MIMO系统天线单元研究

东南大学硕士学位论文MIMO系统天线单元研究姓名：周翔申请学位级别：硕士专业：电磁场与微波技术指导教师：朱晓维;华光20040801MIMO系统天线单元研究作者：周翔学位授予单位：东南大学相似文献(10条)1.学位论文刘晓阳移动通信中多输入多输出技术的研究2008由于无线Internet及移动多媒体数据业务的应用越来越广泛，需要传输的数据量大大增加。而无线频谱资源非常有限，传统的单天线通信技术远远不能满足需要。利用多天线的空间资源被认为是一个具有很大潜力的待开发资源。在移动通信系统中，MIMO系统利用多个天线进行发送和接收信号能够增加信道容量，并且在使用相同的总功率和带宽的条件下与SISO系统相比它有着极高的频谱利用率。理想条件下，MIMO系统容量随天线数目线性增加。目前，MIMO技术已成为第三代及未来移动通信系统实现高数据速率、高传输质量、高系统容量的关键技术之一。MIMO技术可以应用于实际系统的关键因素是其检测算法性能的好坏和运算复杂度的高低。寻找高性能低复杂度的检测算法一直是MIMO领域的重要研究方向。分层空时码技术利用多个发送天线和多个接收天线并行地传输多个信息流，能够充分利用多天线系统的容量而满足用户对高数据速率的要求。空时分组码利用多天线所带来的冗余进而提高数据传输的可靠性。本课题的研究重点是3GPP标准增强型中的分层空时结构(BLAST)以及空时分组码性能。在平坦衰落环境中，MIMO系统的检测技术主要包括两类：最优及次最优方案。最大似然检测是最优的检测方法，但是在实际应用尤其在高阶调制和多天线系统中它的复杂度极高。因此，近似最大似然误码率性能但是复杂度比它低的检测方案成为研究热点，比如：球形译码和次最优检测方法。本课题首先研究了最大似然检测及球形译码，接着从迫零(ZF)检测和最小均方(MMSE)检测出发，研究了串行干扰消除检测(SIC)，最后将仿真得到的性能加以对比及分析。论文全文共分三部分。第一部分简要介绍了MIMO系统的研究概况。第二部分详细介绍了分层空时结构(BLAST)，并对检测算法(ZF/MMSE/串行干扰消除)作了分析和仿真。最后，对MIMO系统中的球形译码算法进行了研究。本文提出了一些改进的方法，所提方法为Schnorr-Euchner搜索策略和Best-First的检测方法重排接收信号以减少搜索过程的计算复杂度，而以接收信号到最小均方误差(MMSE)估计值的距离作为初始半径，可以避免“空球”现象。所提算法在低信噪比时能显著降低计算复杂度。2.学位论文卜庆凯多天线无线高速通信系统中多输入多输出（MIMO）链路空时编码（STC）技术研究2005目前，针对空时编码的研究主要侧重于两个方面：其一，优化空时编码解码算法本身，如减少运算的复杂度，或者设计一种新的编码矩阵和算法；其二是将空时编码和其他技术的结合，形成各种高速无线通信传输方案，典型的是将空时编码与调制技术和信道编码结合提出各种比较优的方案。　　本论文首先介绍了目前世界和中国的移动通信技术的发展情况，并分析了在第三代和第四代移动通信中纳入标准并且使用的MIMO系统和空时编码技术。本文针对空时编码中的空时分组码率先研究了在两个发射天线和一个和两个接收天线的情况下，空时分组码结合PSK和QAM的各种传输方案，蒙特卡罗仿真结果表明这两种方案都较Amoulti提出的BPSK/QPSK+STBC传输方案有较好的性能。文章最后介绍了空时编码的发展前景：酉空时码。这种码与空时格码、空时分组码和分层空时码最大的不同之处在于它们的解码不需要信道状态信息(CSI)。3.期刊论文何丽华.HeLi-hua第四代移动通信中MIMO-OFDM技术研究-山西电子技术2008(3)介绍了第四代移动通信中的正交频分复用技术(OFDM)、多输入多输出系统(MIMO)技术的原理和OFDM-MIMO技术的原理及关键技术.OFDM-MIMO技术将成为下一代移动通信核心技术的解决方案.4.