基于MIMO的对流层散射通信信道损耗研究

针对多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)场景下的对流层散射通信信道损耗进行了研究。在设计远距离MIMO通信系统时,链路损耗估计是其中的关键技术,而现有技术在损耗估计时都忽略了波束与散射体碰撞时的能量损耗。根据湍流非相干散射理论,首先将对流层建模为多条可微的曲线,从而与发射和接收天线阵列构成曲边梯形,根据此信道几何模型,计算入射角、反射角和散射角的角度关系;其次,建立了电磁波束射入散射体后散射波在散射体表面的能量分布模型;最后,根据波束传输距离,量化散射信道的损耗,推导得到基于MIMO对流层散射信道的衰落系数和信道矩阵。将仿真计算结果与实际数据进行对比,验证了所提模型在链路损耗估计问题上的有效性和准确性,同时根据仿真结果对接收天线的仰角设计提出了建议。     

基于特征值分布的自适应MIMO接收方法

多输入多输出(MIMO)系统性能优劣依赖于信道的相关特性,空分复用技术适用于低相关信道,而波束形成技术适用于高相关信道。依据上述信道相关特性,提出一种基于信道特征值分布的自适应MIMO接收方法。该方法以均匀圆形天线阵列结构为基础,能够根据信道相关情况动态选择接收方式:当角度扩展较大时,选用传统MIMO接收方式(称为天线MIMO方式);当角度扩展较小、多径独立时,选用基于智能天线的多波束接收方式(称为波束MIMO方式)。分析角度扩展、多径对信道特征值分布的影响,并给出自适应MIMO接收切换的条件。仿真结果表明,该方法能够适应复杂的无线环境,误码率较低,性能更加稳定可靠。     

建立巷道的MIMO信道几何模型仿真研究

研究了MIMO巷道几何建模技术。依据电磁波在矿井巷道环境中的特点且选用收发端水平角度功率谱作为拉普拉斯分布函数功率谱,仿真了巷道环境下MIMO天线放置角度、收发天线间距、巷道长度、莱斯因子、角度扩展和平均达到角等对空间相关函数的具体影响。仿真结果表明,巷道环境中天线放置角度对相关系数的影响较大;天线间距取较大值时,才能得到较小的相关性;相关系数还要受到天线间距和巷道长度以及角度扩展等的影响,比地面的相关性更大。     

室外3D散射信道中ULA/UCA天线MIMO性能分析

为更好地解决室外三维(3D)空间域的移动通信问题,提出了一种新型室外3D空间域散射信道统计模型,主要研究MIMO多天线系统的接收性能。在宏蜂窝小区移动通信环境中,模型能够估计多径衰落信道的重要空间信道参数,首先推导了多径衰落信道的到达角(Angle of Arrival,AOA)概率密度分布。此外模型在设置多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)多天线的均匀线性阵列(Uniform Linear Array,ULA)和圆形阵列(Uniform Circular Array,UCA)的基础上,分析了波达信号不同方位角分布对散射信道中MIMO性能的影响因素,包括MIMO空间相关性、信道容量以及天线阵列配置。数值仿真结果与3D多径衰落信道模型对比,表明本模型的信道参数估计符合理论和实际的通信环境,为评估MIMO天线接收系统与仿真无线通信系统提供了创新性的研究。     

提升MIMO干扰信道容量的干扰对齐方案

为提高多用户MIMO干扰信道的容量,提出一种干扰对齐方案。在假设已有天线配置情况不变的条件下,将发送端的原有天线划分为数目相当的2个子组,分别设置不同的天线参数,以消除2个子组天线之间的相关性,从而形成2组独立的传输信道。在接收端将经由2组子信道传输后的接收信号进行合并,间接扩展信号空间维数。基于合并处理后的等效信道传输矩阵,分别利用优化预编码向量夹角和正交投影的方法求解预编码矩阵与联合矩阵,以减少已有干扰对齐方案通过迭代求解所需的运算量。仿真结果表明,在总天线配置情况不变时,该方案可以提高多用户MIMO信道的抗干扰能力。     

