60GHz无线通信系统在PPM调制下的信道容量分析
MIMO系统的信道容量分析
摘要MIMO技术是无线通信技术发展的一次重大飞跃，它能够突破无线频率资源限制，大幅度提高无线通信系统效率，被认为是无线通信技术未来发展的方向。
然而，MIMO技术也彻底打破传统的无线通信模式，它要求系统使用多根发射和接收天线同时地发射和接收数据，使得无线通信系统结构、分析方法、调制、编码、信道估计、检测和多址方式等各个方面面临挑战。
本文在国内外相关研究工作的基础上，针对MIMO信道容量理论进行深入研究。
首先介绍了MIMO的研究现状，包括已取得的进展和存在的问题。
并在移动无线信道特点的基础上，阐述了MIMO信道的特征，建立了数学模型。
然后，仿真了数种典型恒定信道参数系统的容量以及空间相关性对信道容量的影响，进而得出结论：MIMO系统可以有效的提高信道容量, 但是由于天线之间相关性的影响，MIMO系统容量也有所下降。
其次，分析了STBC系统的容量，并将其与全开环MIMO系统的容量进行了比较。
最后重点实现了OFDM技术的仿真，并讨论了MIMO-OFDM系统在频率选择性信道下的容量以及多径和空间相关对其系统容量的影响。
关键词：多输入多输出信道容量空间相关性空时分组码正交频分复用AbstractMultiple-input-multiple-output(MIMO) technology is a significant breakthrough in the development of wireless communication technologies. It can get rid of the constraint of radio frequency resource and greatly increase the spectral efficiency of wireless systems, and thus is considered as the future development trend of wireless communication technologies. However, MIMO technology thoroughly breaks the mode of traditional wireless communications, since it requires multiple transmit and receive antennas to simultaneously transmit and receive data information in the same time, which challenges all the aspects of wireless communications including system architecture, analytical methods, modulation, coding, detection, channel estimation, multiple access, and so on. On the basis current research works, this paper investigates MIMO channel capacity . Firstly, the author introduces the current study of MIMO, include the inprovements which were received and the challenges which are faceing to.Then, it analyses the wireless channels, and expounds the MIMO channel characteristic, and models the MIMO channel . Secondly, it simulates the capacity of several typical invariableness parameter channels and the impact of channel space correlation on the capacity of MIMO system . From the simulation, we can take the conclusion that MIMO system can effictively improve thannel is decreased. Thirdly, it analyzes the capacity of STBC system , then comparises the capacity of MIMO system and STBC.Finally,it is simulated the Orthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM), and discussed that the capacity of MIMO-OFDM system over frequency selective fading channels,then simulated the impe capacity of channel, but due to the impact of channel space correlation, the capacity of chact of multiple paths and channel space correlation on the capacity of MIMO – OFDM system .Key words：MIMO channel capacity correlation STBC OFDM目录摘要 (I)Abstract (II)第1章MIMO系统概述 (1)1.1 无线通信的发展概况 (1)1.2 MIMO系统的发展 (2)1.2.1研究的背景和意义 (2)1.2.2已取得的进展 (4)1.2.3存在的问题 (5)1.3 MIMO技术简介 (7)1.3.1 MIMO 系统的概念 (7)1.3.2 MIMO 系统的特点 (9)第2章无线MIMO空时信道的一般理论 (11)2.1 移动无线信道的衰落特性 (11)2.1.1 无线移动信道传播特性 (11)2.1.2三种经典的衰落分布 (13)2.2 无线MIMO空时信道模型 (14)2.2.1 信道矩阵H的计算 (15)2.2.2 信道模型 (16)第3章 MIMO系统的容量 (18)3.1 引言 (18)3.2 恒参信道条件下的MIMO信道容量分析 (19)3.2.1各种系统的信道容量 (19)3.2.2 信道容量的仿真结果比较 (24)3.3 信道相关对MIMO信道容量的影响 (25)3.3.1 信道相关性的定义 (26)3.3.2 相关信道模型 (27)3.3.3 相关信道下容量的分析 (28)第4章 STBC系统的信道容量分 (30)4.1 STBC概述 (30)4.1.1 空时分组码的研究现状 (30)4.1.2 STBC原理 (30)4.1.3 STBC构造 (31)4.2 STBC的容量分析与仿真 (32)4.2.1 STBC的容量分析 (32)4.2.2 STBC信道容量的仿真与分析 (33)第5章 MIMO-OFDM系统的容量分析 (36)5.1 引言 (36)5.1.1 OFDM 技术 (36)5.1.2 MIMO-OFDM 技术 (39)5.2 MIMO-OFDM系统模型 (41)5.3 MIMO-OFDM各态历经容量分析与仿真 (42)5.3.1 MIMO-OFDM各态历经容量 (42)5.3.2 MIMO-OFDM各态历经容量的仿真与分析 (43)结论 (45)致谢 ......................................... 错误!未定义书签。
60GHz无线通信技术
9.1.2 60GHz无线通信的优势 1.抗干扰能力强和安全性高
氧气对无线信号的吸收在60 GHz达到峰值，传输路径的自由空间损 耗在60 GHz附近频率时约有15 dB/km，并且墙壁等障碍物对毫米波 的衰减很大，这使得60 GHz无线通信在短距离通信的安全性能和抗 干扰性能上存在得天独厚的优势，有利于近距离小范围组网。
9.1 60GHz无线通信技术概况 9.1.1 60GHz无线通信技术的特点
1. 60GHz信号传播特点
60 GHz电磁波属于毫米波范畴，其传播特性和10 GHz以下的无线信号 有明显区别，主要表现为：
（1）路径损耗极大。
电磁波的传播损耗随波长成二次方变化。因此同样传输距离下，60 GHz电磁波比2.4 GHz要多出28 dB的路径损耗。
在各国和地区开放的频谱中大约有5 GHz的重合，这非常利于 开发出世界范围适用的技术和产品。
我国开放的59～64 GHZ频段正好处于这个重合部分中，这一频 段上数吉赫的带宽资源奠定了实现吉比特级传输速率的基础， 免许可特性又使得用户无须负担昂贵的频谱资源允许费用
因此60 GHz通信成为实现超高速室内短距离应用的必然选择， 也是相关学术团体和标准化组织的最新研究热点。
2. 60GHz无线通信技术特点
60 GHz信号传输损耗高、绕射能力差的特点决定了它只适合于进行 短距离视距（LOS）通信，并且需要采用一些相应的技术措施来克服 其不利影响和提升系统性能，例如定向波束成形、多跳中继、空间复 用等。
1）定向发射和接收
为了对抗信号传输过程中面临的高路径损耗和吸收损耗，可以加大发射功率、减小接 收端噪声或者增加收发天线增益，但是实际设备在提高发射功率和抑制噪声方面都受 到了很大的限制，因此一般只能釆用高增益的定向天线来大幅补偿60 GHz信号额外增 加的损耗。
无线方案WiFi 60GHz的工作原理与瓶颈
无线方案WiFi 60GHz 的工作原理与瓶颈现在已经有了新的Wi-Fi 标准，新标准会把网速提升到新的档次。
802.11ad Wi-Fi 的数据吞吐量最高为4600Mbps，比当前的802.11ac 快四倍。
这比标准的千兆以太网和大多数家庭宽带速度要快得多，但所有的Wi- Fi 用户都知道，理论速度和实际速度之间存在很大的差异。
不过，你是跟小编一样想通过Wi-Fi 传输4K 的HDR(高动态范围)影片吗?802.11ad 表示，完全没有压力。
新的标准甚至可能让高端无线虚拟现实头显变得更为实用。
与以前的Wi-Fi 版本一样，802.11ad 是由Wi-Fi 联盟批准的官方标准。
但不同于以往的版本，802.11ad 背后的技术并非来自IEEE(电气和电子工程师协会)。
相反，它是基于WiGig 联盟创建的技术。
该技术在2009 年正式宣布，然后于2011 年与IEEE 合作进入草案阶段，最后在WiGig 联盟与Wi-Fi 联盟在2013 年合并后正式成为官方Wi-Fi 标准。
知道这一点对消费者来说不是很重要，但解释了802.11ad 与之前标准的不同。
新标准的关键是使用了与以前Wi-Fi 标准完全不同的频带。
802.11ad 使用的是60GHz 以上的频带，而非802.11b/g/n/ac 的2.4GHz 或5GHz。
严格来说，技术上，802.11ad 使用的频带在57 和66GHz 之间，这取决于你居住在世界的哪个部分。
60GHz 意味着可以传输更多的数据，但也存在一些缺点。
Wi-Fi 距离演示图最大的问题是，频率越高或波长越短，吸收率就越大。
在真空中这不是问题，但在现实世界中我们却有木地板和砖墙，这样高频波在远距离传输上会遇到困难。
这就是为什么诸如无线电和电视的长波长(即低频)信号可以传输很远的距离，而诸如可见光的短波长信号会被大多数材料吸收。
至于Wi-Fi，它的所有频率都属于微波类别，从30000MHz 到300GHz 之间，波长分别为1 米到1 毫米。
室内60 GHz毫米波无线信道参数及其相关性研究
室内60 GHz毫米波无线信道参数及其相关性研究耿绥燕;刘盛尧;洪伟;赵雄文【摘要】基于典型的室内走廊环境,对60 GHz毫米波通信信道参数及其相关特性进行了研究.在视距和非视距条件下,分析了信道参数包括多径个数、均方根时延扩展、莱斯因子、阴影衰落的特点及其分布模型,研究了信道参数之间的相关特性.结果表明:在视距条件下各参数之间普遍具有较强的相关性,而在非视距条件下只有均方根时延扩展和多径个数之间的相关性较强.利用信道参数的相关特性可从一个参数来预测另一参数,为60 GHz无线通信系统的设计提供有用信息.