MIMO系统空时相关性与天线阵列结构研究

论文摘要

本文的研究重点主要集中在MIMO天线阵列系统的系统性能，重点研究了空时MLMO空时相关性和MIMO系统的天线阵列结构。为了研究空时MIMO系统，本文首先给出了MIMO系统中使用均匀线型天线阵列(ULA)和均匀圆型天线阵列(UCA)的基于统计的多径矢量信道模型，推导出了本研究所需要的统计时变无线MIMO信道模型。然后我们推导出了计算空间相关性的通用方程，分析了各种角能量分布下的相关性，证明出这些方程可以很好的用于高斯角分布，高斯空间角分布，均匀角分布和拉普拉斯角分布等多种角能量分布。通过数值模拟验证了角能量分布的标准差或角扩展是决定相关性的主要因素。基于以上研究结果，我们推导出了Rayleigh衰落信道多种角能量分布下MIMO信道的空时相关衰落函数表达式，讨论了针对不同天线阵列结构(ULA和UCA)的上、下行的空时相关衰落。然后我们研究了相关衰落对最大比合并的MPSK系统SER性能的影响，并给出了UCA和ULA的SER性能对比。这是基于对UCA和ULA的相关衰落研究结果，推导出了符号信噪比概率密度方程，然后通过对符号信噪比概率密度方程的符号误码率平均，得出相关衰落下的平均符号误码率。结果表明，在中低角扩展下，UCA的平均性能要好于ULA。最后，我们从信息论的角度计算并对比了相关衰落下对于不同天线阵列结构(UCA和ULA)的MIMO信道容量。从结果中可以看出，对于无线移动环境中的大容量信道，(ULA，UCA)的MIMO天线结构可能是最佳选择。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究背景与意义
• 1.2 MIMO技术研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 论文结构与内容安排
• 第二章 MIMO信道模型
• 2.1 无线传播环境
• 2.1.1 大尺度衰落
• 2.1.2 小尺度衰落
• 2.2 多径标量信道模型
• 2.3 多径矢量信道模型
• 2.3.1 阵列响应矢量
• 2.3.2 AWGN信道
• 2.3.3 多径衰落信道
• 2.4 基于几何的多径矢量信道模型
• 2.5 基于统计的多径矢量信道模型
• 2.6 MIMO统计信道模型
• 2.7 本章小结
• 第三章 多种角能量分布下的空间相关性
• 3.1 空间相关
• 3.1.1 高斯分布
• 3.1.2 天线间隔
• 3.1.3 高斯空间分布
• 3.1.4 均匀分布
• 3.1.5 拉普拉斯分布
• 3.2 仿真与结果分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 MIMO信道的空时相关衰落
• 4.1 空时MIMO信道模型
• 4.2 MIMO空时相关衰落
• 4.2.1 下行空间相关与下行空间相关
• 4.2.2 UCA与ULA的空间相关
• 4.3 MIMO空时相关衰落仿真分析与结果
• 4.3.1 时间相关
• 4.3.2 上行空间相关衰落
• 4.3.3 下行空间相关衰落
• 4.3.4 空时相关衰落
• 4.4 本章小结
• 第五章 MIMO系统中天线阵列性能分析
• 5.1 天线阵列结构与空间相关
• 5.2 合并符号信噪比密度方程
• 5.3 符号误码率（SER）
• 5.4 仿真与结果分析
• 5.5 本章小节
• 第六章 MIMO信道容量
• 6.1 信息论中的信道容量
• 6.2 MIMO信道容量分析
• 6.3 空间MIMO信道模型
• 6.4 仿真模型
• 6.5 信道容量仿真结果
• 6.6 本章小节
• 第七章 总结
• 7.1 全文总结
• 7.2 下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 硕士在读期间发表的论文清单