Station, BS)以及移動(dòng)臺(tái)(Mobile Station, MS)之間的傳輸環(huán)境進(jìn)行信道建模也就顯得非常具有必要。本文主要圍繞基于空間統(tǒng)計(jì)信道模型及其MIMO多天線性能研究展開分析,深入無線信道建模、多普勒功率譜(Doppler Spectrum, DS)、空間相關(guān)性以及信道容量等各方面內(nèi)容,為MIMO性能的分析做出理論基礎(chǔ)。本章節(jié)的研究工作主要包含以下四個(gè)方面：首先為了能夠蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)算法研究的準(zhǔn)確性,本章節(jié)提出了一種改進(jìn)的可以描述室內(nèi)室外任何環(huán)境的統(tǒng)計(jì)信道模型。通過數(shù)值推導(dǎo)BS和MS信號(hào)的空時(shí)聯(lián)合分布以及邊緣分布概率密度函數(shù),分析和比較了散射體高斯分布、指數(shù)分布以及所提出的散射體分布的空時(shí)統(tǒng)計(jì)特性；另外,數(shù)值仿真由于MS的移動(dòng)特性而產(chǎn)生的多普勒功率譜分布,以及MIMO多天線系統(tǒng)的性能。仿真結(jié)果表明可以通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)散射體分布參數(shù),可以將所提出的散射體分布準(zhǔn)確的描述室外宏小區(qū)(Macrocell)以及室內(nèi)微小區(qū)(Microcell)等各種移動(dòng)通信環(huán)境下的重要空時(shí)信道參數(shù),進(jìn)而方便地取代過去第三代合作伙伴計(jì)戈(3rd Generation Partnership Project,3GPP)中關(guān)于MIMO多天線系統(tǒng)的相關(guān)性陣列的研究。其次構(gòu)建室內(nèi)微小區(qū)三維空間(Three Dimensional,3D)統(tǒng)計(jì)信道模型,數(shù)值推導(dǎo)上行和下行無線信道鏈路的空間統(tǒng)計(jì)特性。其中逐步細(xì)化對(duì)于基站以及移動(dòng)臺(tái)空間入射角度的研究,數(shù)值推導(dǎo)電磁信號(hào)在水平面以及豎直平面上的空時(shí)統(tǒng)計(jì)特性,比如到達(dá)角度(Direction of Arrival, AOA)以及到達(dá)時(shí)延(Time of Arrival, TOA)等等；與此同時(shí),采用控制變量的研究方法,對(duì)于基站以及移動(dòng)臺(tái)的多普勒功率譜分別展開分析。數(shù)值仿真結(jié)果與二維空間(Two Dimensional,2D)多徑衰落信道對(duì)比表明本模型的信道參數(shù)估計(jì)結(jié)果符合理論和經(jīng)驗(yàn),進(jìn)而擴(kuò)展3D空間統(tǒng)計(jì)信道模型的研究和應(yīng)用。接著構(gòu)建3D車載網(wǎng)空間統(tǒng)計(jì)信道模型(Mobile-to-Mobile, M2M),模型探討了電磁信號(hào)在多徑衰落信道中水平面以及豎直平面上的重要空時(shí)參數(shù)。結(jié)合上述信道建模,數(shù)值探討多徑衰落信道的重要空時(shí)信道參數(shù),比如電磁信號(hào)在上行以及下行無線鏈路的AOA概率密度函數(shù),由于MS的移動(dòng)特性而產(chǎn)生的多普勒功率譜分布,以及MIMO多天線系統(tǒng)的性能。以上仿真結(jié)果從科學(xué)的角度闡述了車對(duì)車信道的時(shí)變非平穩(wěn)特性,并更為準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對(duì)車對(duì)車時(shí)變信道多徑結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化的模擬,豐富了動(dòng)態(tài)信道的建模理論。然后引入電磁矢量傳感器(Electromagnetic Vector Sensor, EVS)作為多天線陣列接收單元,構(gòu)建出一種同心橢圓新型天線陣列模型(Uniform Concentric Circular Arrays, UCCA),建立MIMO多天線三維信道模型。數(shù)值推導(dǎo)基于EVS的三維空間信道解析式,闡述空間角度與MIMO多徑信道相關(guān)性的關(guān)系。理論分析和仿真結(jié)果明確表明,所提出的新型天線陣列能夠有非常理想的系統(tǒng)性能；另外,與傳統(tǒng)的線性天線陣列(Uniform Liner Array, ULA)、圓形天線陣列(Uniform Circular Array, UCA)相比,所提出的UCCA-EVS天線陣列往往可以更加適合描述三維空間衰落信道模型。
【關(guān)鍵詞】：多輸入多輸出 無線信道建模 多普勒功率譜 信道容量 電磁矢量傳感器
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN919.3
【目錄】：