【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2015(030)004【总页数】6页(P808-813)【关键词】毫米波60 GHz;信道参数分布模型;参数相关特性【作者】耿绥燕;刘盛尧;洪伟;赵雄文【作者单位】华北电力大学电气与电子工程学院,北京102206;毫米波国家重点实验室,江苏南京210096;华北电力大学电气与电子工程学院,北京102206;毫米波国家重点实验室,江苏南京210096;毫米波国家重点实验室,江苏南京210096;华北电力大学电气与电子工程学院,北京102206;毫米波国家重点实验室,江苏南京210096【正文语种】中文【中图分类】TN958.93Key words Mm-wave 60 GHz; channel parameter distribution; parameter correlation prope rties资助项目: 毫米波国家重点实验室开放课题经费(项目编号：K201517)联系人：耿绥燕 E-mail：*****************.cn近年来,随着微波段无线通信频谱资源的紧缺,可提供约7 GHz免许可带宽频谱资源的60 GHz毫米波受到越来越多的关注. 同时,各种高清多媒体和高速率无线通信设备的大量出现,带动了无线局域网(Wireless Local Area Networks,WLAN)和个人局域网(Wireless Personal Area Network,WPAN)的快速发展.爱立信认为,未来五年全球移动宽带用户将会达到固定宽带用户的 5 倍,数据流量会增长 9 倍,这意味着只有高速传输的通信网才可满足消费者多种个性化的需求,而60 GHz毫米波通信被公认为未来无线短距离通信最具潜力的技术之一[1].目前,国际上针对60 GHz频段的标准有ECMA-387, IEEE802.15.3c & Wireless HD以及IEEE 802.11ad (VHT60) & WiGig Alliance.国内对于60 GHz标准的研究也逐渐开展了起来. 2010年3月,无线个域网项目组(PG4)成立,拟定IEEE 802.11ad作为中国标准蓝本,随后与IEEE 802.11工作组形成了正式合作关系. 在2012年9月,成立了IEEE 802.11aj任务组,针对中国毫米波频段制定下一代无线局域网标准,并在2013年2月19日成立了IMT-2020(5G,第五代移动通信系统)推进组,进一步推动了5G技术中60 GHz技术的研究和标准的制定,标准计划于2014年底制定完成 [2].信道实验及参数分析在系统可行性设计研究中是非常重要的.例如,信道小尺度衰落特性中的多径扩散程度决定了接收机的结构、均衡复杂度和通信能力.信道多径数目影响收发天线的方向性和极化方式的选择.而大尺度衰落特性反映视距(Line-of-Sight, LOS)和非视距(Non-LOS, NLOS)通信的传输范围.各种物体、材料等对60 GHz电磁波的吸收、反射、散射程度,都决定了60 GHz室内通信的性能[3].目前国外对于60 GHz毫米波信道的研究比较多,比如文献[4]中,对于毫米波在未来5G移动通信中的应用给出了总结,并通过研究3～300 GHz毫米波传输的路径损耗,多径分量,多普勒特性等常用参数特性设计出了毫米波移动宽带系统等.国内对毫米波信道特性的研究较为有限.本文是文献[5]的后续学习,分析了60 GHz无线信道参数及其分布特性,研究了信道参数之间的相关性能并给出了预测信道参数的模型,为60 GHz无线通信系统的设计提供科学依据.室内60 GHz毫米波无线信道测量环境为一典型的办公室走廊环境[6],见图1.测量中,发射天线(TX)位于60 m走廊的尽头,接收天线(RX)分别沿视距(A-B, 52 m)和非视距(M-N, 25 m)路径移动.众所周知,60 GHz无线通信系统最大的挑战是其路径损耗高,但这可用高增益天线来弥补传播过程中巨大的路径损耗,同时选择不易产生极化电流,避免能量大幅衰减的垂直极化方式,可保证信号的有效传播[7]. 本实验中天线采用的是定向喇叭天线和全向天线,即在TX处使用定向喇叭天线,而在RX端沿LOS和NLOS路径分别采用的是定向天线和全向天线.图2为测试中所用的定向天线,其尺寸分别为A=36.2 mm,B=27.8 mm,C=69.2 mm.定向天线的半功率角在H-平面和E-平面分别为9.1°和9.8°.定向天线的极化方式为垂直极化.60 GHz无线信道测量参数见表1,更具体的实验配置见文献[5].信道参数和模型的研究在无线系统设计中非常重要.比如,描述时间色散特性的均方根时延扩展,会影响无线高速系统的性能.多径个数是评估调制性能和均衡技术的重要参数[8].莱斯因子用于分析无线系统的性能质量.阴影衰落直接影响到无线通信覆盖面和系统的可靠性能评估等.多径个数(Number of Paths, NPs)为功率延迟分布(Power Delay Profile, PDP)在延时域上峰值的个数. 值得一提的是,功率动态范围的选择对多径个数的结果有很大的影响.根据具体的测试脉冲响应,本文在LOS环境下选择30 dB的固定值进行去噪,而在NLOS环境下选择20 dB和15 dB进行去噪[9].均方根时延扩展(RMS Delay Spread, DS)定义为,其中τ为差分时延,为其平均值.时延扩展是由反射及散射传播路径引起的现象,它可以决定信道未均衡之前的最大传输速率,同时也是单载波系统和正交频分复用系统的重要设计参数.莱斯因子(K-factor,K)定义为信道中主信号的功率与多径分量的功率之比,表达式为K(dB)=10 lg(A2/2σ2),其中A为主信号幅度的峰值,2σ2为散射路径的平均功率. 莱斯因子通常用矩量法[10]来估算,本文中的K因子也是用矩量法得到的.阴影衰落(Shadow Fading, SF) 是信道大尺度特性中路径损耗测量值和理论值的分贝差. 正的阴影衰落转换成路径衰减,负的阴影衰落转换成路径增益.测量[5]中表明60 GHz系统的阴影衰落服从对数正态分布, 即SF(dB)=N(0,σ),其中σ为标准差.σ值的大小取决于不同的测试环境与频率,频率越高σ值越大.信道参数比如多径个数,均方根时延扩展,莱斯因子,以及阴影衰落在文献[5]中进行了分析研究,本文对这些参数的分布情况做了更具体的研究.即在LOS和NLOS路径下,运用正态 (normal),对数正态 (log-normal),生存 (logistic)[11]和对数生存(log-logistic)[12]等分布来拟合实验数据.值得一提的是logistic和log-logistic在经济学中是经常用到的分布曲线.当均值和标准差分别为μ和σ时, logistic分布的概率密度函数(pdf)表达为.图3和图4中所示的是在LOS和NLOS测量环境下多径个数、均方根时延扩展、莱斯因子和阴影衰落的测量值及概率密度分布函数.在图3、4中曲线拟合根据最小标准偏差值,,其中xi和分别表示测量值和理论拟合分布所对应的概率.