相关Rician衰落信道下紧凑MIMO系统的容量分析

研究了Rician衰落信道下采用紧凑型双偶极子阵列的MIMO系统容量,建立了相关Rician衰落信道下紧凑MIMO系统的模型,深入分析了天线互耦、空间相关性、功率分配方案以及信道衰落环境对信道容量的影响。数值结果表明天线间距较小时,互耦和相关性会导致信道容量的损失,而在某些情况下互耦和相关性的影响会使信道容量有所增加。     

莱斯衰落信道下大规模MIMO系统中的信道估计方法

日趋重要的高速移动工具,如高速铁路、无人驾驶飞机等,大多都处在开阔地带.由于视距传播的存在,瑞利衰落模型已经不能很好地描述该环境下的信道情况,而莱斯衰落信道模型由视距分量和多径分量组成,更能准确地表述上述信道变化.基于此模型,在大规模天线系统下,在已存在的基于叠加训练序列信道估计方法的基础上,提出了改进的信道估计方法和对应的解码方法.改进后的信道估计方法分为直射分量已知和未知两种情况,分别推导了相应的信道估计公式和解码方法.数值仿真结果验证了本文所提方案性能的优越性.     

大规模MIMO相关信道下的联合天线分组和天线选择

在大规模多输入多输出系统中,针对密集部署的大型天线阵列之间的强相关性会抑制天线选择增益效果的问题。在系统下行链路场景下建立空间相关信道模型,提出了基于天线分组的天线选择算法。根据瞬时信道相关矩阵将天线阵列划分为若干组,保证各组内天线之间相关性较强。在完成天线分组的基础上,基于信道矩阵列范数准则在各组发射天线与接收天线之间构成的子信道矩阵中选择天线,进而构造有效发射天线与接收天线之间的信道矩阵。仿真分析了所提天线选择算法对系统遍历和速率的影响,结果表明,在基站天线数为32、接收天线数为2、选择天线数为2、天线相关因子为0.9的假设下,当信噪比为10 dB时,与基于相邻天线分组的天线选择算法相比,所提算法使系统和速率约提高了27.5%,且所提算法若要与最优天线选择算法达到相同的和速率,仅需将其信噪比提升1～2 dB即可。     

天线互耦对MIMO无线信道性能的影响

基于多天线系统等效网络模型,导出通用耦合系数矩阵,进一步推导天线单元平均接收功率以及空域相关系数的解析式,分析互耦对平均接收功率以及互耦与平均到达角对MIMO无线信道空域相关性及其容量的影响,并给出互耦无影响与天线单元功率平衡以及互耦解相关的条件,最后给出一些数值结果以指导MIMO多天线设计.     

JTRAS/OSTBC系统在莱斯信道下的性能分析

在莱斯衰落信道下,研究了使用联合发射/接收天线选择(JTRAS)和正交空时分组码(OSTBC)的多输入多输出(MIMO)系统的平均符号误码率(ASEP)性能。基于标量加性高斯白噪声(AWGN)信道的方法,推导出了分别使用频移键控调制(FSK)和脉冲幅度调制(PAM)的ASEP性能的精确闭合表达式。数值仿真结果与理论分析结果相吻合,验证了分析结果的正确性。仿真结果表明:随着发射天线或接收天线数的增加,JTRAS/OSTBC系统的ASEP性能得到了很好的改善,当使用2FSK调制,信噪比为8 dB时,(4,4;2)系统的误码率是1×10-2,(6,6;6)系统的误码率是2×10-4;莱斯因子对JTRAS/OSTBC系统的ASEP性能有显著影响,当使用2FSK调制,信噪比为10 dB时,在莱斯因子为0时,(4,4;4)系统的误码率是7×10-4;在莱斯因子为4时,(4,4;4)系统的误码率是1.5×10-4;在莱斯因子为100时,(4,4;4)系统的误码率是8×10-5。     

