MIMO阵元方向性对系统性能影响研究

在考虑空间衰落相关性(SFC)的同时引入天线单元方向性,研究基于统计信道模型的终端MIMO多天线模型及性能评估方法.在Kronecker的MIMO信道建模中应用终端波达信号方位角功率谱(APS)模型.利用此MIMO信道模型概念,分析在统计衰落信道中MIMO阵元方向性对系统性能影响,包括对空间衰落相关系数、MIMO多径信道容量和误码率(BER)的影响.仿真和优化结果表明:终端MIMO多天线模型中阵元方向性对系统性能影响显著,合理安排阵元波束方向可增加约10%多径信道容量并明显减小误码率.     

基于统计信道模型的MIMO多天线系统性能研究

由于多径效应的存在,MIMO无线传输系统的性能很大程度上取决于衰落信号空间相关性.研究基于统计的传输信道模型,及在此模型下MIMO多天线系统的接收性能.在理想基站天线结构下,用户终端(UT)的波达信号方位功率谱(APS)模型可应用到Kronecker MIMO信道模型中.研究在Kronecker MIMO信道模型中方位功率谱对MIMO分集和多天线系统性能的影响.数值仿真结果表明:此统计信道模型下的参数估计符合理论和经验;提出的统计信道模型及分析法扩展了以前的MIMO信道模型建模,降低了计算和分析的复杂度.     

采用传播图论建模方法的Massive MIMO室内场景传播特性

大规模多天线(Massive MIMO)技术在基站端配置大规模天线阵列,能够大幅度提升数据传输速度和系统容量,实现无线传播信道中的空间和时间资源的最大化利用.有关Massive MIMO无线传播信道的研究,对大规模多天线的应用、系统的设计与部署具有重要意义.本文采用传播图论信道建模的方法,研究Massive MIMO在实际传播信道中的性能表现,既能很好的避免信道实测带来的繁重工作,又能有效反映Massive MIMO的无线信道衰落特性.分别在高频点6GHz和低频点1.472 5GHz对选定的室内传播场景进行了信道建模与仿真,由传播图论建模方法得到了信道冲激响应,并进行参数提取,分别从角度域和时延域分析了大规模多天线系统的信道传播特性,并通过分析信道奇异值扩展的分布,证明了实际传播环境中天线数目增多信道的正交性显著增强.     

大规模MIMO网络中基于时间反演的预编码技术

针对大规模多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)网络中随基站天线数目与用户终端数目增多而引发的用户间干扰(inter user interference,IUI)问题,提出一种面向大规模MIMO的时间反演(time reversal,TR)预编码抗干扰技术。该方法在MIMO系统中先后历经信道探测、多径信道建模、干扰信道分析以及信道预编码矩阵设计,实现时间反演预编码信号在多径信道中IUI抑制传输,一方面在时间反演技术基础上进行信道优化,利用时间反演技术的时空聚焦性实现能量聚焦;另一方面利用迫零预编码技术降低大规模MIMO系统中用户间干扰与共道干扰。MATLAB仿真结果验证了基站天线数目、用户端终端数目对于大规模MIMO系统性能的影响,结果证明,时间反演预编码抗干扰技术可以使平均误比特率减小,并显著提高信干噪比和大规模MIMO系统的可达速率。     

基于电路网络参数的宽带MIMO系统模型

该文提出了一种基于电路网络参数的宽带多输入多输出(MIMO)系统分析模型,该模型考虑了天线阵列的互耦和阻抗畸变、匹配网络、接收机噪声和外部干扰噪声的影响,以及传播信道的特性,可以准确地分析和比较不同MI-MO系统的性能。利用该模型对MIMO系统的传输链路进行建模,说明了如何在分析模型中使用标准的基于多径的传播信道模型,并且比较了使用不同天线阵列的宽带MIMO系统的性能,分析了匹配网络和不同系统噪声对于系统性能的影响。结果表明,阵列的尺寸对宽带MIMO系统的性能有重要的影响,匹配网络只能有限地提高物理尺寸受限的MIMO系统的性能。     

相关衰落多输入多输出系统的参数化信道估计

针对多输入多输出(MIMO)系统中信道空域相关影响信道估计性能的问题,提出了一种基于多径参数估计的信道估计方法.该方法适用于多径稀疏信道环境下的双端部署均匀线性阵列的MIMO系统,通过构建信道的多径参数化模型,用多径的径参数描述信道矩阵和信道空域相关,将信道估计问题转化为多径参数的估计,并采用波达矩阵算法估计出多径参数以完成信道估计.由于利用了信道的多径结构,在不需预知信道空域相关的情况下,能够获得比Least-Square方法更好的信道估计性能.仿真实验表明,与Least-Square方法相比,当信道估计均方误差达到10-1时,该方法在4×4和6×6的MIMO系统中分别能够获得2.5 dB和5 dB的信噪比增益.     