从图3可看出,多径个数,均方根时延扩展,莱斯因子,阴影衰落这些参数在此测试环境的LOS条件下,服从对数正态,对数生存,正态,生存分布;而在NLOS条件下服从生存,对数正态,生存和正态分布.表2给出了在LOS和NLOS路径下的拟合分布参数. 但是,我们需要更多的实验数据来验证以上信道参数的分布情况,为60 GHz无线通信系统设计提供科学依据.研究信道参数相关性的重要性在于可以通过已知量或容易生成的信道参数来预测其它参数.为了研究四个参数之间的相关性,我们首先画出NPs,DS,K和SF分别沿 LOS和NLOS路径的变化情况如图5(a)、5(b)所示.由图可以看出NPs,DS,SF的波峰与波谷总是出现在相同的时间位置,说明它们具有高度的相关性. 而K因子却恰恰相反,这说明K因子与其他参数NPs,DS,SF之间具有负相关性.表3列出了在LOS和NLOS条件下信道参数的相关系数.从中我们可看到在LOS 路径下信道参数的相关系数要普遍高于在NLOS路径下的信道参数.在LOS路径下这四个参数之间的相关系数的绝对值大于0.7(最低的相关系数为DS和SF之间的0.685 9).其中NPs和DS之间的相关系数最高,在LOS和NLOS路径下分别达到了0.928 8和0.895 9.这说明在多径信道中时延扩展决定于多径个数,即多径个数越多时延扩展越大.K因子与其他参数之间的负相关性可以解释如下:K因子是信道中视距功率与其他多径射线功率之比,K因子越大视距功率就越强,而较强的视距功率会抑制其他多径分量,从而导致较小的多径个数、传播时延和阴影衰落.在NLOS路径的情况下,K因子和NPs,DS和SF之间的相关系数较小,分别是-0.358 8,-0.365 1和-0.257 9,这实际上表明了在直射路径消失的情况下K因子的不确定性.文献[5]中认为在非视距的情况下,衍射是一个重要的传播机制,因为通过混凝土或砖墙时传输损耗是非常高的.因此,在设计60 GHz无线系统时建筑物的环境、结构应为重要的考虑因素.信道参数之间存在较强的相关性表明我们可通过建立数学模型来预测信道参数.在视距条件下各信道参数均都具有较高的相关性,而在非视距条件下只有DS和NPs 的相关性较强,而且多径个数可以直接反映多径信道特性,换句话说, 多径个数与其他信道参数的关系可用线性模型描述,即:y=a*x+b,其中x变量代表多径个数NPs,y 变量表示其他信道参数,分别为均方根时延扩展DS,莱斯因子K,以及阴影衰落SF. 信道参数及预测模型见表4.在预测模型中a代表信道参数之间的正、负相关性,例如a为正表示两信道参数存在正相关性,反之存在负相关性.表4中各参数均以dB为单位来计算的,σ参数代表线性回归线的标准偏差,σ值较小表明该预测模型与测量数据具有良好的统一性.表4中给出的参数只适用于文中所述的测量环境,但是对于其他环境也有一定的参考价值.在我们以前的工作[13]中对信道参数在LOS条件下的相关性做了分析说明, 本文进一步研究了信道参数的相关性、在LOS和NLOS不同条件下参数预测模型的特性,为未来60GHz无线系统的设计提供了参考.基于60 GHz室内走廊测试环境,本文分析了在LOS和NLOS条件下信道参数及其分布的特点,研究了信道参数之间的相关系数及相关特性.分析结果表明对数正态,对数生存,正态,和生存分布可用来描述信道多径个数,均方根时延扩展,莱斯因子,以及阴影衰的分布情况.在视距条件下信道参数之间普遍具有较强的相关性,而在非视距条件下只有均方根时延扩展和多径个数相关性较强.莱斯因子与多径个数,均方根时延扩展和阴影衰落存在负相关性.通过建立信道参数预测模型,可由一个已知或容易生成的参数来预测其它参数,为60 GHz无线通信系统的设计提供有用信息.[1] MADHOW U. 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Antenna coupling between electronic information equipment in flat ground situation[J]. Chinese Journ al of Radio Science,2015,30(4):814-819. (in Chinese). doi: 10.13443/j.cjors. 2014090803。
60GHz 毫米波无线通信网络研究
Liu Ke Department of Electronics Informational Engineering
Suzhou Vocational University Suzhou，China
liuke@
Abstract—Wireless communication in the 60GHz millimeter wave (mm-wave) communications is getting increasing attention as a promising candidate for gigabits per second (Gbps) wireless communication networks. Although multi-Gbps throughput is supported and a very large block of unlicensed spectrum is available worldwide in the 60GHz band, some technical challenges exist towards making 60GHz wireless network a reality. In this paper, 60GHz Wireless Channel Characterizations is introduced at first. Following that, some severe technical challenges are discussed ,which include channel fading, directional transmission and message management for high data throughput, and some important technologies in overcoming these challenges are presented. The standardization and recent experimental investigations are reviewed as well in this paper.
