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MIMO系统多天线移动终端的协作模型建立与信道容量分析

作　者: 王厦
导　师: 孟维晓
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 协作MIMO 信道容量多天线终端
分类号: TN929.53
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

多输入多输出MIMO系统是近年来在无线移动通信研究中的一个重大突破。在功率带宽受限的无线信道中,技术可以有效实现高数据速率、提高系统容量、提高传输质量的空间分集技术。这恰好适应未来无线通信技术发展的要求,理论和实践已经证明,应用技术能极大地提高无线通信系统的性能和容量,因此近年来得到了迅猛的发展并成为新一代无线通信的核心技术之一。近几年,国内外学者相继提出了协作分集的概念,基本思想是把自组网的概念和组网方式引入到蜂窝系统中,利用终端在空间上的协作关系,完成在终端使用单天线条件下,达到和MIMO相近的空间复用与分集增益效果,而且便于实现。然而,移动终端的多天线化是发展的必然趋势,在多输入多输出的无线蜂窝环境下,仍然存在协作问题,终端使用多天线的协作式MIMO将为无线传输带来更大的空间复用增益。与传统信道不同的是,多天线信道大多数情况下并不一定互相独立,而是具有某种空间相关性的。为了更好地利用MIMO技术,就必须研究MIMO信道的特性,特别是空间特性。本文首先介绍传统信道的特征及信道容量的推导,然后介绍协作MIMO的协作方式和信道结构。之后根据参考文献提出多天线终端协作MIMO的系统模型,并且得到信道容量的表达式,在此基础上,从理论上建立多个不同的协作模型,详细分析不同模型参数对于该信道容量的影响。最后对这些模型进行验证分析,将仿真协作节点、收发天线、空间相关性、多径数目和终端移动速度等参数对于信道容量的影响,从而验证不同协作模型的参数作用。通过协作模型的建立及对模型参数的分析,本文验证了多天线终端协作式系统能够减小传输链路之间的相关性、提高信道容量,并且从各个节点的收发天线数目、协作伙伴的数量选择、协作伙伴的范围限制、瑞利衰落信道多径数目、终端移动速度等方面,为多天线终端协作系统的设计提出了多个建议,为高容量、高速率的无线通信发展需要提供一种有价值的参考方案。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题背景及来源  9-10
  1.2 研究的目的与意义  10-12
  1.3 国内外研究现状分析  12-15
    1.3.1 协作式 MIMO 系统  12-14
    1.3.2 多天线移动终端协作 MIMO 信道  14-15
  1.4 本文研究内容和组成结构  15-17
第2章 MIMO系统的信道特征  17-30
  2.1 无线衰落信道基本特征  17-21
    2.1.1 大尺度衰落  17-18
    2.1.2 小尺度衰落  18-21
  2.2 传统MIM0的信道模型  21-28
    2.2.1 主要特征  21-24
    2.2.2 信道容量  24-28
  2.3 协作MIM0的协作方式及信道结构  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章多天线移动终端协作信道容量理论分析  30-48
  3.1 系统模型  30-31
  3.2 信道容量  31-34
    3.2.1 上限值和下限值  31-32
    3.2.2 上下限值统一的条件  32-34
  3.3 协作传输增大信道容量的证明  34-38
  3.4 协作模型参数对信道容量的影响  38-46
    3.4.1 协作节点  38-41
    3.4.2 天线空间相关性  41-44
    3.4.3 收发天线数目  44
    3.4.4 瑞利衰落多径数目  44-45
    3.4.5 终端移动速度  45-46
  3.5 本章小结  46-48
第4章不同协作模型的信道容量验证与分析  48-58
  4.1 仿真环境设定  48
  4.2 仿真结果及分析  48-57
    4.2.1 协作节点数目的影响  48-50
    4.2.2 协作节点分布的影响  50-51
    4.2.3 收发天线数目的影响  51-53
    4.2.4 天线空间相关性的影响  53-55
    4.2.5 瑞利衰落多径数目的影响  55-56
    4.2.6 终端移动速度的影响  56-57
  4.3 本章小结  57-58
结论  58-59
参考文献  59-63
攻读学位期间发表的学术论文  63-65
致谢  65

MIMO系统多天线移动终端的协作模型建立与信道容量分析

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