MIMO系统中一种新的接收天线选择算法

在瑞利衰落信道条件下，通过天线选择可以提高多输入多输出（MIMO）系统的容量，并能有效地降低MIMO系统的复杂度和射频成本，天线选择算法也成为问题的关键。对接收天线选择算法进行了研究，通过连续选择使MIMO系统容量增加最大的天线的方法，用矩阵及行列式运算导出了一种新的接收天线选择算法，并通过仿真和分析与其它算法进行了比较。仿真结果表明，新算法在信噪比较小时，有最大的遍历性容量（ergodic capacity）、中断容量（outage capacity）；在信噪比较大时，同其它算法结果十分接近。新算法更适合于在信噪比较小（信号弱或信遭受噪声恶化严重）时使用。将新算法同Alkhansari算法结合起来，结果更好。     

基于STBC-OFDM的非协作虚拟MIMO传输策略

针对多用户配对虚拟MIMO(multiple input multiple output)安全性差、对信道估计器依赖性强的问题,在分析理想MIMO系统和多径SISO(single input single output)系统本质关系的基础上,提出一种基于空时分组编码STBC(space-time block coding)和正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)的非协作式虚拟MIMO传输策略.在发送端,为了获得最佳发射分集增益,利用信道循环矩阵奇异值分解(singular value decomposition,SVD)后得到的左酉矩阵进行预编码;在接收端,为了获得平行子信道传输效果,提出一种基于低复杂度线性STBC译码和傅里叶变换预解码的非协作虚拟MIMO接收方案.该虚拟MIMO在收发两端均无需信道瞬时信息,以非协作方式在单天线内模拟多天线收发效果.仿真分析结果表明该虚拟MIMO系统能有效逼近实际理想MIMO的系统容量和误比特率性能,显著降低了虚拟MIMO系统的检测门限.该结果验证了其有效性和优越性.     

三维空间域车载阵列及其多天线系统性能

针对城市狭窄弯道非视距车载(V2V)移动通信传播环境,提出了一种三维(3D)空间域大规模多输入多输出(M-MIMO)天线阵列模型,此模型用三维空间假设代替传统的二维(2D)平面阵列假设,将天线模型应用于弯道车载信道模型中,推导了波达信号到达角和发射角的概率密度函数闭合表达式;研究了3D空间阵列自相关特性和天线阵列参数及散射体分布对多天线系统性能的影响.仿真结果与一些经典模型数据及测量信道相符合,表明了该模型应用的可行性;可用于描述弯曲道路V2V通信场景的信道特征,为未来进一步分析和讨论MIMO多径信道或5G M-MIMO信道特征提供了良好的理论参考.     

大规模多天线无线信道及容量特性研究

基站端配置大量天线构成的大规模多天线系统,可以进一步挖掘空间域增益,大幅度提升无线通信系统传输容量和功率效率.从理论上看,大规模多天线系统获得空间域增益的前提条件是传播环境中的各子信道满足正交条件.准确的获取无线信道信息是通信系统研究的基础,它为通信系统的链路级仿真、样机试验和标准制定提供理论基础和技术支撑.本文研究了大规模多天线无线信道的特点,总结了国内外大规模无线信道的测量与建模,通过随机矩阵特征值经验概率密度函数角度研究了Massive MIMO无线信道的信道容量,并给出了球面波信道建模和阵列域的相关性与非平稳特性为下一步的两个研究方向.     

微小区MIMO信道的椭圆模型

提出了一种新的基于微小区环境的MIMO空时相关的信道模型,即椭圆模型,得到了微小区环境下衰落的空时相关函数.模型考虑了天线阵列的间距、天线阵列的放置角度,以及移动端的运动等因素对衰落相关性的影响.在模型的基础上,用Monte Carlo法对衰落信道进行了仿真,探讨了影响衰落的空时相关性和MIMO信道容量的因素.     

Performance Evaluation of a Four-Element Antenna Array with Selection Circuits for Adaptive MIMO Systems

Reconfigurable antenna arrays increase the flexibility of adaptive MIMO systems. At present, most designs have adopted antenna arrays with reconfigurable elements. However, antenna selection is also an effective method, which has not been fully investigated. In this paper, the potential benefits of a four-element antenna array with selection circuits in the UMTS band (1920–2170 MHz) are explored. The array has eight pin-diodes embedded in the feeding network to select any sub-set of elements. For evaluation, an adaptive MIMO system was set up and a measurement campaign was taken in an indoor multi-path environment. The measurements were performed over a 300 MHz bandwidth centered at 2.05 GHz, covering the UMTS band. The results show that different channel conditions prefer different antenna array configurations. Therefore, in varying channel conditions the antenna array can support antenna selection algorithms to select the best sub-set of elements to increase channel capacity.     

