大規(guī)模MIMO信道建模及傳播特性研究.pdf

1、隨著人們對于無線通信業(yè)務(wù)需求的日益增強(qiáng)，大規(guī)模多輸入多輸出(MIMO，Multiple InputMultiple Output)技術(shù)作為MIMO技術(shù)的增強(qiáng)版得到了越來越廣泛的關(guān)注。在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，基站端一般配置幾十或幾百根天線，在同一時頻資源上同時服務(wù)多個終端用戶。大規(guī)模MIMO技術(shù)可以充分利用空間自由度，顯著地提升頻譜效率和數(shù)據(jù)鏈路的可靠性。本文針對大規(guī)模MIMO信道的傳播特性，研究大規(guī)模MIMO信道模型。
　　首先，

2、本文考慮二維場景下寬帶大規(guī)模MIMO信道建模問題。相比于傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)，大規(guī)模MIMO不僅在系統(tǒng)性能上有顯著提高，而且信道傳播特性也有顯著區(qū)別。大規(guī)模陣列的使用，使得瑞利距離變大，從而出現(xiàn)近場效應(yīng)。在近場效應(yīng)作用下，大規(guī)模陣列上各天線的信號到達(dá)角出現(xiàn)偏移，平面波假設(shè)不再成立，同時由于散射體可視性的變化，天線陣列上出現(xiàn)了明顯的大尺度衰落;用戶間相關(guān)性也隨著天線數(shù)的增大而降低，使得信道更加接近于最佳傳播條件?；谏鲜龃笠?guī)模MIMO信道的傳

3、播特性，本文提出了一種寬帶大規(guī)模MIMO多環(huán)信道模型。將傳統(tǒng)單環(huán)信道模型中的散射體簇分布，拓展為路徑時延相關(guān)的多環(huán)幾何分布，并利用生滅過程，在陣列和時間兩個維度建模信道的非平穩(wěn)性。同時針對近場效應(yīng)的情況，不再考慮傳統(tǒng)MIMO信道模型中的平面波傳播方式，而是利用球面波傳播方式建模，以體現(xiàn)到達(dá)角偏移和更低的空間相關(guān)性等特性。仿真結(jié)果表明，本文所提出的寬帶大規(guī)模MIMO多環(huán)信道模型，較好的體現(xiàn)了大規(guī)模MIMO信道的傳播特性。
　　然后，

4、本文考慮三維場景下寬帶大規(guī)模MIMO信道建模問題。在城市站址資源日趨緊張且空間嚴(yán)格受限的情況下，尺寸巨大的ULA陣列在實際系統(tǒng)中很難部署，而陣列尺寸較為緊湊的多維陣列天線則顯得更為實際。因此，基于二維寬帶大規(guī)模MIMO多環(huán)信道模型，本文進(jìn)一步提出了寬帶大規(guī)模3D MIMO多球面信道模型。在多球面信道模型中，以UCA陣和UPA陣基本陣列形式，考慮不同的天線極化方式和增益圖;以瑞利建模準(zhǔn)則，確定是否進(jìn)行散射體簇的演進(jìn)過程和是否利用球面波建模

5、。信道模型產(chǎn)生的具體過程包括通用參數(shù)的產(chǎn)生、小尺度參數(shù)的產(chǎn)生和信道因子的計算三大部分?；谏鲜龆嗲蛎嫘诺滥Ｐ停疚慕o出了在三種典型傳播條件下的大規(guī)模MIMO信道特性。仿真結(jié)果表明，在用戶緊密分布且存在直達(dá)徑場景中，兩種陣列形式下的可達(dá)速率性能都較差;而用戶緊密分布且不存在直達(dá)徑和用戶分散分布且存在直達(dá)徑場景下，可達(dá)速率性能有明顯提高?？v觀三種場景，ULA陣的奇異值擴(kuò)展和可達(dá)速率性能都高于UCA陣，在用戶分散較開時，UCA陣表現(xiàn)出了良好的