60GHz无线通信系统在PPM调制下的信道容量分析
60GHz无线通信系统在PPM调制下的信道容量分析作者：何晓哲张浩来源：《中国新技术新产品》2011年第10期摘要：本文主要研究60GHz无线通信系统在高斯信道下的香农信道容量及在脉冲位置调制(MPPM)下的信道容量。
理论分析与推导得到香农信道容量与传输距离的关系函数，由MPPM调制原理及高斯信道的数学模型推导系统在MPPM调制下信道容量与信噪比、信道容量与通信距离间的函数关系，利用Matlab仿真，得到不同条件下的关系曲线。
研究结果表明，60GHz无线通信系统在高斯信道下的信道容量是通信距离和信噪比的函数，该系统更适合于短距离无线通信。
高进制的PPM调制能够显著的提高系统数据传输速率，当数据率相同时，高进制调制的PPM能够提供的可靠通信距离更远。
关键词：60GHz；信道容量；通信距离；信噪比中图分类号: X73 文献标识码:BOn Capacity of 60 GHz Wireless Communications System with Pulse Position Modulation AbstractThis paper mainly investigates the capacity of 60GHz wireless communications over AWGN channels, including the Shannon capacity and channel capacity with M-ary pulse position modulation (MPPM). Firstly, the function of the relationship between Shannon capacity and transmission distance is derived by theoretical analysis. Using the principle of MPPM and the mathematical model system of AWGN, the relationship between the capacity with PPM and the signal to noise ratio (SNR) could be gotten and the relationship between the capacity and the communication distance could be gotten too. Secondly, the paper simulates the research results using Matlab. The function relationship curves are obtained. The result shows that, the capacity of 60GHz wireless communication over AWGN channels is a function of communication distance and signal to noise ratio and the system is suitable for short distance communication. Whenchoose the high ary PPM, the system data transfer rate will be improved. When the transfer rate is unchanged, the high ary PPM can provide farther reliable communication distance.Keywords: 60GHz; Channel Capacity; Communication Distance; SNR1脉冲位置调制(PPM)PPM是一种改变脉冲时间的调制方式。
《信道容量》课件
本课件介绍信道容量的概念和应用。了解信道容量对于优化通信系统的性能 至关重要。
信道容量概述
信道容量是指在给定的通信系统中，传输最大数据量的能力。了解信道容量有助于优化给定信道系统的 性能。
1 什么是信道容量？
2 在给定条件下，信道能够传 输的最大数据率。
添加高斯白噪声的信道模型
添加高斯白噪声的信道模型是一种常见的实际信道模型，涉及信号传输过程中的噪声干扰。
多径传播信道模型
多径传播信道模型是一种在无线通信中常见的信道模型，涉及信号在多个路径上传输并受 到不同时延和幅度的影响。
信道容量应用
1
无线通信中的信道容量应用
了解信道容量有助于设计更高效的无线通信系统，提供更好的数据传输性能。
未来的研究方向和 发展趋势
未来的研究将集中在如何进 一步提高信道容量，并应对 日渐增长的数据需求。
2
信道编码和解码技术
信道编码和解码技术可以提高信道容量，增强误码纠正能力。
3
多天线系统的信道容量提升
通过使用多天线系统，可以显著提升信道容量，增强传输效率。
