宽带无线通信中MIMO信道的建模与仿真研究

四、仿真结果

对于ＭＩＭＯ信道而肓，接收与发送天线阵衰落系数的相关特性是衡量ＭＩＭＯ信道空间衰落特性的一个性能指标，它与天线单元的间隔有关。网（１）和网（２）面出了到达角ＡＯＡ／９＝０。和口＝３０。隋况下，空间包络的相关性曲线。从曲线可以看出，在天线间隔和到达角同定的前提下，天线单元闻衰落系数的相关性随着扩展角的增大而减小。同时，通过图（１）和图（２）的比较可以看出，在天线间隔与扩展角同定的前提下，天线单元间衰落系数的相关性随着到达角的增加而变大。同时，我们也可以看出，不同天线单元闻衰落系数的相关性随着天线单元间隔的增大而减小，如果希望获得比较小的衰落系数相关性。以便获得更大的空间分集的增益，就需要增大天线单元之间的间隔。

图（１）到达角口＝０。条件下，不同扩展角的线

图（２）到达角口＝３０。条件下，不同扩展角空间包络相关性曲空间包络相关性曲线

同时，为了验证这种方法的正确性，我们仿真了８个接收天线与４个发射天线条件下，空时衰落的相关性，接收天线的到达角口＝５０。，扩展角为Ａ＝１８０。，同时，将仿真结果与文献【３］所给出的理论结果进行了比较．如图（３）所示，从比较结果可以看出，仿真结果与理论结果基奉一致，验证了这种方法的正确性。

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图（３）不同天线单元之间空时衰落相关特性

宽带无线通信中MIMO信道的建模与仿真研究

作者：魏克军， 侯自强

作者单位：中国科学院声学研究所

1.学位论文张海霞基于MIMO的未来宽带无线通信关键技术研究2008

MIMO技术的提出为通信系统引入了又一维可利用空间，使得提高数据传输率和传输的可靠性成为可能。MIMO也因此成为未来移动通信关键技术之一，受到广泛关注。尽可能地挖掘MIMO技术的潜能实现最优传输是当前研究的目标，基于此，本文详细探讨了MIMO相关传输技术。为了自成一体，本文从MIMO信道建模入手，系统探讨了阵列天线的数学模型，详细研究了MIMO宽带频率选择性衰落信道的建模、空时编码技术、预编码技术以及多用户多天线预编码技术，理论分析了当前的研究难题并提出了合理的解决方案，所得成果将为未来移动通信的发展提供部分理论依据和技术基础。

本文的主要学术贡献在于：

·提出了基于One-Ring几何模型的频率选择性衰落信道建模方案，详细分析对比了该信道模型与实际传输环境的空时频相关性，通过实例证明了该方案的准确性和可用性；

·提出了基于阵列处理的准正交空时分组编码的低复杂度译码算法，在理想和非理想信道信息条件下计算并验证了所提出译码算法的准确性；

·在所提信道模型的基础上，针对MIMO系统下行链路，分析了收发天线物理参数对整体性能的影响，得出了在基站端加大天线间距离比加大接收端天线间距离可以带来更多增益的结论；针对空时分组编码的多天线系统，修正了传统译码方案，为其在快衰落环境中的应用提供了可能；

·建立了基于信道统计信息的预编码、多天线、多用户、多数据流传输理论框架。将基于信道统计信息的预编码理论从多输入单输出系统扩展到了多输入多输出系统；

·最后，针对多用户MIMO多数据流传输链路中属于同一用户数据流经历具有相同信道统计信息的状况，提出了两种基于信道统计信息的预编码设计算法，基于特征空间的分割和基于修正次公共导频信道(SCPICH)波束向量的预编码算法。随后的数值计算验证了所提两种算法的有效性。

2.学位论文孙岩无线通信系统中的MIMO信道建模及其空时相关特性研究2008

无线MIMO技术被认为是实现未来高速宽带无线通信的关键技术之一，在第三代(3G)乃至三代以后(B3G)的移动通信系统中有广阔的应用前景。然而，实现并非易事，常规单天线系统面临严峻挑战。MIMO无线通信技术弥补了单天线的不足，但是MIMO技术在通信系统中的应用面临大量亟待研究的问题。

本文围绕无线通信系统中的MIMO信道建模这一主题，在MIMO信道建模、MIMO信道空时相关特性两个方面进行了系统而深入地研究。因为开发合理、符合实际环境条件的MIMO信道模型，是评估各种空时处理算法性能、仿真与设计高性能通信系统的基础，而无线信道的空时特性是空时处理性能的关键。

本文首先较为全面的概述了MIMO无线信道，详尽地描述了现有MIMO无线信道的典型模型，包括物理模型与非物理模型，分析了各种现有MIMO模型的优缺点；其次，对SCM(SpatiaI Channel Model)、SCME(Spatial Channel Model Extension)、KBSM(Kronekcer-based Spatial Model)三种信道模型的系统级和链路级信道建模，给出了建模过程中信道参数的定义、建模中的条件假设、各个信道参数的详细产生方法、信道建模步骤和流程；接着，在理论上分析和推导无线信道的空时相关特性并设计MIMO信道空时相关特性分析模块，对三种所建MIMO信道模型(SCM、SCME、KBSM)分别进行空时相关性理论分析和仿真；最后，系统地总结了本文所做的工作，并针对现有工作的不足和后续的研究工作提出了一些意见和建议。

