宽带信道建模与参数提取方法的研究

论文摘要

宽带移动通信已经成为国际新的一轮技术和产业竞争的焦点,针对我国“新一代宽带无线移动通信网”对宽带无线移动信道和复杂环境传播特性的模式化研究与应用需求,建立适用于我国通信传播环境（主要是室外环境,包括城区、郊区等）的无线信道模型,对模型的相关特性进行分析,主要涉及到信道的空时频相关特性,并提出宽带移动信道模型应用方案与模型参数的提取方法。本文研究的主要内容:（1）适用于我国典型环境宽带移动通信网设计与规划的信道模型及应用方法。关于MIMO信道模型,国内外已有很多经典模型,其中基于几何单环（One Ring）模型的MIMO信道模型被广泛应用。本文在已有基本单环MIMO信道模型的基础上,利用正弦波叠加法（SOS）获得其仿真模型,并通过与参考模型比较,分析了信道的空时频相关特性。然后基于宽带系统的考虑,通过将散射环分割成对应路径的L对时延片的方法,将非频率选择性单环模型扩展为频率选择性单环模型,并给出了相应分析。（2）对宽带信道模型的时域、频域和空间域的参数,包括:MIMO信道时延、多普勒特性、到达角、离开角以及角谱分析等进行研究,提出参数的提取技术和计算方法。对于确定性参数估计,期望最大算法（EM-Expectation Maximization）常用来做时延和方位角的估计。而EM的扩展性算法SAGE（Space-Alternating Generalized EM）算法,可以应用于时不变系统中的时延和方位角估计以及时变系统中时延、方位角以及多普勒频移的估计,这种算法通过分离的循序的最大化过程来计算电磁波参数的联合极大似然估计。本文主要分析利用SAGE算法联合估计信道参数的基本原理,通过模拟人造多径MIMO信道环境,来验证SAGE算法的可行性和正确性,并在理论上给出了此算法在实际测量数据中的应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 新一代宽带无线通信网概述
• 1.2 信道测量技术
• 1.3 MIMO 信道建模
• 1.3.1 宽带 MIMO 技术简介
• 1.3.2 无线信道建模
• 1.4 信道参数提取技术
• 1.4.1 参数估计方法概述
• 1.4.2 SAGE 算法
• 1.5 本论文主要研究内容和体系结构
• 第二章 宽带信道建模
• 2.1 无线信道仿真的基本原理
• 2.1.1 滤波法
• 2.1.2 正弦波叠加法
• 2.2 仿真模型参数的计算方法
• 2.2.1 等距法（MED）
• 2.2.2 等面积法（MEA）
• 2.2.3 Monte Carlo 法（MCM）
• 2.2.4 最小均方误差法（MSEM）
• 2.2.5 p 阶范数法（LPNM）
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于单环模型的MIMO信道仿真
• 3.1 单环模型信道传播环境
• 3.2 频率非选择性单环模型的仿真
• 3.2.1 频率非选择性单环模型的参考模型
• 3.2.2 频率非选择性单环模型的仿真模型
• 3.3 频率选择性单环模型
• 3.3.1 频率选择性单环模型的参考模型
• 3.3.2 频率非选择性单环模型向频率选择性单环模型的转换
• 3.3.3 频率选择性单环模型的仿真模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 采用 SAGE算法的信道参数提取技术
• 4.1 用于模拟发射、接收天线阵的信号模型
• 4.2 MIMO 信道收发信号定义
• 4.2.1 普适的MIMO 信道传播信号
• 4.2.2 信道探测技术
• 4.2.3 采用TDM 时间帧结构的探测信号
• 4.2.4 接收天线输出的检测信号
• 4.3 SAGE 算法
• 4.3.1 完备数据集与非完备数据集
• 4.3.2 最大似然估计
• 4.3.3 EM 算法
• 4.3.4 SAGE 算法
• 4.4 基于连续干扰消除法的初始化过程
• 4.5 本章小结
• 第五章 SAGE算法仿真
• 5.1 多径 MIMO 信道环境的构建
• 5.2 SAGE 算法的初始化
• 5.2.1 第一径参数初始化
• 5.2.2 第二径参数初始化
• 5.3 SAGE 算法的迭代步骤
• 5.3.1 第一径参数估计
• 5.3.2 其它径参数估计
• 5.4 模拟传播环境参数估计仿真
• 5.5 SAGE 算法在实际测量中的实现
• 5.10 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 本论文主要工作总结
• 6.2 下一步的研究方向
• 致谢
• 参考文献