总结
信道容量的应用前 景与挑战
信道容量的应用前景广阔， 但也面临着诸多挑战，如有 限的频谱资源和复杂的信道 环境。
信号与噪声的关系
在信道容量计算中，信号与 噪声的比例（S/N）越高，信 道容量越大。
了解信道容量可以帮助优化通信系统，提 高数据传输速率。
3 信道容量的重要性
4 信道容量的计算公式
信道容量的大小决定了信道传输数据的上 限，直接影响通信系统的性能。
信道容量的计算公式是C = B * log2(1 + S/N)，其中B是信道带宽，S/N是信噪比。
频率选择性衰落MIMO信道容量分析
频率选择性衰落MIMO信道容量分析刘辉;张复春;姜斌;李洋【摘要】随着传输速率越来越高,信号所占用的带宽越来越宽,实际信道呈现出频率选择性衰落特性.根据频率选择性衰落信道特性,建立了频率选择性衰落MIMO信道模型,采用频域和时域的方法研究了在频率选择性衰落下,发射端已知和未知信道状态信息的MIMO信道容量,并给出了相关的仿真结果.研究结果表明:在相同发射功率和传输带宽下,MIMO系统可以不牺牲信号带宽而显著提高信道的容量,并且天线数量和输入信噪比的大小对信道容量具有不同的影响.研究结果为如何提高频率选择性衰落环境下MIMO信道容量提供了依据.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2010(050)001【总页数】6页(P15-20)【关键词】MIMO;信道模型;频率选择性衰落;信道容量【作者】刘辉;张复春;姜斌;李洋【作者单位】空军航空大学,航空理论系,长春,130022;空军航空大学,航空理论系,长春,130022;空军航空大学,航空理论系,长春,130022;空军航空大学,航空理论系,长春,130022【正文语种】中文【中图分类】TN921 引言近年来，随着蜂窝移动通信、因特网和多媒体业务的发展，世界范围内对无线通信的容量需求正在迅速增长。
但无线通信可利用的无线频谱资源是有限的，如果频谱的利用率没有得到显著提高，就不可能满足人们对通信容量的需求。
在单天线(SISO)链路系统中，采用先进的编码(例如Turbo码[1]和低密度奇偶校验码[2])可以使系统容量接近香农容量极限。
多天线或多入多出(MIMO)系统在无需增加额外的信号带宽和发射功率的前提下，通过增加发射端和接收端的天线数量，可以进一步显著提高频谱利用率，从而增加无线通信系统的容量[3～5]。
理论上已证明，多天线的信道容量随天线个数的增加而线性增加，极大地提高了信道容量。
该结论是在假定信号的带宽足够窄以及信道的频率响应是准静态平坦衰落下得到的。
第八章 60ghz
（1)可利用的频谱范围宽，数据传输速率高， 60GHz的最高原始数据传输速率达25000Mbps， 而802.11n标准和UWB只能分别实现600Mbps和 480Mbps的传输速度；
（2)天线方向性好，利于空分复用；
（3)元件尺寸小，利于系统集成。
尽管60GHz短距离无线通信技术具有很大优势， 但是其达到商用还面临一些需要克服的问题。 60GHz频段附近由于波长短，氧气吸收损耗大， 信号衰减特性强，其很容易受到周围空间 60GHz频段其他业务的干扰，如无线电定位业 务、卫星地球探测业务等。
各国和地区对60GHz频谱的划分
可以看出，在各国和地区开放的频谱中，大约有5GHz的 重合，这非常有利于开发世界范围内适用的技术和产品
60GHz无线通信技术特点 • ① 定向发射和接收 • ② 多跳中继 • ③ 空间复用 • ④ 单载波调制与OFDM
定向发射和接收首先能显著减小信号 多径时延扩展；
在60GHz物理层技术方案的选择上， 目前有单载波调制和OFDM （ Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技 术，）两大备选技术。可以根据不 同的应用和场景结合使用。
单载波调制实现成本低，可用于速 率在2Gbit/s以下的低端应用。
美国联邦通信委员 FCC(Federal Communication Committee)于 1994 年 10 月 发布公告，将40GHz以上的部分毫米波频谱应 用于商业产品。此后2000年到2006年间，中国、 韩国、澳大利亚等其他国家和地区也相继开放 60GHz附近的频谱资源。尤其引人注意的是， 在欧洲开放的频谱范围达到了 9GHz带宽。随 着60GHz频段频谱资源的开放，工业界和学术 界掀起了对60GHz短距离无线通信技术的研究 热潮。
第四章-无线信道的信道容量
1、香农容量 香农容量定义为可使误码率任意小的最大数据传输速率。 对于给定平均功率限制 P 且接收端已知CSI的衰落信道，香农容量为：
CBlo2g(1)p()d
0
对于相同的平均信噪比，接收端已知CSI时的香农容量要比AWGN信道 容量小，即仅接收端已知CSI时衰落将使容量减小。
8
第四章 无线信道的信道容量
4.2.4 接收两端都已知CSI 发送机
信道
g[i]
