MIMO無(wú)線信道的建模與仿真.pdf

1、多輸入多輸出(MIMO: Multiple Input, Multiple Output)無(wú)線通信技術(shù)是天線分集和空時(shí)處理技術(shù)相結(jié)合研究之后而創(chuàng)新出來(lái)的一個(gè)技術(shù)。如今，有關(guān)MIMO的研究主要集中在信道建模、空時(shí)編碼、多用戶檢測(cè)、系統(tǒng)容量等方面展開。其中，研究和開發(fā)合理的MIMO無(wú)線衰落信道模型是研究MIMO的基礎(chǔ)，這是因?yàn)樾诺滥Ｐ涂梢杂脕?lái)模擬各種實(shí)際環(huán)境下的信道參數(shù)，也可以用來(lái)評(píng)估和驗(yàn)證現(xiàn)有空時(shí)處理算法的性能，更重要的是，仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)

2、高性能 MIMO通信系統(tǒng)必須用到信道模型。基于上述原因，本文圍繞 MIMO無(wú)線衰落信道建模，研究了 MIMO無(wú)線信道在大尺度上和小尺度上的衰落特征，然后給出了一種基于Kronecker算法的MIMO信道建模和一種基于徑方法的MIMO信道建模，并分別對(duì)它們進(jìn)行了仿真。本文的主要內(nèi)容概括如下：
　　首先，簡(jiǎn)述了課題背景及研究的目的和意義，總結(jié)了 MIMO信道模型的發(fā)展以及MIMO無(wú)線信道研究的基本方法。
　　然后，研究了MIMO

3、無(wú)線衰落信道的特征，包括大尺度上和小尺度上的衰落特征。在這部分中，著重研究了小尺度衰落中的時(shí)間選擇性衰落、頻率選擇性衰落和空間選擇性衰落，得到了時(shí)間間隔相關(guān)函數(shù)、多普勒譜、頻率間隔相關(guān)函數(shù)、時(shí)延功率譜、時(shí)間間隔相關(guān)函數(shù)、波數(shù)譜、角度譜等這些復(fù)雜的概念之間的關(guān)系，它們其中有一些存在映射關(guān)系，有一些是傅立葉變換對(duì)，因此，只要針對(duì)每個(gè)方面測(cè)量其中的一個(gè)函數(shù)，其他的都可以由數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到。
　　針對(duì)MIMO信道建模，先研究了基于Kronec

4、ker算法的MIMO信道建模，主要是針對(duì)在典型的非直視傳播和有著豐富散射的信道環(huán)境中，信道系數(shù)可以近似為零均值的復(fù)高斯隨機(jī)變量情況下，通過(guò)采用發(fā)射和接收兩端的信道相關(guān)矩陣的Kronecker積近似地去逼近MIMO信道的相關(guān)矩陣。其中，首先討論了統(tǒng)計(jì)MIMO信道建模所需要的一些參數(shù)，包括時(shí)延功率譜、角度功率譜和角度擴(kuò)展等。接著，討論了信道模型的一般表示，然后系統(tǒng)的推導(dǎo)了如何用Kronecker積去表示MIMO信道的協(xié)方差矩陣以及如何得到M

5、IMO信道的抽頭系數(shù)矩陣，并給出了這種建模方法的建模流程。最后用這個(gè)MIMO信道模型仿真了兩種環(huán)境下的3GPP（3rd Generation Partnership Project）信道模型，并給出了信道的仿真實(shí)現(xiàn)及相關(guān)參數(shù)。
　　Kronecker模型雖然只需要較少的輸入?yún)?shù)就可以得到簡(jiǎn)潔的信道相關(guān)特征的表達(dá)式，然而，Kronecker模型太過(guò)于將信道模型簡(jiǎn)單化，其反映實(shí)際信道特征的真實(shí)性有限。因此，對(duì)于MIMO信道建模，本文接

6、著還研究了一種基于徑方法的MIMO信道建模，它主要是基于將多徑傳播信道建立為具有時(shí)變沖激響應(yīng)的線性濾波器，能夠更加真實(shí)地表現(xiàn)出MIMO信道特征。其中首先研究了基于射線跟蹤的多徑的MIMO信道模型，并推導(dǎo)出了信道系統(tǒng)沖激響應(yīng)的表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合3GPP的SCM（Spatial Channel Model）模型，推導(dǎo)出了3GPP的SCM系統(tǒng)級(jí)信道模型的信道參數(shù)產(chǎn)生公式，并給了3GPP的SCM信道模型的建模流程。最后用這個(gè)MIMO信道模