【摘 要】
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移动通信业务的快速发展,使得多输入多输出(Multiple Input and Multiple Output,MIMO)多天线收发技术被广泛应用于无线通信系统,它可以在不扩增频谱带宽与发射功率的前提下,
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移动通信业务的快速发展,使得多输入多输出(Multiple Input and Multiple Output,MIMO)多天线收发技术被广泛应用于无线通信系统,它可以在不扩增频谱带宽与发射功率的前提下,显著地提高信道系统性能。多径衰落信道和发射端的天线阵列结构被视为影响无线通信MIMO系统性能的关键因素,而波达信号的传输特性也不容忽视,因此对实际信道环境构建精准有效的信道模型是十分有必要的。本文建立在MIMO技术与统计信道建模方法的基础上,围绕MIMO无线通信系统的重要角度参数、阵元间空间相关(Spatial Fading Correlation,SFC)函数以及信道容量展开研究,着重阐述各信道参数对多天线系统性能的影响机理。本文的工作可以划分为以下四个部分:首先,介绍了蜂窝移动通信系统的发展进程与形成机制,并对无线信道中的大尺度、小尺度等经典信道模型进行了分类分析,突出其建模方法与原理,为MIMO信道建模与信道系统性能估计进一步的研究奠定了基础。其次,针对二维空间域中两种经典的单反射信道模型(Geometrically-based single-bounce channel models,GBSBCMs)进行了融合。分析中采用极限的思想,认为当扇形区域被分割的份数N趋近无穷时,其中不对称区域是可以忽略的。重点计算散射体为高斯分布、均匀分布时波达信号的重要空时参数。然后,提出一种适用于宏小区移动通信环境的信道模型。在计算信道重要空时参数到达角度、到达时延概率密度函数的基础上,侧重分析信道系统性能与波达信号角度参数的关系,深入探索散射体为均匀分布时的环阵列(Uniform Circular array,UCA)信道容量与波达信号扩展角的影响机理,增加了信道脉冲响应函数在空间相关函数中的应用。分别以线阵列(Uniform Linear Array,ULA)和环阵列为多天线阵列结构,计算阵元间相关函数与其信道容量的表达式,并从天线阵列导向矢量与信道自相关函数两个分析信道空间衰落相关性。研究结果表明,方位扩展角是控制ULA和UCA阵元间SFC的首要因素,且信道脉冲响应函数的应用可以极大降低电平通过率函数的计算复杂度。最后,将VMF(Von Mishes Fisher)分布模型应用于无线信道建模。研究比较了不同的天线阵列对信道角度参数的灵敏度,确定了空间相关函数与平均方位角(Mean Angle of Arrival,MAOA)、平均仰角(Mean Elevation of Arrival,MEOA)等参数的关系,深入研究信道相关函数在信道协方差矩阵的应用。
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