n[i]
接收机
wˆ
译码器
w
功率 X[i]
编码器 控制
P[i]
y[i] 信道估计
香农容量
收发两端都已知CSI时的系统模型
允许瞬时的发送功率 P( )随
变化，并受限于平均功率 P
：
P()p()d P
0
将平均功率受限下的衰落信道容量定义为：
中断容量为：
C (P ou ) t B lo2(1 g E 0[1 1/
)p( ]
0)
11
第四章 无线信道的信道容量
4.2.5 接收分集的信道容量
接收分集是无线通信中一项著名的抗衰落技术。它可以降低衰落引起的信道起 伏，使信道接近于AWGN。第七章中详细讨论。
4.2.6 容量对比 在各种情况下，收发端都已知CSI时的信道容量式与只有接收端已知CSI的信道
Cmajx 0Bclo2g(1Pj(Pj)j)p(j)dj
Pj(j): j 0Pj(j)p(j)djP
由得到的与平衰信道情形相同的注水法功控得到信道的容量公式为：
C j 0Bclo2g(0j)p(j)dj
基于正弦曲线高斯脉冲的超宽带系统容量
基于正弦曲线高斯脉冲的超宽带系统容量蔡裕成【摘要】为了得出最优组合正弦曲线高斯脉冲与二阶高斯脉冲的信道容量,在分析高斯白噪声下具有正弦曲线高斯脉冲波形的2PPM-TH-UWB通信系统信道容量的基础上,通过蒙特卡洛仿真方法计算了信道容量.仿真结果表明:相同用户教条件下,使用最优组合正弦曲线高斯脉冲时的信道容量要明显优于二阶高斯脉冲；符号信噪比相同时,最优组合正弦曲线高斯脉冲的信道容量也具有较大的优势.%In order to obtain the channel capacity of optimally-combined sinusoid Gaussian serial pulse and second order Gaussian pulse to conform to the FCC regulations, the channel capacity with respect to sinusoid Gaussian serial pulses of 2PPM-TH-UWB communication systems was calculated with Monte Carlo simulation method under the additive white Gaussian noise (AWGN). The simulation results demonstrate that the optimization of combined pulse is propitious to the improvement of the capacity. This conclusion is helpful for the pulse analysis and selection of UWB systems.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(034)020【总页数】3页(P117-119)【关键词】超宽带;正弦高斯脉冲;信道容量;符号信噪比【作者】蔡裕成【作者单位】厦门海洋职业技术学院信息系,福建厦门 361012【正文语种】中文【中图分类】TN92-340 引言超宽带(UWB)技术作为无线环境下的一种新型的短距离、低功耗、高数据率传输方案而备受人们的广泛关注。
无线通信网格编码
摘要:无线光通信是一种不需要使用线信道为传输媒介的新型通信方式，近些年被越来越多应用于点对点通信中。
将MIMO技术中的空时网格码引入无线光通信中，将其与PPM调制相结合形成无线光STTC系统，最后对该系统的编译码方法进行分析，并对误码率性能进行仿真。
结果表明：将空时网格编码引入无线光通信中能够改善系统的误码率性能，克服大气湍流引起的衰落问题。
关键词:无线光通信空时网格码1概述光学在半导体、电子、通信产业的运用相当广泛，例如光电半导体的LED可用作灯号、照明，光电半导体的CCD、CMOS影像感测器可做数位相机、数位监控，光机电微系统的DMD可做投影机，光电晶体、耦合器用于自动控制等；或者是光储存，如BD蓝光光碟片；或者是光通信，如FTTH光纤到户宽带等。
在社会的不断发展中信息交流变得日趋频繁，因此信息传输容量需求剧增是不可避免的现实，可是目前用到最多的无线电通信出现了频带利用率不足或者不够的现象，已经很大程度上不能满足人类对信息量的需求，所以具有容量大、速率高的无线光通信技术是下一代通信技术的必然趋势。
从二十世纪六十年代起，人们便开始对空间探索，但信息交换对电磁波的依赖与日俱增，然而随着无线电波频谱的逐渐拥挤以及信息数据传输量的日益增加，通信问题不断发生，于是科学家们将目光投向了以广播为基础的通信技术。
无线光通信技术，是利用激光作为信息的载体，直接在空间进行信号传输的一种通信方式，它是一种有别于有线（光纤）光通信的通信方式，可以在广泛的空间建立通信链路，根据其不同的通信传输信道可分为星际激光通信、大气激光通信和水下激光通信三大类。
