多输入多输出的建模与系统容量分析

论文摘要

多输入多输出（MIMO）系统是无线通信领域中的一项新技术,它能够在不增加系统带宽的条件下,通过在发射端和接收端分别设置多个天线,利用多径信道能大幅度提高频谱利用率和信道容量。然而,空时相关性的存在,使得MIMO通信系统的实际应用受到限制,本文通过分析MIMO系统的信道模型,研究空时相关多天线的通信系统的容量,主要包含以下内容。第一章介绍了本文的研究背景和意义。包括：MIMO技术的研究的历史,研究现状及发展前景；MIMO技术的优点和局限；MIMO技术的能够提高信道容量的本质；以及与MIMO相关的技术。第二章信息论的观点介绍了信道容量的实质,推导了不同信道模型下的信道容量。其中基于波形信道的香农定理是多输入多输出信道容量的理论基础。第三章推导了MIMO信道容量的一般表达式。建立并推导了瑞利衰落信道下快,块和慢衰落的信道容量,通过仿真比较了不同条件下的瑞利衰落下MIMO信道容量。分析比较了不同功率分配时的信道容量,在一定的仿真条件下将两方案从容量和性能进行了对比,得出了相关结论。建立了天线相关信道模型,在一定的衰落信道模型下,推导了空间衰落相关性和天线互藕对信道容量的影响,在不同的条件下仿真比较了不同的系统参数对信道容量的影响。建立了匙孔效益传输信道的模型并推导了其信道容量。得到了不同条件下的仿真结果。第四章对于频率选择性衰落下的信道容量进行了研究。建立了基于等效簇（单族）的频率选择性Rician衰落MIMO信道模型,推导了接收天线和发射天线相关的情景下MIMO-OFDM系统的信道容量的表达式。第五章对论文的主要研究工作进行了总结,阐述了今后论文发展的方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 术语表
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 MIMO研究现状
• 1.3 MIMO技术
• 1.3.1 与MIMO结合的技术
• 1.4 MIMO技术的局限
• 1.5 本文的主要工作及章节安排
• 第二章 信道模型及信道容量
• 2.1 信道模型
• 2.1.1 离散无记忆信道
• 2.1.2 波形信道
• 2.2 离散信道的信道容量
• 2.3 波形信道的信道容量
• 2.4 小结
• 第三章 平坦衰落下多输入多输出（MIMO）的信道容量
• 3.1 概述
• 3.2 MIMO系统模型
• 3.3 MIMO系统容量
• 3.4 信道容量与信道矩阵的关系
• 3.5 自适应发射功率分配时的MIMO信道容量
• 3.6 分集合并
• 3.7 随机信道的MIMO系统容量
• 3.7.1 衰落模型的分类
• 3.7.2 快和块衰落信道的MIMO信道容量
• 3.7.3 接收分集的快和块衰落信道的MIMO信道容量分析
• 3.7.4 发射分集的快和块衰落信道的MIMO信道容量分析
• 3.7.5 发射—接收分集的快和块衰落信道的MIMO信道容量分析
• 3.7.6 平均功率分配和自适应功率分配的比较
• 3.8 慢瑞利衰落信道的MIMO信道容量
• 3.8.1 信道容量的分类
• 3.8.2 接收、发射分集的慢瑞利衰落信道的MIMO信道容量
• 3.9 天线相关性和空间衰落相关性对MIMO信道容量的影响
• 3.9.1 相关性的概述
• 3.9.2 空间衰落相关性的建模和MIMO信道容量
• 3.9.3 LOS信道相关模型
• 3.9.4 瑞利衰落信道的相关模型及MIMO信道容量
• 3.10 赖斯信道相关模型及MIMO信道容量
• 3.11 匙孔效益对信道容量的影响
• 3.11.1 匙孔效益
• 3.11.2 有发射和接收散射体的MIMO相关衰落信道
• 3.11.3 影响匙孔传播信道的系统参数
• 3.11.4 对匙孔的模型的扩展
• 3.12 本章小结
• 第四章 频率选择性衰落下MIMO信道容量
• 4.1 概述
• 4.2 频率选择性衰落的信道建模
• 4.3 基于OFDM的MIMO信道容量推导
• 4.4 本章小节
• 第五章 全文总结
• 5.1 主要工作
• 5.2 课题的问题和发展方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录A