频率选择性衰落MIMO信道容量分析

随着传输速率越来越高,信号所占用的带宽越来越宽,实际信道呈现出频率选择性衰落特性.根据频率选择性衰落信道特性,建立了频率选择性衰落MIMO信道模型,采用频域和时域的方法研究了在频率选择性衰落下,发射端已知和未知信道状态信息的MIMO信道容量,并给出了相关的仿真结果.研究结果表明:在相同发射功率和传输带宽下,MIMO系统可以不牺牲信号带宽而显著提高信道的容量,并且天线数量和输入信噪比的大小对信道容量具有不同的影响.研究结果为如何提高频率选择性衰落环境下MIMO信道容量提供了依据.     

信道容量研究与信道状态对误码率的影响

随着移动通信的发展,频谱资源短缺,通信容量不足的问题越来越明显。因此提高频谱利用率,提高信道容量显得至关重要。信道容量也是下一代移动通信中重要的研究内容之一。现代移动通信系统均采用多输入多输出系统(MIMO),文中首先在MIMO系统原理和系统模型的基础上介绍了信道特征值分析方法。然后给出了MIMO信道容量公式,并分析了在信道状态信息(CSI)未知和CSI已知这两种情况下的信道容量。对MIMO信道容量进行仿真,验证了天线数目和平均信噪比对信道容量的影响,通过仿真对比了注水功率分配算法和平均功率分配算法的信道容量,并探究了信道状态对误码率的影响。     

信道估计误差对MIMO系统信道容量的影响研究

为了分析信道估计误差对信道容量的影响,结合MIMO系统接收端信道估计误差的特点,重新构建了MIMO信道的统计模型。利用Wishart分布的性质,推导了当MIMO信道矩阵满秩时,仅接收端已知信道CSI情况下系统信道容量的下限。仿真结果表明,MIMO系统信道容量对信道估计误差比较敏感。     

基于相关矩阵的MIMO系统信道容量分析

多输入多输出（MIMO）通信系统相比其他的通信系统具有更高的频谱效率,在不增加发射功率以及信号带宽的情况下,MIMO技术可以有效地提高系统信道容量及其性能。利用均匀角能量分布以及相关矩阵,分析了相关信道下的MIMO系统信道容量,得出了系统信道容量的通用公式,并利用MATLAB进行仿真。仿真结果表明,相关性的增加意味着信噪比的减小,圆形接收天线阵列半径与角度扩展是决定MIMO系统信道容量的主要因素。     

分布式天线系统MIMO信道容量分析

结合了分布式天线系统和MIMO信道特点的分布式MIMO系统可以改善覆盖特性,提高系统容量。提出了包含路径损耗、快衰落和阴影衰落的两层分集分布式MIMO系统。对MIMO信道容量的分析表明,分布式MIMO系统具有良好的信道容量均匀覆盖特性。与传统集中式天线系统相比,分布式MIMO系统可以获得更好的小区平均信道容量。对下行信道容量的数值分析表明,由于“充水”方式功率分配可以充分利用MIMO信道信息,此时的分布式MIMO系统可以比等功率分配条件下的分布式天线系统多获得0.25bit/(s·Hz)每发送天线的信道容量增量。     

基于MIMO几何信道模型的容量界研究

MIMO技术是LTE的最重要技术之一。为了研究MIMO系统中信道容量界限,提出了基于双反射的几何信道模型。基于此模型,推导了信道相关系数及信道容量的表达式,证明了收发相关的MIMO信道容量上、下界。MonteCarlo信道容量仿真结果表明,MIMO信道容量上界在低信噪比的条件下具有紧性;而在高信噪比的条件下,MIMO信道容量的下界具有紧性。     

一种分布式多入多出(MIMO)信道的容量研究

分布式MIMO系统结合了点对点MIMO信道与分布式天线系统两者的特点，能改善链路的质量，提高覆盖面积。本文提出了一种包含路径损耗、阴影衰落与小尺度衰落的分布式MIMO信道模型，分析推导了采用该模型时的分布式MIMO信道容量。通过计算机仿真，研究分析了阴影衰落、Rice信道因子K等因素对分布式MIMO上行信道容量的影响，得出了分布式MIMO信道容量空间分布的特点。     

