非均勻散射空時頻相關MIMO信道建模與仿真研究.pdf

1、多輸入多輸出(Multiple-input Multiplc-output，MIMO)技術可顯著提高系統(tǒng)的信道容量、傳輸速率與頻譜利用率，近年來已成為第四代移動通信系統(tǒng)的關鍵技術之一。無線傳播環(huán)境對通信系統(tǒng)性能起著決定性作用，收發(fā)天線陣元間距不夠大及環(huán)境散射不充分導致各信道衰落具有相關性，因此研究相關MIMO信道的建模與仿真對于MIMO系統(tǒng)的參數(shù)設計、算法優(yōu)化和性能分析具有重要的理論意義與應用價值。本文重點研究了非均勻散射環(huán)境下相關MI

2、MO衰落信道建模仿真，MIMO信號空時頻相關性計算以及陰影多徑復合衰落下MIMO系統(tǒng)性能。
　　 首先，介紹了無線衰落信道傳播特性和建模仿真研究現(xiàn)狀。針對傳統(tǒng)均勻散射環(huán)境下瑞利衰落諧波疊加(Sum-of-Sinusoids，SoS)信道模型在平穩(wěn)和統(tǒng)計獨立性等方面的不足，提出一種基于最佳到達角的簡化SoS模型，該模型各種統(tǒng)計性能優(yōu)于現(xiàn)有模型。同時，基于入射角概率面積等分方法提出一種適用于非均勻散射的SoS推廣模型，并將該模型應用

3、于更為通用的Nakagami衰落信道情況，為Nakagami-MIMO信道仿真實現(xiàn)奠定基礎。
　　 其次，分析了瑞利衰落下MIMO系統(tǒng)各支路接收信號之間的空時頻相關性，推導了接收端移動情況下空時聯(lián)合相關性的解析表達式。針對實際中空域相關性非常重要但數(shù)值計算較復雜的問題，提出一種基于角度域脈沖采樣的簡化計算模型，該模型誤差小于0.01，但運算時間遠小于數(shù)值積分及其它方法。通過詳細分析Nakagami與瑞利衰落相關性的內在聯(lián)系，推導

4、給出Nakagami-MIMO信號包絡之間的空時頻相關性解析式，以及相干距離(時間、頻率)的近似表達式，為MIMO信道建模與系統(tǒng)性能分析奠定理論基礎。
　　 結合上述單輸入單輸出信道仿真建模方法和MIMO信道相關性分析，本文隨后給出了一種空時頻相關Nakagami衰落的MIMO信道模型。該模型首先利用實際測量的數(shù)據或統(tǒng)計信息得到各種信道參數(shù)，然后利用理論分析方法獲得信道空時頻相關性矩陣，最后產生具有特定自相關性和互相關性的Nak

5、agami隨機過程，從而獲得相關Nakagami-MIMO信道。針對大規(guī)模多支路MIMO信道實時仿真需求，還提出了一種高效的舍棄法模型用于產生任意衰落系數(shù)Nakagami隨機序列，新方法效率優(yōu)于目前文獻報道的同類方法。
　　 最后，針對多徑陰影復合衰落分布復雜難以獲得系統(tǒng)性能精確解析式的問題，基于矩匹配思想推導給出了相關復合衰落系統(tǒng)的近似性能。為驗證近似性能表達式的正確性，本文還提出了一種新的相關復合衰落信道仿真模型，并基于該模