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.     

MIMO天线阵列多径信道接收性能优化研究

为进一步研究多径信道空间衰落相关性SPC对多天线MIMO系统性能的影响,探讨均匀圆形阵列UCA多天线系统在波达信号角功率谱Az分布下的衰落相关性近似算法,提出优化改进型信号谱分布,分析了MIMO阵列方向对多径信号的优化问题。结果表明:改进模型的衰落相关性能在φ0=0°和天线阵元间距大于0.7个波长时比以往模型优越,且在功率谱角度扩散较小时不可忽视MIMO天线阵列方位的影响,为提高接收性能,应使来波束信号或去波束信号尽可能与MIMO阵列法线方向一致。分析结果为MIMO阵列工程设计提供了有益的理论分析基础。     

椭圆空间统计信道建模及其MIMO多天线系统性能

针对室内外移动通信环境,提出一个椭圆二维空间统计信道模型,该模型假设散射体均匀分布在椭圆内,移动台和基站分别位于椭圆的2个焦点处,并且在移动台分别设置了四单元的线性阵列(ULA)和圆环阵列(UCA)。在椭圆2D空间统计信道模型的基础上分析了多输入多输出系统(MIMO)的多天线系统性能,该模型不仅描述了波达信号在空间和时间上的统计分布特性,推导出了波达信号的到达角度(AOA)和到达时间(TOA)概率密度函数的解析表达式,同时也研究了MIMO多天线系统的空间衰落相关函数和信道容量。散射体均匀分布时,本模型的数值结果阐述了传输时延对信道参数的影响,与已经存在的空间统计信道模型比较,本模型适合室内外移动通信环境,为评估MIMO多天线系统与无线通信系统仿真提供了有力的工具。     

非对称空间统计信道模型及其MIMO多天线系统

针对在非均匀散射体分布以及非对称空间分布的移动通信环境,引入几何分割法导出基于散射体高斯分布的非对称空间统计信道模型.在指向性天线覆盖下的非对称宏小区和微小区以及街道和室内小区的移动通信环境下,模型能估计多径衰落信道的重要空时信道参数,如信号到达角度(AOA)、到达时间(TOA)概率分布密度函数以及到达信号的空-时相关性.另外,在非对称空间统计信道下设置了MIMO多天线线性阵列(ULA)和圆环阵列(UCA),研究了此衰落信道的信道容量.通过信号的AOA和TOA概率密度函数的数值结果与多径衰落信道圆模型(GBSBM)的数值结果对比,表明本模型的信道参数估计结果符合实际的移动通信环境.假设非均匀散射体分布为高斯分布时,本模型的数值结果阐明了分布参数对信道参数的影响,拓展了空间统计信道模型的研究和应用,对评估MIMO多天线阵列系统空时处理算法和仿真无线通信系统提供了有力的工具.     

MIMO无线信道仿真模型分析

为了设计高性能的多输入多输出(MIMO)无线通信系统并预测其性能,对不同条件下的MIMO无线信道进行精确的建模和仿真是必不可少的.从MIMO无线信道模型分类、建模与仿真和天线间空间相关系数计算方法等方面,对典型MIMO信道模型和不同角度功率谱(PAS)分布下天线间空间相关系数的计算方法进行了详细阐述.给出了不同PAS分布下相关系数的统一计算公式和特殊入射角时的化简结果.介绍了锁孔(Keyhole)效应引起的信道退化现象.对相关系数矩阵的计算和不同PAS分布下天线间的相关系数进行了计算机仿真.仿真表明,天线间的相关性与中心入射角、角度扩展和天线间距有关,应用中需酌情考虑.     

基于3GPP-SCM的MIMO信道多普勒功率谱性能研究

多普勒功率谱是分析无线信道的一项重要指标,对接收机的调制解调都存在一定的影响.随着多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)系统的发展,经典多普勒功率谱已经不再适用于MIMO信道的分析.为了更好地分析与更准确地预估MIMO系统的多普勒功率谱.基于第三代合作伙伴计划(3rd generation partnership project,3GPP)的空间信道模型(spatial channel model,SCM),对角度谱为拉普拉斯分布时无线信道的多普勒功率谱进行了理论分析与推导,并结合SCM模型的空时相关性提出了统计多普勒功率谱的方法.在MATLAB仿真平台上,通过配置特殊的发射信号提取各径的衰落系数并统计了数值结果.仿真结果表明,MIMO信道下的多普勒功率谱不仅由用户终端移动速度、中心载波决定,入射波角度分布对其分布也起着决定性的影响.     