关于MIMO系统的天线子集选择性能的研究

讨论了有关 MIMO 无线系统中的天线子集选择性能的问题。首先建立了 MIMO 信道模型,对信道模型进行了分析,接着对信道矩阵为非满秩的情况进行了研究,分别采用几种组合对发射、接收天线进行选择,得出不同组合对信道容量的影响。仿真结果表明,选择发射天线可以增加信道容量,选择接收天线虽然无助于增加信道容量,但在不会严重降低信道容量的前提下,可以降低系统的成本。     

基于分布式MIMO矿井无线通信系统的研究

针对矿井巷道的特殊环境以及无线通信问题,通过MIMO系统和分布式天线系统,建立了井下分布式MIMO信道模型。仿真结果表明,分布式MIMO系统具有更高的信道容量。基于分布式天线的灵活设置,分布式MIMO系统既提高了频谱利用率又减少了信号盲区,最终扩大了井下信号覆盖范围,提高了整个系统的信道容量。     

室内可见光MIMO信道的空间相关性分析

该文针对室内可见光多输入多输出(MIMO)信道的空间相关性展开研究,基于朗伯辐射模型,建立了室内可见光MIMO信道模型;并基于该模型,分析了发送与接收空间相关性与空间距离参数的关系,给出了发送与接收相关系数的表达式,为室内可见光MIMO通信系统的布设提供了理论指导;信道矩阵条件数仿真验证了信道空间相关性随发光二极管(LED)间距的减小而增大、随光电检测器(PD)间距的减小而增大、随LED到PD垂直距离的增大而增大;信道容量仿真得出,随着LED与PD数量的增加,信道容量逐步提高,但随着信道空间相关性的增强,信道容量的提高逐步减小。     

阵列布局对机载MIMO信道容量影响

为进一步提高空地(air-to-ground,ATG)下行通信容量,建立了三维基于散射体分布的ATG MIMO单跳同心椭圆环信道模型,结合机载多入多出（multiple input multiple output,MIMO）均匀线阵以及圆阵布局方案,推导了基于阵列结构分量的机载MIMO信道相关矩阵,为通过合理设计机载MIMO天线结构来提升ATG传输速率,分析了阵列结构参数对遍历容量的影响。仿真表明,受ATG远距离通信影响,需要扩大天线间隔来提高MIMO信道容量,且相比于线阵布局,圆阵布局更加适应飞行姿态变化,获得较高的信道容量。      

基于人工噪声的多用户MIMO系统加密算法

当多用户MIMO系统中的用户数多于或等于发射端天线数时,现有的基于人工噪声的物理层加密算法会导致合法用户无法正常接收。为提高此时的多用户MIMO系统的安全性,该文提出一种新的基于人工噪声的多用户MIMO系统加密算法。首先,发送端对多个合法用户进行联合处理,建立多用户联合信道状态矩阵;然后,将联合信道状态矩阵进行奇异值分解,并根据最小的奇异值进行预编码,以消除人工噪声对合法用户的影响;最后,提出一种优化功率分配的方案。仿真结果表明,该算法将多用户MIMO系统的保密容量平均增加了0.1 bit/(s?Hz),从而提高多用户MIMO系统的安全性。     

Channel Capacity of TDD-OFDM-MIMO for Multiple Access Points in a Wireless Single-Frequency-Network

The multiple-input-multiple-output (MIMO) technique is the most attractive candidate to improve the spectrum efficiency in the next generation wireless communication systems. However, the efficiency of MIMO techniques reduces in the line of sight (LOS) environments. In this paper, we propose a new MIMO data transmission scheme, which combines Single-Frequency-Network (SFN) with TDD-OFDM-MIMO applied for wireless LAN networks. In our proposal, we advocate to use SFN for multiple access points (MAP) MIMO data transmission. The goal of this approach is to achieve very high channel capacity in both LOS and non line of sight (NLOS) environments. The channel capacity of the proposed method is derived for the direct path environments and it confirms the effectiveness of the proposed scheme in the LOS scenario. Moreover, solid computer simulation results confirm the effectiveness of the proposed method in both, single user and multiuser scenarios.     

