基于MIMO的未来宽带无线通信关键技术研究

论文摘要

MIMO技术的提出为通信系统引入了又一维可利用空间,使得提高数据传输率和传输的可靠性成为可能。MIMO也因此成为未来移动通信关键技术之一,受到广泛关注。尽可能地挖掘MIMO技术的潜能实现最优传输是当前研究的目标,基于此,本文详细探讨了MIMO相关传输技术。为了自成一体,本文从MIMO信道建模入手,系统探讨了阵列天线的数学模型,详细研究了MIMO宽带频率选择性衰落信道的建模、空时编码技术、预编码技术以及多用户多天线预编码技术,理论分析了当前的研究难题并提出了合理的解决方案,所得成果将为未来移动通信的发展提供部分理论依据和技术基础。本文的主要学术贡献在于:●提出了基于One-Ring几何模型的频率选择性衰落信道建模方案,详细分析对比了该信道模型与实际传输环境的空时频相关性,通过实例证明了该方案的准确性和可用性;●提出了基于阵列处理的准正交空时分组编码的低复杂度译码算法,在理想和非理想信道信息条件下计算并验证了所提出译码算法的准确性;●在所提信道模型的基础上,针对MIMO系统下行链路,分析了收发天线物理参数对整体性能的影响,得出了在基站端加大天线间距离比加大接收端天线间距离可以带来更多增益的结论;针对空时分组编码的多天线系统,修正了传统译码方案,为其在快衰落环境中的应用提供了可能;●建立了基于信道统计信息的预编码、多天线、多用户、多数据流传输理论框架。将基于信道统计信息的预编码理论从多输入单输出系统扩展到了多输入多输出系统;●最后,针对多用户MIMO多数据流传输链路中属于同一用户数据流经历具有相同信道统计信息的状况,提出了两种基于信道统计信息的预编码设计算法,基于特征空间的分割和基于修正次公共导频信道（SCPICH）波束向量的预编码算法。随后的数值计算验证了所提两种算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 通信发展趋势与研究背景
• 1.2 通信前沿技术与关键问题
• 1.2.1 宽带信道建模
• 1.2.2 高速传输技术
• 1.2.3 多址干扰消除
• 1.3 论文研究内容和组织结构
• 1.4 论文研究成果与主要创新
• 1.5 运算标识
• 第2章 无线信道及其建模
• 2.1 阵列天线（Antenna Array）
• 2.1.1 阵列天线分类
• 2.1.2 阵列天线空间信号模型
• 2.1.3 阵列天线方向向量
• 2.2 MIMO信道
• 2.2.1 MIMO信道容量分析
• 2.2.2 One-Ring信道模型
• 2.2.3 基于One-Ring模型的频率选择性模型
• 2.2.4 模型中参数计算方法
• 2.2.5 相关特性分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 MIMO-OFDM技术研究与性能分析
• 3.1 MIMO-OFDM系统
• 3.1.1 小波包基作为正交基的OFDM
• 3.1.2 OFDM的主要应用
• 3.2 分集技术
• 3.3 空时编码
• 3.3.1 正交空时分组码信号模型
• 3.3.2 基于阵列处理低复杂度准正交空时分组码译码算法
• 3.4 MIMO-OFDM系统在One-Ring宽带信道中的性能分析
• 3.4.1 空时分组编码的MIMO-OFDM系统性能分析
• 3.4.2 MIMO-OFDM链路中QSTBC简化译码算法性能分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 多用户MIMO系统预编码
• 4.1 多址方式
• 4.2 预编码
• 4.3 MISO系统基于信道统计信息的预编码
• 4.3.1 信号模型
• 4.3.2 基于信道协方差信息的预编码
• 4.3.3 数值分析
• 4.4 MIMO系统基于信道统计信息的预编码
• 4.4.1 信号模型
• 4.4.2 基于等价协方差的信号和预编码器设计
• 4.4.3 联合均衡器数学模型
• 4.4.4 数值分析
• 4.5 相同协方差矩阵情况下的预编码器设计
• 4.5.1 改进的导频波束向量算法
• 4.5.2 改进协方差矩阵算法
• 4.5.3 数值分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 研究总结及展望
• 5.1 研究总结
• 5.2 进一步的研究方向
• 插图索引
• 表格索引
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与科研奖励
• 附件