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现代通信系统信道与系统分析.ppt

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第8章MIMO信道建模与系统性能分析 第9章平坦准静态瑞利信道下的空时编码技术 第10章差分空时编码技术 第11章相关信道下的自适应预编码（波束成型）技术 第12章MIMO－OFDM系统自适应技术 WirelessChannels问题 带宽需求<->有限频谱资源：GSM、GPRS、3G牌照及其昂贵 可靠性<->挑战性的无线随机衰落信道传播媒介：衰落、路径衰减、ISI、CCI、Doppler频移、载波频偏、噪声等 功率:有限的电池寿命、昂贵的功率放大器 小区覆盖面积MIMOSystemPerformanceImprovement 发送接收的都是矩阵 利用空分复用增益提高频谱效率：容量随发射、接收阵列的较小天线数线性增长无需额外带宽 利用MIMO分集增益提高传输可靠性、覆盖、QOS 同信道干扰减小、蜂窝容量增加 不增加发送功率：分割高SNR的单个信道成多个低SNR信道，利用阵列增益提高小区覆盖面积 本质是提供了更多的自由度能与OFDM、UWB等很好的结合，MIMO技术是3GPP，IEEE802.16等的可选技术，是国内“FuTURE”项目的框架技术之一 基于分布式MIMO的分布式通信技术有望成为下一代移动通信技术的候选技术符号说明第8章MIMO信道建模与系统性能分析 信道建模简单回顾 基于射线跟踪和相关衰落特征统计的Kronecker信道模型 基于散射描述的VCR信道模型 模型比较 MIMO系统收发模型 容量分析 空间分集 《数字通信》第2章、第14章；《通信信号处理》第3章 以前的信道建模主要是研究用数学模型描述无线信道的时域衰落特征，重点在于建立存在移动无线衰落信道中的散射体、折射体和绕射体的统计模型或几何模型，从而用于无线信道衰落分布的预测、估计和测量。并按大尺度效应和小尺度效应来划分信道对接收信号的影响。 大尺度效应主要体现在相应的路径损耗和基于对数正态分布的阴影衰落 小尺度效应主要体现在多径现象导致的时域扩展和链路两端相对位置的快速移动导致的多普勒扩展AttenuationinWirelessChannels典型模型包括AWGN、Rayleigh，Rician和Nakagami等；基于包络建模的方法 Rayleigh描述具有丰富散射，无LOS链路信道；建模频率非选择性慢衰落信道；是m＝1的Nakagami－m模型的特例 Nakagami－m适合于描述郊区无线多径信道 Rician描述具有多径分量的LOS通信链路 MIMO信道由于多天线的应用需要引入空间维度Kronecker模型One－ring模型:将散射体的分布描述为在一个圆环上呈均匀分布的情形扩展One－ring模型:用四个物理参数来建模平坦衰落信道的空间相关模型：天线间距，天线排列，角度扩展和入射角Kronecker模型:假设发送和接收天线间相距足够远，且衰落信道有丰富发散，那么发送端和接收端的发散统计独立。 当对应不同接收天线的两条路径的衰落系数的相关不依赖于发送天线时，即 接收相关矩阵的近似计算公式为 为第零阶Bessel函数 当对应不同发送天线的两条路径的衰落系数的相关不依赖于接收天线时，即 且假设波达角垂直天线阵列，有 发送相关矩阵近似计算公式为在发送相关和接收相关互相独立的假设下，没有共同的发送和接收天线的两条路径的相关近似为对应的发送和接收天线的相关系数的乘积。即信道的空间协方差矩阵可以表示为如下的Kronecker乘积形式： 发送、接收相关矩阵是Hermitian正半定矩阵，可分解为： 令和分别表示发送和接收相关矩阵的半分解矩阵，包含相应的特征矢量矩阵和特征值矩阵方根。那么，Kronecker信道模型采用描述相关衰落特征的统计建模方法，可以将空时衰落信道分解为发送端衰落相关矩阵、独立衰落矩阵和接收端衰落相关矩阵三部分的乘积结果： 其中的元素是服从零均值单位方差的复高斯随机变量。 准静态独立同分布瑞利衰落模型半相关MIMO信道 如个人无线通信系统，BS无障碍，MS有丰富发散，当两端相距较远时，接收相关相对于发送相关比较小，研究常基于发送半相关信道进行。 例子：两发送天线距离为半波长，角度扩展为0.1Rad时，两发送天线间的相关性为。而在相同角度扩散下，两根接收天线间的相关性仅为。根据研究，在分集接收应用中，当相关低于0.5时，对系统容量不会造成很明显的影响。因而当接收天线最小间距相对半波长足够大时，下行链路接收相关的影响比较低。Kronecker模型优缺点 Kronecker模型用发送和接收相关矩阵来描述衰落相关，因为其分析处理过程比较简单，而被广泛使用，主要缺点是它强制链路的发送端和接收端相关是分离的，而不顾信道是否满足这种条件 Weichselberger模型 Weichselberger试图消除这种强制分离的限制，允许发送和接