第2章mimo系统的信道模型 - read.pdfVIP

第2章M!MO系统中的信道模型 第2章MIMO系统的信道模型 木章我们将给出MMIO系统的一些信道模型。相对于常用的室外无线衰落 信道中的独立同分布模型，本文介绍的模型更接近于实际的衰落环境，在该模型 下，系统的容量或者性能是天线间距以及散射体数等参数的函数。 2.IMIMO系统的信道模型 尽管目前对于MMIO技术的传输方案研究已经很多，但对于MMIO系统的 信道模型的研究依然是一个热点。文献[93」是比较全面而深入地介绍和分析了 MM-lO信道模型，其中作者把有关的模型分成两类:场测量和散射模型。场测量 模型是有一定应用价值的，因为它基于测量数据，能够比较准确地符合实际的环 境，但是散射或者几何模型更具有灵活性而且能够很好地描述和深入地分析信道 的物理机制。相对比较耗时的场测量模型而言，散射模型简单且能给出信道的主 要特征。其中几何模型已经用于单天线系统1404l，1及多天线系统42[书]。文献4〔7一511 给出了MMIO系统射频链路一端具有局部散射的几何模型，文献[52一54〕中给出 了两端都具有散射体的模型，其中文献[54]给出了宏蜂窝及微蜂窝MM-lo无线传 播信道的一般模型。 在MMIO技术的研究初期，大部分研究结果都是基于理想的信道模型，其 中信道矩阵H中的元素都是独立同分布的复高斯随机变量，此时MMIO系统的 容量是与收发天线中的最小数成线性增长的。但是测量结果表明实际的MMIO 信道容量比理论值低很多卧卜口}，其原因是由于MMIo信道的空时相关47[1251]，6511 851〕和频率选择性，6][0]及时变611]等因素引起的。文献[59]提出了离散时间下的 MM-lo信道模型，该模型考虑了角度扩展、多普勒扩展以及延迟扩展，文献6【0] 从最大嫡的原则对一些常用的MMIO模型进行了分析，最近文献6【2]给出了一个 通用的MMIO信道模型，该模型包括了空时相关以及频率选择，它适合于Kehyole 信道，但该模型包含的物理参数太多，过于复杂。 至今为止，人们已提出了大量M训0信道模型，大致可以归结于3类:射线 跟踪模型、散射模型、相关模型。在射线跟踪法中，自由空间传播、反射、绕射 以及散射都能随着每一条传播路径通过信道。对于室内以及小范围内的室外信 道，这个模型可以获得比较好的预测结果5s1ell]sI叫，但是对于多用户多蜂窝系统 的仿真，该模型不再合适，因为其复杂度太大。在相关模型中，MMIO信道的特 征是通过发射和接收两端的相关矩阵来表征的，这种模型实现简单，因而应用较 广，但是其信道的时变特性没有体现，对于高级的MIMO系统设计尤其用户在 高速的移动环境下，时空域的联合统计是非常重要的，文献5【2]曾经考虑了由于 第2章 MIMO系统中的信道模型 用户移动导致的时间相关对MMIO系统容量的影响，并且给出了一个空时相关 模型，但是这种空时相关很难用一个信道矩阵来表示，这也是该模型的一个缺陷。 散射模型一般是假设散射体有一个特定的分布并且通过散射体与平面波的相互 作用实现，这种模型也有其局限性，它有很多参数，其仿真时间很长。文献65「〕 曾经分析了一个具有有限数量散射体下的MMIO信道容量，并且考虑了多径影 响。 木文我们将详细介绍空间相关模型，也就是常用的K‘‘ronceker模型”，因为 该模型实用，很多研究文献中都是采用该模型。不过该模型把发收两端的空间相 关独立开来，因此其有效性也受到一些学者的质疑，文献[5习[661研究表明在实 际的室内MMIO信道中，Kronceker模型是不精确的。最近针对该模型的缺陷， 文献[67]提出了一种新的随机MMIo信道模型，它是E淦。nekce:模型与虚信道表 示法86[〕的结合体，该模型不但考虑了链路两端的空间相关而且也指出了它们之 间的依赖性，另外该模型的数学表达简单而准确。 下面具体介绍MMIO系统常用的几种信道模型，包括空间相关MMIO模型、 KehyoleMMIo模型、双散射MMIO模型，不过众hyoleM现。信道169卜[74]只是 双散射MMIo信道的一个特殊情况5317]l[]。 2.LI 空间相关模型 在MMIO系统中，由于移动台物理尺寸的限制或者基站处散射体的不丰富 会导致天线阵列元之间的空间相关四]。一般空间相关是天线空间结构的一个函 数，它包括几个主要参数，如角度扩展，波达角田。A)，发射和接收散射半径以 及天线之间的距离