3.学位论文纪迪MIMO系统的盲均衡算法研究2008

近年来，人们对无线数据和多媒体业务的需求，促进了高速宽带无线通信新技术的发展和应用。MIMO技术通过多天线降低了信道之间的相关性，提高了系统容量，在未来的无线通信系统中有着广阔的前景。随着数据率的提高，信道呈现出频率选择性，信号的一些频率成分将产生深度衰落，影响系统的性能。盲均衡技术能有效地消除码间干扰。盲均衡技术不需要训练序列，仅依据发送信号的统计特性就能对信道特性进行均衡。它是目前数字通信技术领域研究的热点之一，已经广泛应用于数字通信、雷达、地震和图像处理等系统。

本文的研究重点是研究基于MIMO系统的恒模盲均衡算法，并针对恒模算法在MIMO信道中的应用，提出了两种改进算法，即修正抖动符号误差恒模算法和修正归一化恒模算法：

第一，在传统的单输入单输出系统中的抖动符号误差恒模算法的基础上，提出了修正抖动符号误差恒模算法。通过在代价函数中引入不同均衡器输出的互相关项，在一定程度上补偿了信道畸变，抑制了ISI和MUI，接收端能够有效恢复发射天线的发送信息。

第二，针对归一化恒模算法直接应用于MIMO系统时可能出现的不同均衡器的输出锁定相同信号源的one—to—many问题，提出了修正归一化恒模算法。这种算法通过对传统的归一化恒模算法的代价函数进行修正，可以在一定程度上克服one—to—many问题，仿真结果表明了算法的有效性。

4.学位论文郭连城WMAN中的MIMO-OFDM技术的研究2007

随着人们对宽带无线通信需求的不断增加，宽带无线通信正向更高的数据传输速率、更大的覆盖范围、更好的移动性方向发展，这就对通信的容量与质量等方面提出了更高的要求。WMAN(无线城域网)技术的出现正好满足了这些要求。IEEE 802.16是WMAN技术的标准，它支持固定与移动的宽带无线接入，是解决“最后一公里”问题的最佳方案。

近年研究表明，MIMO(多输入多输出)技术能显著增加信道容量，提高频谱效率，同时OFDM(正交频分复用)技术也因其简易的调制解调方式和均衡处理等优势受到广泛地关注。MIMO-OFDM技术的结合，作为下一代无线通信的物理层传输技术之一，能够对抗衰落并适应高信道容量、高比特信息速率等宽带多媒体应用地需求。

在MIMO技术和OFDM技术的相关研究基础上，本文主要研究MIMO-OFDM技术的原理及其在无线城域网中的应用。在文中对MIMO-OFDM系统所涉及到的关键技术：MIMO信道建模、空时编解码、系统同步和信道估计做了详细的研究，并对其中的各种算法进行了仿真分析。此外，本文提出了一种切实可行的用于IEEE 802.16中的空时编码方案，仿真结果表明新方案具备良好的性能。

全文最终搭建了一个完整的MIMO-OFDM系统仿真平台，使用了IEEE802.16工作组推荐的SUI信道模型，并对其中的每一部分都给出了仿真结果和性能分析。

5.学位论文杨全会宽带无线通信MIMO系统中信号分层检测技术的研究2006

多输入多输出(MIMO)技术是未来宽带无线移动通信系统实现高数据速率、提高传输质量的主要技术手段之一。本文对MIMO系统中的空时分层检测技术以及MIMO技术与OFDM的结合进行了研究，主要工作如下：

(1)总结了噪声与信号检测的基本准则，回顾了经典的检测理论。

(2)研究了MIMO信道容量问题，讨论了MIMO系统在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率的问题。

(3)讨论了平衰落信道下BLAST分层检测技术，并将其和几种经典的空时接收方案进行了比较，就误码率性能等问题进行了分析和讨论。总结了BLAST算法的优缺点，并对平衰落信道下的两种改进算法的性能进行了分析。

(4)给出了频率选择性信道的通用模型，对频率选择性衰落信道下的BLAST检测算法进行了研究，并分析了BLAST检测的主要缺陷，即：误码率的扩散问题。

(5)针对频率选择性信道的BLAST检测算法存在的误码率扩散问题，给出了改进算法：BLAST基于迭代对消的改进算法，分别对其进行仿真实验和分析讨论。

(6)对无线宽带技术之一的MIMO技术与OFDM结合的MIMO-OFDM系统中的分层检测技术进行了研究并仿真实验。展示了未来宽带无线通信的前景。

6.学位论文陈柏南宽带无线通信中空时OFDM调制技术的研究2004

文主要研究基于OFDM的IEEE802.11a协议中空时编码技术的应用，重点研究如何通过空时信号处理来提高无线链路在多径衰落环境下的系统性能。