基于VMF分布模型的MIMO多天线系统性能研究

基于3维环境的空间统计信道,提出MIMO天线阵列下的VMF分布模型.研究MIMO多天线ULA,UYA和UCA在移动台和基站的拓扑结构,得到VMF(Von Mises Fisher)分布模型下ULA,UYA和UCA的空间衰落相关性(SFC)函数的表达式,比较不同天线阵列对平均仰角(MEOA)的灵敏度.研究表明,MIMO天线阵列的SFC由集中参数、平均方位角(MAOA)及平均仰角(MEOA)决定,该模型的信道性能结果与理论一致.     

一种3D Massive MIMO Kronecker信道模型

为建立适用大规模MIMO系统性能分析和评估的信道模型,提出了一种3D Massive MIMO Kronecker信道模型。在传统3D MIMO Kronecker信道模型研究基础上,利用生灭过程建模散射簇在阵列轴的非平稳演变来表征Massive MIMO信道的非平稳特性,将生灭过程的影响抽象为幸存概率矩阵。通过仿真实验可以验证,所提信道模型不仅能够表征大规模天线阵列的空间相关性,而且可以描述散射簇在大规模天线阵列轴上的演变。     

基于MIMO天线多载波系统的最大容量及最优信道选择算法

为了实现多输入多输出（MIMO）系统的最优传输,在加性高斯白噪声信道下分析了MIMO天线的信道容量增益,选而提出在MIMO多载波系统中,对信道进行时-频-空三维划分的理论,并给出了时-频-空三维能量密度谱的概念,从而对能量和时-频资源进行约泉．在此基础上推导并得出了MIMO多载波系统在加性噪声下的最优能量分配准则和MIMO多载波系统的容量上限在最优能量注水解的指导下,对基于MIMO天线的正交频分复用（OFDM）系统进行最优信道选择,并与未经信道选择算法的系统在相同资源约束和信道环境下进行性能比较仿真结果表明,经过信道选择的系统能更有效地保证符号可靠传输,并且系统容量逼近提出的容量上限．     

Massive MIMO系统的信道建模及其性能研究

在大规模多输入多输出(MIMO)系统中,针对传输场景中到达方位角(AAoA)和到达仰角(EAoA)分布的复杂性,提出了一种空间相关函数,再对这种分布下的信道进行建模。针对典型的均匀线性阵列(ULA)的天线布局建立了一个三维(3D)几何信道模型,并在该模型的基础上研究了大规模MIMO系统天线的平均相关性和信道容量。基于统计物理信道模型,推导了到达方位角(AAoA)和到达仰角(EAoA)之间的关系,分别使用平面波(PW)和球面波(SW)模拟远场效应和近场效应,同时分析了模型参数对大规模MIMO系统性能的影响。仿真结果验证了所提出模型的有效性,该模型易于实现,可通过通信环境进行调整。     

基于时变频率选取的MIMO无线信道仿真模型研究

针对在复杂的无线通信环境中多输入多输出（Multiple Input Multiple Output, MIMO）信道建模非常困难的问题,提出了一种具有空间选择性、频率选择性、时间关联性的MIMO信道模型,将载波频率、最大多普勒频移、到达角（Angle of Arrival, AOA）分布、角度功率谱以及相邻天线间距等技术整合到一起,研究了不同角度频率谱（Power Azimuth Spectrum, PAS）分布的空间关联系数表示。仿真结果表明,这个关联信道容量与理论信道容量一致,从而验证了该模型的合理性,同时,该模型为MIMO容量、系统容量分析及性能评估仿真提供了有力的工具。     

基于几何街道散射场景的车载移动信道模型研究

为了研究室外视距(line of sight,LoS)和非视距(non-LoS,NLoS)传输场景中车辆与车辆(Vehicle-to-Vehicle,V2V)之间的无线通信系统,提出一种基于几何街道散射场景的统计信道模型,其发射端和接收端都处于移动状态。先假设有无穷多的散射体随机分布在街道两侧,并且在发射端和接收端都采用多天线技术,然后模型定量给出了几何街道散射场景下到发射角(angle of arrival,AOD)和到达角(angle of arrival,AOA)之间的几何关系。同时研究了信号在几何散射信道模型中的空间互相关函数、时间自相关函数(autocorrelation function,ACF)、频率互相关函数以及多普勒PSD(powe spectral density,PSD)的影响。理论分析和仿真结果表明提出的V2V通信系统的无线信道的统计特性符合理论和经验,拓展了多输入多输出宽带V2V通信系统的研究。     