电磁矢量传感器EVS对MIMO多天线系统影响研究

为提高多输入多输出(MIMO)无线通信系统的性能,建立了基于标量传感器的均匀矩形天线阵列(URA),并将电磁矢量传感器信号处理方式与MIMO信号处理方式有机结合,建立了基于电磁矢量传感器的天线阵列。推导了各天线阵列的空间衰落相关性公式,分析了方位角和仰角的平均到达及角度扩展等参数变化对于相关性的影响。确立了MIMO系统发射和接收两端的相关性协方差矩阵,分析了不同天线阵列的信道容量大小。通过仿真模拟,证明了电磁矢量传感器阵列具有优异的性能和良好的应用前景。     

室内极化分集MIMO系统衰落相关和信道容量研究

针对平坦衰落环境中的极化分集MIMO信道,建立了三维空间中的接收信道模型,推导出了关于水平角度扩展和俯仰角扩展的相关函数表达式,分析了水平角度扩展和俯仰角扩展对信道相关性的影响,并且仿真分析了角度扩展对信道容量的影响。     

基于拉普拉斯分布天线阵列下MIMO性能研究

多天线系统是可以克服多径干扰的影响并增加频谱使用效率的系统.MIMO系统的容量增加主要取决于无线电信道的空间相关性性能.主要研究了MIMO天线阵列系统的性能,包括MIMO空间时间相关性和天线阵列配置,推导了当角能量遵循拉普拉斯分布时均匀线性阵列、均匀圆阵的衰落相关性解析公式,并分析了两种天线阵列下的系统信道容量.通过计算机程序模拟仿真验证了分析结果,验证结果表明当阵元间距增大或者衰减因子减小(角度扩展增大)时,空间衰落相关性减小,系统信道容量增大,提升了系统性能.     

空时编码在电力线载波通信中的应用

空时编码是一种用于多发射天线的编码技术.该编码在多根发射天线和各个时间周期的发射信号之间能够产生空间域和时间域的相关性,从而使接收端克服多输入多输出(MIMO)信道衰落问题,并降低了发射误码率.由于电力线信道的特殊性,其衰落特性类似于多天线无线信道.基于正交频分复用(OFDM)技术,利用三相电力线MIMO技术实现了空时编码在电力线载波通信中的应用以及最大分集增益,较好地降低了误码率.     

基于三维空间均匀矩形阵列的MIMO系统研究

主要研究MIMO天线阵列系统性能,包括MIMO空间时间相关性和天线阵列配置。推导了三维多径信道中均匀矩形阵列在多种角能量分布下空间衰落相关性公式。采用多重信号分类算法对MIMO系统波达信号方向进行空间谱估计,推导了多种天线阵列空间谱通用公式。通过计算机模拟仿真验证分析结果,仿真结果表明方位角扩展是天线间空间衰落相关性的主要决定因素,在低方位角扩展时,俯仰角扩展对性能影响也是明显的。结果表明在同样的参数情况下估计MIMO系统空间谱时,采用三维均匀矩形阵列是有优势的。     

三维空间椭圆信道模型及其均匀矩形阵列研究

为研究无线多输入多输出(MIMO)系统信道特性,在考虑无线信道模型的信号传播复杂性与空间性的基础上,提出一种适用于户外环境的三维空间椭圆信道模型,并在其收发端设置均匀矩形阵列(URA)。利用该模型分析MIMO天线系统性能,推导出到达角、到达时间的概率密度函数表达式,并研究影响URA空间相关性与信道容量的因素。理论分析与实验结果表明,在基于URA的三维空间椭圆信道模型中,方位扩展角(AS)是影响URA空间相关性的主要因素,而收发端天线间距也会对URA信道容量产生一定影响,该结论对于无线信道模型的应用范围扩展及天线阵列灵敏度分析具有重要的参考和借鉴价值。     

分布式MIMO系统的复合信道容量分析

分布式MIMO系统结合了MIMO技术和分布式天线系统两者的特点,具有高容量、大覆盖范围、低损耗的优势,在未来4G通信中具有很好的应用前景。基于包含了路径损耗、阴影衰落和相关小尺度衰落的分布式MIMO信道模型,通过Monte Carlo仿真比较分析了分布式MIMO系统和集中式MIMO系统的信道容量,研究了空间相关性和路径损耗对信道容量的影响。仿真实验结果表明,分布式MIMO系统能有效降低小尺度衰落相关性的影响,可以获得更好的平均信道容量。     

