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MIMO空分多址理论的应用性研究

作　者: 叶思帅
导　师: 傅海阳
学　校: 南京邮电大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 多输入多输出 香农公式 联合接收机 虚拟独立随机衰落信道 香农相位阵列天线
分类号: TN919.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 7次
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内容摘要


多输入多输出系统(MIMO)的核心原理是利用多根发射与接收天线所提供的空间自由度提升无线通信系统的频谱效率,以提高传输速率并改善通信质量。纵观MIMO的研究成果,大多数集中在MIMO数学模型的研究,对于它应用物理模型方面的研究较少。必须肯定数学模型的“先知”作用,但所有的数学研究成果只有应用到物理模型中,才能实现它的价值和意义。所以,MIMO的应用性研究具有重要的价值和意义。MIMO技术基本上分为两类:空时编码和空分复用。前一类着重利用信道编码来增加信道容量,后一类则利用多对收发天线间的独立瑞利衰落信道(IRFC)发送相同的数据信号来增加信道容量。本论文侧重研究后一类MIMO系统的应用性。现有的MIMO信道容量公式都是在香农公式的基础上导出,即MIMO的数学模型。如果MIMO系统应用到实际传输环境中,需要研究与数学模型适配的物理模型。论文首先研究发送天线间隔为λ/2或10λ时,由一对收发天线构成的信道是否满足IRFC的条件。然后研究了在瑞利平坦性衰落和频率选择性衰落两种环境下的信道容量公式以及MIMO系统物理模型的适配条件。还研究了多天线发射波束的方向性,并给出了模拟仿真图。最后,在多种应用环境条件下分析了RAKE接收机和联合接收机在MIMO系统中的应用特性。基于上述研究,论文定义了将相位阵列天线(PAA)技术引入MIMO的SHPAA系统,导出SHPAA系统的三维信道容量公式并给出相关模拟仿真图,验证了它的信道容量提升能力。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-11
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 MIMO 系统空分多址理论应用的研究点  9
  1.3 本论文的主要研究内容和结构安排  9-11
第二章 MIMO 理论概述及发展现状  11-19
  2.1 MIMO 概述  11-12
    2.1.1 MIMO 的概念和原理  11
    2.1.2 MIMO 的发展历史  11-12
  2.2 MIMO 技术分类  12-15
    2.2.1 空时编码的基本原理和分类  12-14
    2.2.2 空分复用的基本原理及应用  14-15
  2.3 MIMO 研究现状  15-19
    2.3.1 MIMO 算法研究  15-16
    2.3.2 MIMO 天线设计  16-17
    2.3.3 MIMO 无线信道的建模和仿真  17
    2.3.4 MIMO 测试平台搭建与MIMO 芯片开发  17-18
    2.3.5 MIMO 技术的标准化进展  18-19
第三章 MIMO 信道容量的导出  19-30
  3.1 香农公式  19-21
    3.1.1 香农公式的定义  19
    3.1.2 Shannon 公式的应用原理和技术实现方案  19-21
  3.2 多天线系统  21-23
    3.2.1 多天线系统的分类  21-22
    3.2.2 复用增益  22
    3.2.3 分集增益  22-23
  3.3 MIMO 信道容量的导出  23-30
    3.3.1 MIMO 的系统模型  23-24
    3.3.2 MIMO 信道容量的推导  24-27
    3.3.3 信道遍历容量仿真图  27-30
第四章 MIMO 物理模型适配的条件  30-41
  4.1 多径衰落  30-38
    4.1.1 多径衰落的定义  30-31
    4.1.2 多径衰落产生的原因  31-32
    4.1.3 多径衰落的分类  32
    4.1.4 多径衰落的特性  32-33
    4.1.5 多径衰落的防范措施  33-34
    4.1.6 分集方式  34-36
    4.1.7 合并方式  36-38
  4.2 研究MIMO 理论在平衰落条件下物理模型存在的可能性  38-40
  4.3 研究MIMO 理论在频率选择性条件下物理模型存在的可能性  40-41
第五章 MIMO 物理模型的可实现性  41-54
  5.1 多天线发射波束的方向性  41-43
  5.2 RAKE 接收机  43-45
    5.2.1 RAKE 接收机原理  43-44
    5.2.2 RAKE 接收机应用环境  44-45
  5.3 联合接收机  45-49
    5.3.1 联合接收机原理  45
    5.3.2 联合接收机适用的物理环境  45-49
  5.4 SHPAA 技术与MIMO 系统  49-54
    5.4.1 相控阵天线的定义及原理  49-50
    5.4.2 SHPAA 系统与MIMO 系统  50-54
第六章 结束语  54-56
  6.1 论文工作总结  54-55
  6.2 进一步的研究工作  55-56
致谢  56-57
参考文献  57-59

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 数据通信 > 数据传输技术
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