室内mimo无线信道特性分析与建模-信息与通信工程专业论文.docx

ClassifiedIndex:TN92U.D.C:654DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringINDOORMIMOWIRELESSCHANNELCHARACTERIZATIONANDMODELLINGCandidate:ZhangJiliangSupervisor:Prof.ZhangNaitongAcademicDegree Appliedfor: DoctorofEngineeringSpecialty:InformationandCommunicationsEngineeringA?liation:SchoolofElectronicsandInformationEngineeringDateofDefence:March,2014Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着用户数量急剧增长，新业务的出现以及数据传输速率要求不断提升，无线通信正向着高频谱利用率的趋势发展。多入多出(Multiple-InputMultiple-Output,MIMO)无线通信技术利用无线信道的多径传播，开发信道的空间资源，并利用系统的空间特点结合空时联合处理技术提高频谱利用率，是未来高速无线数据传输的关键技术之一。针对MIMO无线信道空时传播特性的研究对MIMO无线通信系统发展具有基础性与先导性的作用。基于实际测量的MIMO无线信道特性分析与建模是合理评估、验证和对比MIMO无线通信系统的必要条件。本文根据室内MIMO无线信道的基本特征，研究并初步解决了室内MIMO无线信道特性分析与建模的几个相关问题：第一，搭建具有自主知识产权的高频宽带MIMO无线信道测量平台。该平台采用网络分析仪、放大器、射频开关和计算机等设备搭建，能够实现室内4×4宽带MIMO无线信道冲激响应和传递函数测量。测量范围大于50m，测量带宽高达400MHz，支持2.45GHz和6.2GHz两个频段。通过多种场景下的实际测量，对该测量平台与基带处理信道测量仪进行了相互验证。第二，基于实测数据建立单用户MIMO无线信道统计模型。模型涵盖传输损耗、阴影衰落、时延扩展和空间相关等信道参数，能够仿真任意组宽带点对点MIMO无线信道的频率响应。基于该模型，对2.45GHz和6.05GHz单用户MIMO信道参数进行对比测量，明确6GHz以上高频段为单用户MIMO无线信道引入的特殊性，引出高频段宽带单用户MIMO无线通信系统设计的新问题，为高频宽带算法设计，性能评估，系统仿真等提供参考。最终，采用实际测量和信道模型分别给出室内环境下MIMO系统的信道容量，在验证信道模型的同时给出MIMO 系统在实际室内环境下的性能极限。第三，基于实测数据建立多用户MIMO信道统计模型。采纳特征空间对准的思想，本文给出一种基于实测数据建立的多用户MIMO 无线信道统计模型。该模型能够避免通过信道相关矩阵求取信道特征空间对准参数和特征值统计参数带来的信道容量误差。通过实际测量提取模型参数并对模型进行验证。测量数据和仿真结果对比分析表明该模型能够精确再现多用户MIMO系统的信道容量。基于信道模型，分析多用户MIMO 信道容量，给出实际室内环境下多用户MIMO的性能极限进而论证多用户MIMO在室内环境下的可行性。I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文第四，作为室内信道特性研究的重要补充，解析分析匙孔(keyhole)信道统计特性。首先，通过理论推导给出匙孔信道功率概率分布和矩生成函数等信道统计量的解析表达式，并进一步给出单入单出(Single-InputSingle-Output,SISO)和单射频MIMO等典型无线通信系统在匙孔信道下的解析误比特性能分析。其次，基于匙孔MIMO信道功率概率分布解析形式，分析匙孔MIMO信道的解析信道容量概率密度并给出匙孔环境下MIMO平均信道容量，一方面对比匙孔信道和独立瑞利信道，定量分析匙孔效应对信道容量的影响，另一方面给出天线数量与匙孔信道容量对应关系。关键词：MIMO系统；多用户MIMO系统；信道特性分析；信道建模II-AbstractAbstractInrecentyears,withrapidgrowthofmobileusers,emergenceofnewbusinessre-quirementsandhighdatatransferrates,wirelesscommunicationisrequiredtohavehighspectrume?ciency.Forthisdemand, Multiple-InputMultiple-Output(MIMO)wirelesscommunicationsyst