MIMO信道建模仿真与容量研究

MIMO(多天线输入输出)技术是新一代无线通信系统中的一项关键技术,由于其具有能在不增加带宽与功率的前提下成倍地提高天线系统的容量和频谱效率的优势而受到广泛的关注和研究。但是在实际应用中MIMO技术目前仍有大量的问题亟待解决,而MIMO信道模型在很大程度上影响到MIMO系统的大容量和其他的性能的实现,因此需要建立相应的模型来更好的研究和评估MIMO系统的性能,文中以镜像法与电磁无线传播理论为基础建立MIMO信道的仿真模型,进行编程仿真,得到仿真结果。     

MIMO信道建模方法

对MIMO衰落信道的精确描述是设计多天线无线系统非常重要的一个要求。首先简要介绍了MIMO技术的发展史,同时详细介绍了MIMO信道的建模方法,比较了不同建模方法之问的异同。着重介绍了射线追踪方法构建MIMO信道模型的方法,给出了在确定性环境中的信道矩阵的构建方法。同时给出了信道容量的计算方法。     

超宽带信道建模与仿真

在通信系统研究过程中经常使用信道模型来评价物理层的性能。文章就几种UWB信道模型，从信道的特征参数出发，分析了它们各自的优缺点。根据物理信道的实验数据，选择了修正的S-V信道模型作为UWB系统的信道仿真模型。仿真结果表明，该模型与UWB系统信道的特征参数非常接近，能很好地仿真物理信道的参数。     

基于空时相关性的MIMO无线信道建模及仿真

针对多输入多输出无线信道的空时相关性，文章提出了一种改进的MIMO无线信道模型。该模型利用改进的Jakes模型仿真器来产生独立同分布零均值的复高斯随机变量，从而保证各个传播路径间的相关性很小。仿真结果表明改进的MIMO无线信道模型能够准确的描述出空时相关的MIMO无线信道的统计特性，即空间相关性随天线单元间距增大而战小，随散射信号角度扩展增大不是一致减小．     

MIMO信道仿真模型比较及其验证北大核心

建立在几何上的WINNER模型和COST2100随机信道模型是第四代(4G)移动通信MIMO(multi-input multi-output,多输入多输出)信道仿真中两个最为典型的仿真模型,在4G信道仿真中得到广泛应用。由于WINNER模型和COST2100模型不同的物理机制,还缺乏对这两种模型的比较和在具体应用场景下的有效性和契合度的研究。在室内环境中开展了WINNER模型和COST2100信道仿真比较与验证研究,在视距和非视距的情况下,对信道的功率时延谱、莱斯因子、信道容量、时延扩展和角度扩展等信道特征参数进行仿真对比,再利用实际测试数据的分析结果作为佐证,验证两个模型的契合度以及模型的实用性。     

5G毫米波QuaDRiGa平台信道仿真与验证研究

第五代（5th-Generation,5G）移动通信对毫米波信道模型提出了更高的要求,如支持三维（three-Dimensional,3D）多入多出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）、有良好的空时连续性和时间演进特性及毫米波段仿真能力等.第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project,3GPP）,推荐准确定性无线信道产生器（Quasi-Deterministic Radio Channel Generator,QuaDRiGa）为5G首选仿真平台,但目前尚无开展QuaDRiGa仿真平台在毫米波段的仿真验证成果.本文基于26 GHz的毫米波段室外微蜂窝场景下的视距与非视距实测数据,在大尺度信道参数统计和时间演进特性两方面开展了对QuaDRiGa平台的仿真验证.结果表明,QuaDRiGa仿真结果与实测数据能够很好地吻合,验证了QuaDRiGa仿真模型在毫米波段的适用性.     

动态MIMO散射无线信道模型及性能分析

基于多入多出(MIMO)散射无线信道模型,提出一种动态MIMO散射无线信道模型,分析散射体及其收发多天线的运动对MIMO无线信道空域相关性及其容量的影响,得出这种影响是由收发天线的初始位置、运动速度及其传播环境决定的.数值模拟验证了这种影响,并指出空域相关性随天线单元间距增大而减小,随散射信号角度扩展增大不是一致减小,存在使相关性达最小的角度扩展值.     

基于独立AOA和AOD的宽带MIMO信道建模及仿真

基于发射端离开角(AOD)与接收端到达角(AOA)相互独立下,提出了一种宽带MIMO信道参考模型,并分析了该模型的空-时-频相关特性。在参考模型的基础上,利用确定性仿真方法结合P阶范数参数计算方法获得确定性仿真模型及其框图实现。结果表明:参考模型与仿真模型具有十分接近的空-时-频相关特性。形成的信道仿真器不仅可用于研究宽带MIMO系统的空时编码方案以及空时接收机的设计,也可用于分析MIMO信道的容量。     

LTE-Advanced MIMO信道建模及其仿真分析

对于传统的经典信道多天线(MIMO)模型,空间信道模型(SCM)并不能满足LTE-Advanced系统对于带宽和载频的需求。文章通过增加传输路径,并引入中径的方式将其扩展为扩展的空间信道模型(SCME),以满足系统更大带宽和更高载频的需求,并仿真分析模型各个信道参数的统计特性。     

多场景卫星通信信道动态建模与仿真实现

面向智慧海洋、智慧农业等垂直行业场景的广覆盖无线接入需求,低轨卫星通信因其可靠的连接性、更宽广的覆盖能力以及超大带宽连接的巨大潜力而成为了下一代移动通信技术的重要组成部分.目前,针对低轨卫星通信的系统性信道建模流程与仿真方法仍相对匮乏,对于低轨卫星信道的高动态特性仍缺乏有效的建模方法,且大多模型仅能支持单场景通信环境.基于此,本文提出了一种模块化、高动态的多场景卫星通信信道建模机制,并据此设计实现了一套动态卫星信道建模仿真系统.该系统实现了流程化的建模思路,并引入了基于卫星信道高动态特性的动态参数更新方法.所设计的卫星通信信道建模与仿真机制能够生成卫星通信的信道大、小尺度参数与信道冲激响应,且对不同场景具有较好的适用性.     