光的有线传输已使用很多，但无线传输却很少运用，特别是终端消费性领域，几乎都停留在IR红外线遥控器阶段。
这几年开始有人提倡可见光的无线通信VLC，预计未来数年将有新发展。
当通信链路位于大气层之外的自由空间时，激光通信被称为自由空间光通信（free space optical communica-tion，FSO），又称为无线光通信(Wireless Optical Com-munication)，它是利用光束作为载波在空间（陆地或外太空）直接进行语音、数据、图像信息双向传送的一种技术。
物联网通信技术--60GHz
NEC公司元件平台研究所主任研究员丸桥建一表 示：“要实现数Gbps以上速率的唯一方法就是利 用毫米波。” 。
3.8.1 60GHz通技术概述
2000年以来，欧、美、日等众多国家相继在 60GHz附近划分出5G~7GHz的免许可连续频谱， 丰富的带宽资源奠定了实现2Gbps超高速无线传 输的基础，而且60GHz频段无需许可即可使用， 这使得用户无需负担昂贵的频谱资源允许费用， 因此60GHz无线通信炙手可热，成为近距离无线 通信领域的研究热点。
3.8.2 60GHz通信技术原理
① 定向发射和接收
定向发射和接收首先能显著减小信号多径时延扩 展； 其次，定向发射意味着干扰区域的减小，同时毫 米波的高衰减特性也缩短了信号的干扰距离，不 同链路之间的干扰大为降低。
3.8.2 60GHz通信技术原理
② 多跳中继
为了扩大60GHz网络覆盖范围并保持足够高的强 健性，可以借助中继利用协同或多跳等方式来进 行组网。 有实验表明4跳60GHz系统已可实现与WLAN相 同的覆盖范围，并保持每秒数吉比特的超高速率。
3.8.3 60GHz通信技术标准化现状
WirelessHD芯片
3.8.3 60GHz通信技术标准化现状
WiGig 1.0无线标准核心内容： 1）支持高达7Gbps的数据传输速率，比802.11n 的最高传输速率快十倍以上。 2）作为802.11介质访问控制层（MAC）的补充 和延伸，并兼容IEEE 802.11标准。 3）物理层同时满足了WiGig设备对低功耗和高稳 定的要求，可确保设备互操作性和以千兆以上速 率通信的要求。 4）协议适应层目前正在开发当中，以支持特定 的系统接口，如PC外围设备的系统总线、HDTV 的显示接口以及显示器和投影仪等。
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摘 要： 本文 主要 研 究 ６Ｇ ｚ 线通 信 系统在 高斯 信道 下 的香农 信 道容 量及在 脉 冲位 置调 制（ Ｐ Ｍ） ０Ｈ 无 Ｍ Ｐ 下的信 道 容量 。理 论 分析 与推 导得 到香 农信 道 容量 与传 输距 离的关 系 函数 ， Ｍ Ｐ 调 制原 理及 高斯 信道 的数 学模 型推 导 系统在 Ｍ Ｐ 调制 下 信道 容 量与 信噪 由 ＰＭ ＰＭ 比 、 道 容量 与通 信距 离间的 函数 关 系 ， 用 Ｍ ｔｂ 真 ， 到 不 同条件 下 的关 系曲线。研 究结果表 明，０ Ｈ 无 线通信 系统在 高斯 信 利 ａａ仿 ｌ 得 ６Ｇ ｚ 信道 下 的信道 容 量是 通信 距 离和信 噪 比的 函数 ， 系统更 适合 于短 距 离无 线通信 。 高进制 的 Ｐ Ｍ调 制 能够 显著 的提 高 系统 数据 传 该 Ｐ 输速 率 ， 据 率相 同 时， 当数 高进 制调 制 的 Ｐ Ｍ 能够提 供 的 可靠通 信距 离更远 。 Ｐ
ｃ ａ ｎ ｌ ａ ａ ｉ ｉ ａｙ ｐ ｌ ｏ ｉ ｏ ｄ ｌｔ ｎ ｆ Ｐ ． ｉ ｔ ， ｈ ｕ ｅｉｎ ｏ ｅ ｒ ｌｔ ｎ ｈｐ ｂ ｔ ｅ ｎ Ｓ ａ ｎ ｎ ｃ ｐ ｃｔ ｎ ｒ ｎ ｍｉｓ ｎ ｈ ｎ ｅ ｐ ｃｔ ｗ ｔ Ｍ－ ｒ ｕｓ ｐ ｓｔ ｎ ｍｏ ｕａｉ ＭＰ Ｆ ｒ ｌ ｔ ｅ ｆ ｎ ｔ ｆｔ ｅａｉ ｓ ｉ ｅｗ ｅ ｈ ｎ ｏ ａ ａ ｉ ａ ｄ ｔ ｓ ｓｉ ｃ ｙ ｈ ｅ ｉ ｏ ｓｙ ｏ ｈ ｏ ｙ ａ ｏ
信 息 技 术
Ｃｉ ｗ ｅｎｏｅａ ｏ ｃ ｈａ ｅ Ｔ ｈ ｌｉ ｄｒｕｓ ｎＮ ｃ ｏｇｓｎＰ ｄ— —ｔ — —
６Ｇ ｚ ０ Ｈ 无线通信系统在 Ｐ Ｍ调制下的 Ｐ 信道 容量 分析
何 晓 哲 ，张 浩
．
（ 中国海洋大学信息科 学与工程学院 ， 山东省青 岛市崂 山区松 岭路 ２ ８号 ２ ６ ０ ） ３ ６ ０ １
ｔａ ｓｅ ａｅ ｉ ｎ ｈ ｇ ｄ ｈ ｉｈ ａ ｙ ＰＰ ｃ ｎ ｐ ｏ ｉ ａｔ ｅ ｅｉｂｌ ｏ ｒ ｎ ｆｒｒ ｔ ｓｕ ｃ ａ ｅ ，ｔ ｅ ｈｇ ｒ Ｍ ａ ｒｖｄｅｆｒｈ ｒ ｒｌａ ｅ ｃ ｍｍｕｎｃ ｔｏ ｓａ ｃ ． ｎ ｉａｉｎ ｄｉｔｎ ｅ Ｋｅ ｗｏ ｄ ：６ ＧＨｚ ｙ ｒｓ ０ ；Ｃｈ ｎ ｅ ｐａ ｉｙ Ｃｏ ａ ｎ ｌＣａ ｃｔ； ｍｍｕ ｉ ａｉｎ Ｄｉｔｎ ｅ ＮＲ ， ｎ ｃ ｔｏ ｓａ ｃ ；Ｓ