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.     

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。     

基于三维空间域的宏小区移动通信正向链路信道参数估计

针对均匀分布的三维(3D)散射簇移动通信环境,提出了3D空间域的统计信道模型;在指向性天线覆盖下的宏小区通信环境中,用该模型来估计多径衰落信道的重要空时信道参数,推导了多径衰落信道正向信道链路的到达角与到达时延的概率密度函数、由移动台(MS)移动产生的多普勒频移(DS),分析了空间信道参数及其定向天线主瓣宽度对信道模型的影响.假设MS端散射体分布为高斯分布和指数分布时,该模型更适于描述特殊的移动通信环境.数值仿真结果表明,该模型的信道参数估计符合理论及实际的通信环境,弥补了现有三维散射簇统计信道模型的局限性.     

基于三维空间域统计信道模型的空时特性

为了研究信号在三维空间域信道模型中的空时统计特性,建立了一种三维统计信道模型,其散射椭圆半球体的中心在移动台(MS),适用于设置低MS天线、高基站(BS)天线且重要散射体分布在移动台附近的室外宏蜂窝通信环境中。假设模型的发射信号服从均匀分布,给出了到达角度(AOA)和到达时延(TOA)概率密度的分析算法,能够估计多径衰落信道的重要空时特性,在方位角和仰角平面同时描述波达信号分别在BS和MS处的分布特性。理论分析和数值仿真结果与三维散射模型结果对比表明,本模型的信道参数估计符合理论与经验结果,更加适应各种室外移动通信环境,拓展了三维统计信道模型的分析和研究。     

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.     

三维空间域VMF分布模型的多天线系统性能

针对城市移动通信环境,提出了散射体各向异性分布的VMF分布模型.在室外宏小区的移动通信环境下引入散射体群的概念,并结合MIMO多天线Y型阵列(UYA)和圆形阵列(UCA)拓扑结构,使得模型能够估计多径衰落信道的重要信道参数,如UYA和UCA的空间衰落相关函数(SFC)、衰落信道模型的信道容量及多天线阵列UYA和UCA对平均余纬的敏感度等,并延伸了SFC在求解信道协方差矩阵的应用.结果表明:M IM O多天线系统的性能不仅取决于天线阵列阵元间距,还与到达角度有关;所提模型的信道参数估计结果适用于实际的城市移动通信环境.针对UYA和UCA的SFC和信道容量研究,拓展了VM F分布模型在三维空间域移动通信领域的应用,对MIMO多天线阵列的信道参数评估和无线通信系统仿真提供了有力的工具.     

漏斗状几何信道模型及其角度参数分析

针对移动台(MS)处散射体分布发生突变的室外宏小区移动通信环境,在三维空间域中建立和分析漏斗状空间信道模型.将基站(BS)和移动台看作分布在一条直线上的两点,分别以其为坐标原点建立笛卡尔坐标系.考虑移动台处散射体分布空间不同大小的情况下,着重推导波达信号角度参数的概率密度和环阵列(UCA)多入多出(MIMO)多天线阵列信道容量的表达式,阐明波达信号角度参数与信道系统容量的影响机理.分析结果与半球体信道模型的多入多出多天线阵列的环阵列相比较,结果表明漏斗状空间信道模型在多天线阵列环阵列下的信道容量对方位扩展角变化的敏感度高于半球体信道模型.     

宏蜂窝环境下3D非对称几何信道模型研究

宏蜂窝环境下提出3D非对称几何信道模型.移动台MS位于3D散射区域半椭球的中心,基站BS采用方向性天线,辐射到椭球左右两部分的波束宽度不相等,导致MS端的空间特性是非对称的.该模型利用空间几何关系,分别推导出BS端和MS端到达角、到达时间的概率密度函数、累积分布函数的闭环表达式.通过Matlab仿真,绘制出信道参数统计图形,扩展了信道模型的研究渠道和应用.     

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。     

隧道环境的统计物理信道特征参数提取与计算

针对隧道无线信道视距和非视距传输环境下的车对车(V2V)通信系统,提出了一种隧道空间物理信道模型,其移动发射机和移动接收机均处于移动状态,无限数量的散射体随机分布在隧道壁上.从隧道空间物理信道模型开始引入了一种随机参考模型,考虑电磁信号的单点散射传播路径,推导出三维空间域信道特征参数,即空-时-频互相关函数、二维时频互相关函数、时间自相关函数和频率相关函数.此外,根据参考模型设计出一种高效的顺式和(SOC)信道仿真模型,其时间自相关和频率相关函数都和参考模型相符合.在信道模型的基础上,分析了V2V系统中天线数量和信噪比与信道容量的关系.     

几何随机分布模型的高速铁路山地信道建模

目前,高速铁路(简称高铁)山地地形的无线信道模型构建主要基于部分测量数据,缺乏一定的普适性.针对该缺陷,以山地场景的多输入多输出信道为研究对象,提出一种基于几何随机分布模型(geometry-based stochastic model,GBSM)的3D建模方法.考虑了散射体对无线信号的反射和散射作用,利用基站与移动台为焦点的椭圆柱面和以移动台为球心的球面分别模拟远端散射体和近端散射体,构建3D信道模型;利用冯·米塞斯(VMF)分布模型表征散射体的有效分布,分析散射体的方位角和仰角对信道统计特性的影响,推导出3D信道模型的空时相关函数(space-time correlation function,STCF),空间互相关函数(cross correlation function,CCF)和时间自相关函数(auto correlation function,ACF)的数学表达式.仿真结果表明,基于GBSM的3D模型具有较低的空间CCF和时间ACF值,能更真实地表征高铁山地地形下无线电波的空间多样性,山地地形信道建模的普适性问题得到了有效解决.     