相关衰落MIMO信道下的联合天线子集选择

针对相关衰落MIMO信道下的联合天线子集选择,提出了2种选择算法。首先,在已知精确信道知识的情况下,选择算法选择以使接收数据流的SNR最大化和瞬时误差概率即误符号率最小化的天线子集,从而得到平均SNR增益改善的解析表达式;其次,当信道迅速变化时,在已知信道统计知识的情况下,选择算法选择以使全部可能信道实现的平均误差概率最小化的天线子集,从而得到编码增益,在极端相关信道条件下,也可以得到分集增益;基于2种选择算法的性能分析和仿真结果验证了本文提出算法的有效性。     

多径信道下MIMO系统发送天线数估计

为了解决认知无线电或信号截获中多径信道下MIMO系统发送天线数估计问题,首先分析了现有模型在多径信道下失效的原因,将MIMO多径信道模型等效变换出一种虚拟信道矩阵,从而建立多径信道下MIMO系统发送天线数估计模型;然后,利用随机矩阵理论中协方差矩阵最小特征值分布的相关研究结果,证明了时不变瑞利信道的协方差矩阵最小特征值收敛于第二类Tracy-Widom分布,分析了该特点对发送天线数估计的影响,并提出一种改进的RMT估计算法来估计多径信道下MIMO系统发送天线数.最后对改进算法进行了仿真验证,结果表明在低信噪比和小数据条件下,改进算法的估计性能相比RMT算法有较大提升.     

衰落信道空间相关对MIMO系统容量的影响

在理想多输入多输出(MIMO)系统容量的基础上,推导了衰落信道空间相关性对MIMO系统容量的影响,并通过MATLAB仿真进行了验证,最后给出了结论。     

室内MIMO无线信道模型和信道容量研究

本文从工程的实际出发,首先提出一种修正的室内MIMO无线信道模型,该模型有效地修正先前室内MIMO无线信道模型的不足,具有明显吻合室内实际通信环境的特点,然后分析天线方向性以及天线单元间的互耦对室内MIMO无线信道容量的影响.数值模拟验证了这种影响,并得到在一定条件下互耦导致的天线方向图畸变产生角度分集,提高信道容量,互耦对空域相关性无影响的条件以及室内丰富的多径使天线方向性对信道容量的影响不明显等结论.最后,实验也证实理论分析.     

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。     

一种小型化超宽带MIMO天线设计

提出了一种基于槽天线的小型化、高隔离度的超宽带(Ultra Wideband, UWB)多入多出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)天线.该MIMO天线由两个槽天线单元构成, 为了增加天线阻抗带宽, 每个槽天线单元由末端带有圆形贴片的微带线和末端为圆形的槽线两部分耦合馈电.采用在地板上开槽和方向图分集方法, 减少地板表面波和空中电磁波影响, 达到提高天线隔离度的目的.数值仿真和实验结果表明:该天线在3.1~11 GHz频段内满足端口反射系数|S₁₁| < -10 dB, 隔离度|S₁₂|在7~11 GHz频段内小于-25 dB, 在3.1~7 GHz频段内小于-16 dB, 并根据仿真和测试S参数计算了包络相关系数.     

一种应用于无线通信系统的MIMO天线

MIMO系统是通过不同的分集技术,以实现在相同带宽和发射功率的条件下大幅改善系统容量和可靠性,减小信道失真。作为系统关键模块之一的天线,则要求有着好的分集特性,并接收较多的这波。这里提出的MIMO天线工作在2．4GHz,天线单元是等边三角形贴片天线。三角形天线的宽波瓣可以使MIMO天线接收更丰富的多径这波,与天线单元的高增益相结合能较好改善MIMO系统的SNR和抗干扰能力。通过对天线端口间的互耦和相关性分析,该系统能实现好的极化和方向图分集,获得高的分集增益。     

On channel estimation in cell-free massive MIMO for spatially correlated channels with correlated shadowing under Rician fading