Investigation on the spatial-polarizational correlation based on 3GPP spatial channel model

The correlation among signals arriving at diferent elements of the antenna array has a significant impact on the performance of multiple-input multiple-output(MIMO)system.To investigate the inter-element correlation when slant polarized antennas are used,a general approach for calculating the correlation coefcient is proposed based on a model that incorporates the antenna configuration,namely the antenna spacing and the slant angle,as well as the channel parameters,such as the power azimuth spectrum(PAS)and the crosspolarization discrimination(XPD).By applying this method to the 3rd generation partnership project(3GPP)spatial channel model(SCM),the expression of the inter-element correlation when the PAS follows the Laplacian distribution is obtained.The approximate expressions are also given for two special cases,i.e.,the case where the angular spread(AS)of the PAS is small,and the case where the AS is so large that the PAS can be approximated by the uniform distribution.Using these expressions,the impact of the antenna configuration and the channel parameters on the correlation is analyzed.Following that,the trend of inter-element correlation with the slant angle is investigated.Finally,the equivalent relation between the slant angle and the antenna spacing is studied.The results can provide guidelines for the antenna configuration under diferent propagation conditions.     

Multi-channel power allocation based on market competitive equilibrium in cognitive radio networks

Cognitive radios such as intelligent phones and Bluetooth devices have been considered essential goods in next-generation communication systems.Such devices will have to share the same frequency band owing to the limited bandwidth resource.To improve spectrum efciency,we formulate multi-channel power allocation as a market competitive equilibrium(CE)problem,and prove that its solution exists and is unique under the condition of weak interference.We then propose two distributed power allocation algorithms achieving CE,namely the fast convergent power allocation algorithm(FCPAA)and the social-fairness-aware FCPAA(SFAF).Theoretical analysis and simulation results demonstrate that the proposed algorithms lead to better system performance in terms of the guaranteed interference temperature constraint using the price mechanism instead of a strategy based on the Nash equilibrium.Moreover,it is shown that the FCPAA maximizes total utility,and converges more quickly than the method addressed in prior research with the help of improved round-robin rules.However,the FCPAA cannot ensure the same social fairness among secondary users as the SFAF scheme in both the non-fading channel and Rayleigh fading channel;the SFAF balances the individual utility by adjusting each user’s budget at the expense of a small quantity of system total throughput.     

高速铁路环境下的MIMO信道建模及仿真

根据高速铁路环境下电波传播特性,基于多入多出(MIMO)无线散射信道模型,提出一种高速铁路无线环境下的MIMO无线信道模型,详细分析了其构建过程,并通过仿真得出MIMO信道的空域相关性随天线单元间距的增大而减小,拓展了MIMO信道衰落模型的研究。     

BF-MIMO系统下行链路容量分析及仿真

针对波束赋形（BF）和多输入多输出(MIMO)这两种多天线技术的结合问题,提出一种通用的波束赋形—多输入多输出(BF-MIMO)下行链路系统方案,以期有效发挥二者优势,进一步提升信道容量和系统性能。分析了该系统的信号变换形式和处理过程,给出了平坦衰落环境下该系统的组合信道矩阵形式,得到了赋形加权后的系统信道容量闭合表达式。理论分析和仿真结果表明,在相同衰落条件下,BF-MIMO系统能够比常规MIMO系统获得更高的信道容量。     

结合凸优化的宽带MIMO系统接收天线选择

研究宽带多输入多输出(MIMO)系统中的接收天线选择技术。基于添加循环前缀辅助的宽带MIMO系统数学模型,利用邻近子载波间的相关性,设计次优的天线选择准则,并对结合凸优化方法的接收天线选择算法进行改进。仿真结果表明,次优准则可以获得与最优准则几乎相同的性能,改进的接收天线选择算法以增加较少计算量为代价,提高了系统的容量性能。