• 摘要10-12
• Abstract12-14
• 第一章 緒論14-18
• 1.1 無線通信的背景及意義14-15
• 1.2 無線信道建模的研究意義15-16
• 1.3 主要工作與創(chuàng)新點(diǎn)16-17
• 1.4 章節(jié)安排17-18
• 第二章 無線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 一般路徑損耗模型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 衰落信道的統(tǒng)計(jì)特性22-23
• 2.3.2 衰落信道的生成23-24
• 第三章 二維空間域幾何信道模型的分析研究24-40
• 3.1 引言24-25
• 3.2 信道模型與AOA/TOA概率密度25-29
• 3.2.1 信道模型與等效散射體分布函數(shù)25-28
• 3.2.2 AOA/TOA概率密度28-29
• 3.3 電磁信號(hào)的AOA概率密度29-30
• 3.3.1 BS的電磁信號(hào)AOA概率密度29
• 3.3.2 MS的電磁信號(hào)AOA概率密度29-30
• 3.4 多普勒頻譜功率譜30-31
• 3.5 多天線MIMO系統(tǒng)性能分析31-34
• 3.5.1 MIMO多天線空間信道相關(guān)性32-33
• 3.5.2 MIMO多天線信道容量33-34
• 3.6 仿真結(jié)果與分析34-39
• 3.7 本章小結(jié)39-40
• 第四章 三維室內(nèi)微小區(qū)空間統(tǒng)計(jì)信道建模分析40-59
• 4.1 引言40
• 4.2 三維空間統(tǒng)計(jì)信道模型40-43
• 4.3 三維信道模型的到達(dá)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 三維信道模型的時(shí)延特性45-47
• 4.5 三維信道模型的MIMO性能分析47-48
• 4.6 仿真結(jié)果與分析48-58
• 4.7 本章小結(jié)58-59
• 第五章 三維空間域幾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 仿真結(jié)果與分析65-70
• 5.4.1 MS端的仿真結(jié)果分析65-68
• 5.4.2 BS端的仿真結(jié)果分析68-70
• 5.5 本章小結(jié)70-71
• 第六章 車載網(wǎng)三維空間統(tǒng)計(jì)信道建模分析71-87
• 6.1 引言71
• 6.2 車載網(wǎng)空間統(tǒng)計(jì)信道模型71-75
• 6.3 車載網(wǎng)信道模型的到達(dá)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 三維信道模型的多普勒分析77-78
• 6.5 三維信道模型的MIMO性能分析78-79
• 6.6 仿真結(jié)果與分析79-86
• 6.6.1 到達(dá)角度的仿真結(jié)果分析80-82
• 6.6.2 多普勒頻譜分析82-84
• 6.6.3 MIMO系統(tǒng)的性能分析84-86
• 6.7 本章小結(jié)86-87
• 第七章 電磁矢量傳感器下的MIMO性能分析87-100
• 7.1 引言87-88
• 7.2 三維MIMO天線陣列88-92
• 7.2.1 三維信道入射信號(hào)矢量88-90
• 7.2.2 EVS天線陣列90-92
• 7.3 三維UCCA天線陣列92-94
• 7.4 仿真結(jié)果與分析94-99
• 7.4.1 空間相關(guān)性分析94-98
• 7.4.2 信道容量分析98-99
• 7.5 本章小結(jié)99-100
• 第八章 總結(jié)與展望100-103
• 8.1 全文的工作總結(jié)100-101
• 8.2 未來的工作展望101-103
• 附錄 縮略語103-105
• 參考文獻(xiàn)105-112
• 攻讀學(xué)位期間取得的科研成果112-114
• 致謝114

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 羅海勇;劉書靜;劉曉明;;基于空間相關(guān)性濾波和迭代最小余差剔除NLoS的ToA定位算法(英文)[J];中國通信;2012年04期

，

本文編號(hào)：539020