基于最大比传输预编码天线分组技术的大规模多入多出系统能效研究

大规模多输入多输出(MIMO)系统中,大型天线阵列之间的强天线相关性会导致系统性能降低.针对下行链路场景,提出基于最大比传输预编码的联合天线分组和天线选择算法,把大规模天线阵列划分为若干组,在每组中基于信道矩阵最大列范数选择天线,构造所选天线与接收天线间的信道矩阵,并计算对应的预编码矩阵.建立能效模型,分析联合天线分组和天线选择算法对系统能效的影响.仿真结果表明,在基站天线数为200、发射功率为10 dB、天线相关因子为0.8的假设下,当分组数为24时,与最大范数天线选择算法相比,该算法使系统能效提高了约24.4%.     

一种多用户多天线的无线网络传输方案

在多用户多输入多输出无线通信系统网络中,如何实现各对用户间的高速率、高可靠数据传输是目前国内外重点关注的一项关键通信技术.针对具有两对用户且每个用户均装配四根天线的网络模型,提出了一种能够实现全速率传输并能获得全分集误码性能的编码传输方案.仿真结果表明所提编码传输方案具有有效性.该方案可以进一步拓展到多用户多天线的情况.     

室内多用户MIMO系统下行链路空分多址算法研究

多天线技术可在不额外增加功率和带宽的条件下成倍提升无线资源的频谱效率,改善通信质量.本文提出了一种适合于室内分布系统场景的多用户MIMO下行链路空分多址算法.首先通过测量不同用户在不同通道上的功率来计算空分多址用户间的信号干扰比值,然后根据该信号干扰比值进行初步的空分多址判决,最后对空分多址用户进行干扰补偿.仿真结果表明该空分多址算法可以大幅提升室内分布系统的容量.     

Spatial channel characteristics in the outdoor hotspot environment based on wideband MIMO measurements

Wideband multiple-input multiple-output （MIMO） channel measurements were performed at 5.25GHz in the hotspot environment in Beijing. The propagation mechanism was line-of-sight and obstructed-line-of-sight （LOS/OLOS） in the outdoor scenario. Using a large amount of estimated angle of departure （AoD） and angle of arrival （AoA） results, the cumulative distribution functions （CDFs） of directional spread （DS） are extracted, which illustrate that the spatial dispersion is quite significant at both ends due to the low antenna height of base station and rich scatterers. The average power azimuth spectrum （PAS） is found to be well fitted with a Laplacian function. In addition, the non-isotropic property of spatial correlation is investigated, and the average envelop correlation over arbitrary antenna spacing provides the correlation distance to facilitate the MIMO optimization and deployment in the outdoor hotspot environment.     

LTE-Advanced MIMO低SNR下调制技术性能研究

采用多输入多输出（multiple input multiple output,MIMO）技术来提高无线信道的传输增益,从而提高调制系统中的信噪比、降低调制系统的比特误码率;仿真量化分析了在LTE-Advanced MIMO不同无线场景中,调制系统中信噪比与MIMO技术的天线数,以及调制系统中信噪比与MIMO技术天线的发射功率之间的关系。仿真结果表明,MIMO技术能提高低功率无线场景中调制系统中的信噪比,进而提高调制系统的可靠性。     

V-BLAST系统在宏蜂窝MIMO相关信道下的性能分析

传统的V-BLAST(Vertical Bell-lab Layered Space Time)系统是基于充分富散射环境假设,即认为收、发天线阵元之间是完全独立的,而这在宏蜂窝移动环境下一般并不成立.根据Ali Abdi等人提出的宏蜂窝MIMO(Multi-InputMulti-Output)信道模型,研究了到达角(AOA:Angle of Arrival)的非均匀分布对V-BLAST系统性能的影响.经计算机仿真分析表明:在非全向散射条件下,移动台一侧到达角分布对室外MIMO系统性能起着关键性的影响.     

互耦效应对天线阵单元间相关性的影响

分析了互耦效应对多天线性能的影响,通过网络等效分析法对天线模型进行简化分析,得出阻抗矩阵和收发端的耦合矩阵。推导出互耦效应时天线阵元空间相关性的通用表达式,并论证了它与无互耦时空间相关性的关系。研究了互耦效应分别对平行天线阵列和共线天线阵列阵元间空间相关性的影响。仿真分析表明,互耦效应对于两种天线阵列的影响显著不同,适当的选择天线阵列可以有效地改善互耦效应对于系统性能的影响。