Effect of Signal and Noise Mutual Coupling on MIMO Channel Capacity

In this paper we analyze the impact of mutual coupling on MIMO channel capacity, considering its effect on both signal and thermal noise. We calculate noise correlation matrix in the multi-antenna system with closely spaced antenna by applying Nyquist’s thermal noise theorem. Then, we employ the noise correlation matrix in the channel capacity formula, which enables the identification of thermal noise correlation contribution on the MIMO channel capacity. In addition, we examine the variations in the mean branch signal-to-noise ratios (SNR) due to the noise correlation. Our simulation results corroborate the theoretical analysis that mean and outage MIMO channel capacity is underestimated if noise correlation due to mutual coupling effect is not accounted for.     

基于射线跟踪法的73 GHz走廊环境MIMO信道特性研究

为了研究5G室内走廊环境的毫米波传输特性,通过射线跟踪仿真方法预测了室内走廊环境下73 GHz毫米波MIMO信道特性。介绍了实验的仿真环境和射线跟踪仿真预测的实验方法和具体参数设置。研究了室内走廊环境下73 GHz毫米波MIMO信道的路径损耗、RMS时延扩展和MIMO信道容量变化。发现了路径损耗斜率和RMS时延数值较小。研究MIMO容量随距离变化时发现,收发机沿走廊纵向方向中间处会产生容量峰值,主要是由于该处散射丰富,NLOS分量大。研究MIMO容量特性发现增大天线间距和增大天线阵列规模可以提升容量,但是采用4×64 Massive MIMO相对于采用4×4 MIMO时容量提升较为有限。实验证实了73 GHz毫米波MIMO可以用于室内走廊环境。     

Multiuser MIMO receivers for space frequency block coded SC‐FDMA systems

Single carrier‐frequency division multiple access (SC‐FDMA) has been adopted as the uplink transmission standard in fourth generation cellular network to enable the power efficiency transmission in mobile station. Because multiuser MIMO (MU‐MIMO) is a promising technology to fully exploit the channel capacity in mobile radio network, this paper investigates the uplink transmission of SC‐FDMA systems with orthogonal space frequency block codes (SFBC). Two linear MU‐MIMO receivers, orthogonal SFBC (OSFBC) and minimum mean square error (MMSE), are derived for the scenarios with limited number of users or adequate receive antennas at base station. In order to effectively eliminate the multiple access interference (MAI) and fully exploit the capacity of MU‐MIMO channel, we propose a turbo MU‐MIMO receiver, which iteratively utilizes the soft information from maximum a posteriori decoder to cancel the MAI. By the simulation results in several typical MIMO channels, we find that the proposed MMSE MU‐MIMO receiver outperforms the OSFBC receiver over 1 dB at the cost of higher complexity. However, the proposed turbo MU‐MIMO receivers can effectively cancel the MAI under overloaded channel conditions and really achieve the capacity of MU‐MIMO channel. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

3D MIMO信道建模与仿真验证

现有的多输入多输出（MIMO）信道仿真模型主要基于二维（2D）平面,不能反映实际的三维（3D）电波传播环境。在WINNER 2D模型的基础上研究建立3D MIMO信道仿真平台。加入空间垂直维后,天线方向图需要从2D扩展至3D,并对3D天线阵列构成的MIMO系统进行建模。利用实验数据对城市微小区场景进行仿真验证,可以看出三维MIMO信道参数仿真与实验结果符合较好。3D MIMO信道间的相关性要比2D大,但3D MIMO的信道容量相比2D会有比较大的提升。