This work addresses channel estimation (CE) in the uplink phase for a cell-free massive multiple-input multiple-output system operating under the time division duplex protocol. Considering that, channels are spatially correlated under the Rician fading model, where the investigated model is composed of two components: deterministic and nondeterministic, with the deterministic component describing the line-of-sight paths and the nondeterministic component describing the non-line-of-sight paths. Additionally, we dealt with correlated shadow fading that represents the most realistic situation. On the other hand, this work introduces a dynamic cooperation cluster framework in which the user is not served with the whole network ( i.e., all access points [APs]) but only the APs that present the best channel conditions regarding that user. In other words, this work proposes partial CE for each user because only APs with the best channel conditions are allowed to compute channel estimates. Consequently, we proposed partial channel estimators that perform the CE process with low complexity, namely, a partial minimum mean square error estimator and a partial element-wise minimum mean square error estimator. In addition, a simple pilot assignment technique is proposed in order to reduce interference signals so that each user experiences low interference from other users. Furthermore, the computational complexity required by each estimator is derived, where it is represented by the number of complex multiplications that each estimator requires in each consistency block. Theoretical and simulated results are provided, where the performance of each estimator is evaluated and analyzed using the normalized mean-square error metric.     

基于卫星移动MIMO系统的天线相关性性能分析

研究了卫星移动MIMO系统中,上、下行信道存在阴影衰落和空间相关条件下的系统性能,利用围线积分、留数定理及特殊函数积分等方法推导了系统中断概率(OP),平均符号错误概率(SER)的闭合表达式。利用Monte-Carlo仿真分析了系统在不同相关系数、天线数目及调制方式下的性能表现。仿真结果表明,尽管阴影衰落和空间相关性降低了系统性能,但与单天线系统相比,卫星移动MIMO系统的OP及SER改善明显。     

多用户MIMO下行收发联合波束成形

针对随机波束成形(RBF)只有在包含大量用户的系统中才能获得较好性能的局限性,提出了一种新的收发联合波束成形方案,用于多用户多入多出(MIMO)下行链路传输。该方案有效地结合了RBF与接收天线合并技术。分析及仿真结果表明,即使在用户数为中等甚至较小时仍然能获得较高的和速率性能。由于每个用户的反馈开销没变,从而使获得同样和速率时系统的总反馈开销明显减少。仿真结果还显示,所提方案的和速率性能不仅优于原RBF,也比RBF结合最大比合并或者等增益合并的性能有明显改善,同时还保持了最优的随用户数变化的增长速度。     

互耦效应对四元方阵天线阵列信道容量的影响

针对目前广泛研究的直线型排布阵列在来波平均到达角较大时信道容量会急剧下降的事实,提出并重点研究一种具空域对称结构的正方形排列四元天线阵列模型。在首先基于天线理论导出阵元耦合阻抗表达式的基础上,详细分析了引入阵列互耦效应后,阵元接收信号空域相关性及多输入多输出（MIMO）信道容量可能会受到的影响,并在来波角谱均匀分布情形下与传统四元直线阵的容量性能作仿真对比。理论分析和计算机数值仿真皆表明：由于空间对称的阵列排布结构导致四元方阵阵元间具有良好的互补性,因此,这种方阵阵列模型具有非常稳定的信道容量,更适合在实际通信环境中使用。     

Mutual information assessment of LOS MIMO systems with reconfigurable antenna arrays

In presence of line-of-sight （LOS） propagation, multiple-input multiple-output （MIMO） systems can achieve maximum capacity over the whole signal-to-noise ratio （SNR） region by deploying reconfigurable antenna arrays. In this paper, the moment generating function （MGF） formulas of the mutual information （MI） is obtained for LOS MIMO systems with reconfigurable arrays. Then the exact expression of the mean MI is derived in an easily evaluated form. The results show an excellent match between the theoretical curves and the Monte-Carlo simulations.     

衰落信道上空频分组码的性能分析

对于任意抽头数的多输入多输出(MIMO)频率选择性Nakagami衰落信道,利用矩生成函数(MGF)方法和高斯Q函数的指数近似表达式,推导采用矩形M进制正交幅度调制(MQAM)的空频分组编码(SFBC)正交频分复用(OFDM)系统的平均误符号率(SER)性能的精确和近似解析表达式。数值计算和仿真结果证明了理论分析的正确性和近似分析的准确性。