用椭圆模型分析微小区MIMO信道容量

介绍了一种新的适于微小区无线衰落环境的M IMO(多输入多输出)空时相关信道模型即椭圆模型。利用模型并结合Monte Carlo法,对实际微小区环境下M IMO系统的信道容量作了仿真研究,探讨了收发天线阵列的间距、收发天线数、平均信噪比等因素对M IMO信道容量的影响。所得到的结论对M IMO系统的分析和设计有一定参考价值。     

Review of wideband MIMO channel measurement and modeling for IMT-Advanced systems

In October 2005,the next generation mobile communication system was officially named as the International Mobile Telecommunications-Advanced(IMT-Advanced) by the ITU Radiocommunication Sector(ITU-R).Wideband multiple input and multiple output(MIMO) channel models in multiple propagation environments are fundamental for IMT-Advanced systems and such research has been initiated since 2003.The research challenges come from the fact that the wider bandwidth(20-100 MHz) and the advanced multiple antenna technology have been proposed for the IMT-Advanced system,thus leading to higher sampling rates and multiple spatial propagation channels.In this review,four aspects of wideband MIMO channel measurement and modeling are discussed:(1) radio channel measurement procedure and equipment;(2) large scale fading models;(3) small scale fading models;and(4) MIMO channel models.In particular,the large scale fading affected by the carrier frequency is investigated for urban macrocells and it shows that the higher carrier frequency results in greater loss for non-line-of-sight(NLoS) conditions in the cities of China,for which the frequency dependent factor is 32.1.Moreover,the dense and the obviously higher buildings also lead to a larger angle spread(AS) of both the angle of arrival and angle of departure in urban macrocell scenarios.The results indicate that there is the potential to explore the MIMO technique for an IMT-Advanced system with larger ASs,which would lead to the high system capacity.The progress on MIMO models is described and some methods for simplifying geometry-based stochastic channel models(GBSM) are proposed.Finally future research topics on channel measurement and modeling are identified.     

矿井MIMO-OFDM通信系统的信道建模与仿真

在已有矿井MIMO信道模型的基础上,提出了一种基于Nakagami衰落的矿井MIMO空间相关信道模型建模方法。基于Nakagami衰落的非相关MIMO信道,通过计算收发天线间的空间相关性生成MIMO空间相关信道。对所建信道模型的空间相关性及信道容量进行仿真分析。仿真结果证明:MIMO信道的空间相关性随收发端天线单元间距的增大而减小;MIMO信道容量与信道空间相关性以及收发端天线数目有关;减小信道的空间相关性或者增加天线数目,可增加MIMO信道容量。基于Nakagami衰落的矿井MIMO空间相关信道模型适用于矿井无线通信系统。     

分布式MIMO系统天线选择对信道容量的影响

研究了分布式多输入多输出系统的信道容量,对信道非满秩情况进行讨论,分析了天线选择对于信道容量的影响。对信道容量的仿真表明：在分布式MIMO系统中对发射天线进行选择可以提高信道容量。同时选择天线可以减小系统的复杂度和硬件成本。     

离散MIMO衰落信道容量的研究

 研究了发送端未知、接收端已知信道信息条件下,离散调制信号输入时MIMO衰落信道容量。提出了一种有效的信道容量估计方法,仿真结果表明,该估计方法降低计算的复杂度同时获得了很好的近似结果。通过该估计方法比较了接收天线不同时,PSK输入与高斯输入时的信道容量。低信噪比时,PSK输入可获得与高斯输入相同的传输速率,而且在天线数一定的情况下,应尽量增加接收端天线数来增加系统传输速率。     

基于部分信道状态信息的多模式天线选择算法

分析了基于部分信道状态信息的天线选择的必要性,并对相关信道情况下角度扩散、信噪比和发送端天线配置方式对信道容量的影响进行了研究.提出根据信道状态动态确定发送天线子阵中的天线数目,从而确定反馈信息的数量.然后利用反馈向量在发送天线端进行波束形成,使得具有较高信道增益的子信道被选择用来进行数据传输.仿真结果表明,采用天线选择后系统可以根据信道状态确定参与传输的发送天线的数目,减小了系统配置的复杂度,降低了成本,并且在信道存在严重相关的场合下算法仍适用.     

Performance of Adaptive Subchannel Assignment-Based MIMO/OFDM Systems over Multipath Fading Channels

Introduction Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is widely regarded as an effective modulation tech- nique for mitigating the effects of inter symbol inter- ference (ISI) in a frequency selective fading channeland for providing reliable high…