MIMO信道极化特性建模研究

论文摘要

多输入多输出（MIMO,Multiple Input Multiple Output）技术开发了信道的空间自由度,具有高频谱效率的优势,是下一代无线通信系统的关键技术之一。MIMO信道建模作为MIMO技术研究领域中的一项基础性研究,对于MIMO空时信号处理算法性能的评估,以及对MIMO系统进行系统级的仿真和校准具有重要意义。近年来,多极化天线以其相关性低,尺寸小等优点,受到了广泛关注并很有可能运用于未来的MIMO系统中,但目前MIMO信道的极化特性还没有得到很好的建模,因此,建立适宜的极化信道模型,实现对多极化MIMO系统性能的评估,成为目前MIMO信道建模研究的热点。本文在MIMO信道建模研究的基础上,对信道的极化特性建模展开了研究。本文的主要工作和贡献有以下几点:一、本文介绍了MIMO系统中的多极化天线以及信道的极化传播机理,对MIMO信道的空域特性进行了描述,同时简要的介绍了MIMO信道建模的基本方法以及发展现状。二、现有的模型不能方便的对各种极化天线进行分析,本文在此基础上,提出了一种可对任意的多极化天线进行相关性评估的模型。该模型具有参数易变,灵活性强的优点,且适用于极化辨识度（XPD, cross-polar discrimination）的评估,与Kronecker模型结合后,还可以实现系统容量的评估。仿真结果验证了该模型的有效性,展现了多极化天线在降低天线相关性时的显著效果。三、目前极化研究多基于瑞利信道以及室内环境,本文以视距（LOS, Line-Of-Sight）下的远距离传输为背景,分析了单极化的均匀线性阵列（ULAs, uniform linear arrays）存在的天线尺寸与信道容量之间的矛盾关系,通过仿真比较体现了多极化天线在克服此类问题上的突出作用,最后本文开发了信道测量平台,设计了实验,展开了一些测量工作,对仿真结果进行了验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.1.1 MIMO 技术概述
• 1.1.2 MIMO 无线信道与建模
• 1.1.3 MIMO 系统中的多极化天线
• 1.2 MIMO 信道建模研究现状
• 1.3 本文的主要工作及内容安排
• 第二章 MIMO 信道及建模概述
• 2.1 MIMO 信道空域特性
• 2.1.1 角度扩展及扩展谱
• 2.1.2 天线特性影响
• 2.2 极化天线与极化传播
• 2.2.1 多极化天线
• 2.2.2 极化传播特性
• 2.2.3 极化辨识度（XPD）
• 2.3 MIMO 信道建模方法
• 2.3.1 无线信道测量
• 2.3.2 参数提取与建模
• 2.3.3 归一化信道容量
• 2.4 MIMO 信道模型
• 2.4.1 信道模型分类
• 2.4.2 几何簇模型
• 2.4.3 相关信道模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 任意极化MIMO 系统相关性及信道容量分析模型
• 3.1 系统模型
• 3.2 基本假设
• 3.3 相关系数推导
• 3.4 多极化天线相关系数评估
• 3.4.1 拉普拉斯分布下的相关系数
• 3.4.2 高斯分布下的相关系数
• 3.5 多极化天线XPD 评估
• 3.5.1 XPD 评估方法
• 3.5.2 XPD 数值仿真
• 3.6 多极化MIMO 信道容量
• 3.6.1 信道能量归一化
• 3.6.2 理想极化MIMO 信道容量
• 3.6.3 多极化信道容量分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 LOS 下的极化MIMO 解决方案及测量实验
• 4.1 LOS 下的单极化 MIMO 信道
• 4.1.1 单极化信道模型
• 4.1.2 阵列设计准则
• 4.1.3 信道条件数
• 4.1.4 信道特性分析
• 4.2 LOS 下的多极化MIMO 信道容量
• 4.2.1 多极化信道模型
• 4.2.2 多极化信道特性
• 4.3 微波暗室测量实验
• 4.3.1 测量平台设计
• 4.3.2 实验方法
• 4.3.3 实验结果分析
• 4.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果