阵元间距对室内MIMO系统信道容量的影响

引入散射体的随机分布模型,讨论了室内微微蜂窝4×4MIMO系统中接收端阵元间距对各子信道间衰落相关性及信道容量的影响.数值模拟结果说明在室内环境有丰富散射体存在且接收端放置天线的空间受限的情况下,阵元间距可做得很小（0.5λ）,便可以得到较大的信道容量,此时相关系数仅为0.1左右,对信道容量的影响很小.     

多输入多输出信道容量研究及天线优化

多输入多输出(MIMO)技术是第三代合作伙伴(3GPP)长期演进(LTE)等先进无线通信技术的关键。MIMO无线系统的大容量实现和其他性能的提高均极大地依赖于MIMO低空间相关度和天线优化配置。根据电磁学的基本理论,基于空间信道模型(SCM)分析了LTE MIMO系统的空间相关性和信道容量。在分析信道容量过程中,结合了互耦情况的信道容量模型并进行了修正。结果表明:在城市微小区和郊区宏小区环境移动台天线间距d_MS=0.4 λ,下行4×4阶天线配置能达到零相关度和12.5 bps/Hz(城市微小区)、10.5 bps/Hz(郊区宏小区)的信道容量。这些配置能广泛应用于LTE系统终端天线阵列中。     

基于优化BM3D的毫米波大规模MIMO信道估计

针对毫米波大规模多入多出系统在射频链路数量有限时,波束域信道估计是一个有挑战性的问题,提出一种基于优化BM3D的信道估计方案。利用基于三维透镜的多入多出系统信道矩阵可被视为二维自然图像的结构特性,将图像重构技术融入信道估计。BM3D 是目前最精确的图像去噪算法之一,通过块匹配实现分组,利用三维变换域的收缩完成协同滤波。考虑信道的稀疏特性和路径的聚类特性,对BM3D算法进一步优化以提高性能。仿真结果表明,提出的优化BM3D方案在所有考虑的信噪比区域均能取得令人满意的信道估计精度。     

双散射环境下互耦对多入多出系统容量的影响

研究了双散射环境下互耦效应对多入多出(Multiple Input and Multiple Output,MIMO)系统容量的影响. 在建立多天线系统等效互耦效应网络模型的基础上,推导了互耦效应影响下的空间相关系数和信道容量表达式,仿真了双散射环境下天线阵元互耦对MIMO系统信道容量的影响.     

三维MIMO阵列空间相关性分析

主要研究了3D-MIMO阵列的空间相关性.首先给出全局坐标系下精确的3D-MIMO信道模型,为真实准确的信道相关性分析提供基础.接着推导了天线阵列沿不同方向摆放、电磁波水平和俯仰功率角度谱分布服从拉普拉斯分布情况下空间相关性的数学表达式,建立起空间相关性与信道参数的数学关系.最后通过3个仿真实验从不同角度验证了理论分析的准确性,对多个实验结果进行联合分析,得到空间相关性产生的根本原因及影响因素.     

MIMO信道容量的研究与仿真

MIMO技术可以在不增加带宽和发射功率的情况下提高信道容量和频谱利用率。本文使用MATLAB建立SISO、SIMO、MISO、MIMO等无线信道,进行综合仿真并分析。通过仿真,我们得知,MIMO不但能有效地提高信道的容量,同时可以改善信道的平均信道容量和中断信道容量。     

MIMO无线信道的测量

MIMO(Multiple Input Multiple Output)技术可以在不增加带宽的条件下获得很高的信道容量,大幅度地提高频带利用率.从测量的角度建立了MIMO无线信道,通过对信道指标的测量,得出影响信道的主要原因和规律,依此可以进行信道改善.     

Ergodic channel capacity of the spatial correlated rayleigh MIMO channel

The theoretical capacity of the spatial correlated Rayleigh multiple input multiple output (MIMO) channel is an important issue in MIMO technology. In this article, an ergodic channel capacity formula of the spatial correlated rayleigh MIMO channel is provided, which is deduced when two antennas exist at either the transmitter or the receiver. The multi-dimensional least-squares fit algorithm is employed to narrow the difference between the theoretical formula capacity and the practical capacity. Simulation results show that the theoretical capacity approaches the practical one closely.     

MIMO相关信道估计中训练序列的最优结构和最佳长度

针对存在空域相关性的多输入多输出（Multiple—Input Multiple—Output，MIMO）信道，首先设计了适用于任何给定长度的最优训练序列，该序列能够充分利用已知的信道相关信息，且具有估计均方误差最小化的特性．在此基础上，分析了相关信道下采用训练估计的数据传输机制所能达到的容量下界，得出了满足估计准确性和数据速率最优折中的最佳训练序列长度．最后，通过仿真验证了本文给出的训练序列的性能和最佳长度取值的有效性。