基于802.16d的OFDM导频信道估计

以基于导频的信道估计展开研究.首先总结一般无线信道的多径时变统计特性,给出SUI-3信道模型的仿真实现.在此基础上,研究现有的块状导频插入方式下信道估计算法的原理和性能.基于Alamouti空时编码方案,构建1种具有2个发射天线和1个接收天线的时-频空时编码的正交频分复用(OFDM)系统,提出适用于虚载波系统的基于DFT变换的信道估计算法.该方法利用DFT迭代算法来重构虚载波的频域信道状态信息,通过时域滤波方法来抑制噪声.仿真结果表明:该算法实现了良好的信道估计性能,有效可行.     

基于射线跟踪法的隧道无线信道特性

城市地下轨道交通的隧道环境与地上环境的移动通信有显著不同,为发展应用于隧道环境中的无线通信系统,需要对隧道中的无线信道特性进行研究.本文使用射线跟踪法对隧道环境无线信道进行仿真,并将仿真结果与实际测量结果进行对比,对比结果表明:基于射线跟踪法的信道模型,能够较准确地预测隧道中的大尺度衰落和信道冲激响应等信道特性.在此基础上,又对隧道中的MIMO(多输入多输出天线)系统信道特性进行仿真,仿真结果得出结论:隧道环境中MIMO空间相关度在天线阵列方向上显示出波动性,波动周期与传播信号的波长成正比.     

基于四阶累积量的MIMO信道及其相关性的联合估计

MIMO技术一直受到人们的广泛关注,并被广泛采用于各种移动通信系统的标准化协议中.在此系统中用到的分集合并和空时解码技术都需要以准确估计的信道状态信息为前提条件,以往的信道估计都是在MIMO系统子信道间是非相关的假设下进行的.事实上,由于天线之间距离的限制和传播路径散射体的不充分,子信道之间常常存在一定的相关性,常称为空间相关.另外,在信道估计、天线选择和自适应调制等方面需要已知(估计)这一参数.但是,要精确估计信道的相关性非常困难,到目前为止,这一问题没有得到很好的解决,以至于在大部分关于信道估计的文献中都是预先假定已知信道的相关特性.本文运用四阶累积量理论对MIMO信道及其相关矩阵进行了估计.仿真结果表明,本文所提出的方法具有较高的估计精度.     

分层异构网下的虚拟协作MIMO-STC编码研究

针对移动通信系统中,各单天线用户终端在协作过程中存在的由于用户个数动态变化而导致协作通信无法进行有效空时编码的问题,提出一种新的基于分层异构网络上的不同层之间的协作虚拟多输入多输出空时编码方案(multiple input multiple output space-time coding,MIMO-STC),即由多用户环境中的单天线移动终端共享彼此天线构成一个虚拟多发多收天线阵列,并结合线性弥散空时码编码理论,实现不同层用户簇间的可靠通信.该编码方案能够根据发送簇和接收簇中协作用户个数的具体情况灵活编码,提高分集增益和误码性能.仿真结果表明:采用弥散空时编码方案的虚拟协作通信系统能够有效对抗Raleigh信道下的多径衰落效应,提高系统性能.     

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.     

多天线系统特征波束成形技术中的功率分配算法

介绍了基于特征波束成形的多天线传输技术.针对特征波束成形技术与两种典型的多天线技术(空时编码和分层空时)相结合的系统,从提高系统传输性能出发,分别推导了在独立同分布衰落信道中,发射端已知信道相关矩阵信息的情况下,特征波束成形的功率分配算法.仿真和分析结果表明,在发射端已知信道信息有限的情况下,作者提出的方法能显著改善多天线传输系统的性能,并且在发射天线间存在相关性时,仍能改善系统的性能.     

瑞利相关衰落下MIMO系统的差错率分析

采用空时分组码 ( STBC)的 MIMO系统 ,可有效地对抗无线信道的衰落并获得分集增益和复用增益。推导了空间相关瑞利衰落环境下该系统的误符号率 SEP的闭式结果 ,该结果表明系统的性能主要由MIMO信道协方差矩阵的特征值及其重数决定。对于 2副发送天线 2副接收天线的情况 ,作了计算机仿真 ,仿真结果证明了理论分析的准确性     

互耦效应对多天线系统的相关性影响

多天线技术是无线移动通信领域智能天线技术的重大突破,也是近年来国际上的研究重点.多天线技术带来的天线分集效果可以有效提高移动通信系统的性能,这是因为多路独立信道中的信号都被严重衰落的可能性会小很多,这样就能够在一定程度上克服因通信环境的恶劣、深度的衰落或畸变而带来的信息丢失的情况,从而降低误帧率误比特率,提高系统性能.而提供独立的多径信息则是实现分集技术的基础.但是要想获得独立的多径信息,根据以往的经验,一般要求相邻天线的间距为0.4 λ左右.这对于体积严格受限的手持移动终端设备来讲是不能接受的.冈此在不改变移动终端基本架构,尤其是不增加移动终端尺寸的情况下,本文提出了一种降低多径信道之间空间相关性的解决方案:假设移动台周围的散射体足够多并且均匀分布在以移动台为中心的一个圆形区域内,该网形区域的半径由信道延时扩展的均方值决定;以及在这个模型中,可能存在散射体对一个信号多次反射的现象.而一般情况下,信号受到的反射次数越多,强度衰落得越大.因此这里暂时只考虑仅仅经过一次反射就到达接收端的信号,其余经过更多次反射的信号都认为其衰落较大而被忽略不计的情况下,建立"One-Ring"模型并研究,推导出多天线系统大线问的耦合矩阵C,冉利用MATLAB工程软件仿真,发现随着多天线之间距离的不断减小,天线间的互耦效应可以减小天线间的相关性,使多径信道之间的相关性基本保持在0.2以下.