学位论文乔喜梅多输入多输出多载波CDMA系统性能比较研究2007CDMA技术、多载波调制技术和MIMO技术是第四代移动通信系统中的几项关键技术，三者的结合能很大程度的提升系统性能，适合未来移动通信的需求。因而论文主要针对不同MIMO技术应用于多载波CDMA系统的上行链路的性能作了较全面的仿真分析。在实验室已有成果的基础上，论文首先讨论了阵列天线MC-CDMA、MC-DS-CDMA、MT-CDMA系统的发射机和接收机结构，仿真比较了三个系统在频谱效率一定情况下的误码率性能。结果表明，由于频率分集和空间分集的联合影响，MC-CDMA性能最优。接着，论文讨论了垂直空时分层MC-CDMA、MC-DS-CDMA、MT-CDMA上行链路的发射机和线性迫零接收机结构，仿真比较了三个系统在频谱效率一定情况下的误码率性能。结果表明，由于受多径环境的影响，MT-CDMA系统所能容纳的用户数明显大于其它两个系统。最后，论文讨论了空时分组码MC-CDMA系统和垂直空时分层MC-CDMA系统，仿真比较了频谱效率一定情况下不同空时分组码与V-BLAST的误码率性能。同时，鉴于自适应调制对系统性能的影响，针对这两个系统，论文仿真了在一定的信道条件下，自适应调制方式随用户数变化的情况。结果表明，在四类调制方式中，BPSK的性能最好，具有最强的鲁棒性，在一定的信道质量条件下，可以容纳的用户数目最多；随着调制阶数的增高，频谱效率随之增加，就需要有更好的信道条件来满足传输质量的需求。5.学位论文姚冰心无线通信系统中的多输入多输出技术研究2009随着人们对无线通信业务的需求的不断提高，尚未普及的3G移动通信系统已经无法满足用户的需求。因此，越来越多的人开始将注意力集中到下一代的（Beyond3G或4G）移动通信技术的研究上。更高的数据传输速率、更大的系统容量和更好的通信质量是新一代移动通信技术需要解决的关键问题。以多输入多输出（MIMO）为代表的，以信号处理为基础的多天线技术是目前公认的实现上述目标的最佳选择。基于信号处理的多天线技术是无线通信系统近期的一个研究热点。单用户多输入多输出技术是无线通信领域的一个重大突破。随着对多输入多输出信道的信道容量的深入研究，出现了越来越多的基于非相关性天线阵列的多输入多输出系统。相关技术的研究工作也突破了原有的点对点的框架，开始向多用户虚拟多输入多输出的方向发展。本文针对这一领域的相关问题进行了研究。首先总结了接收分集、发射分集、单用户MIMO（SU-MIMO）、多用户MIMO（MU-MIMO）的信道容量方面的最新研究成果。通过对比这些容量，说明了各种多输入多输出系统的特点。然后，分别对基于空间分集的SU－MIMO系统、基于空分复用的SU-MIMO系统、复用与分集折中的SU-MIMO系统、下行多用户MIMO系统、虚拟MIMO系统和协作MIMO系统进行了研究和总结。在此基础上，重点研究了多用户多输入多输出系统中的相关技术，包括多用户调度技术和空分多址技术。论文的主要贡献包括以下几个方面：本文分析了MU-MIMO系统中的多用户调度问题的特殊性，提出了一种信道质量和正交性分离的多用户调度框架。采用这种调度方式可以将多用户调度（MS）的过程分解为两个独立的过程：基于信道质量的用户选择（US）过程和基于用户间正交性的分组调度（GS）过程。在用户选择阶段，系统根据用户的信道质量状况以及它们的服务质量需求，选择出待服务的激活用户集合；然后在分组调度阶段，根据用户间的正交性关系将待服务的激活用户分成若干个最优的用户组合。采用这种多用户调度方式，不需要所有的用户都反馈完整的信道状态信息，减少了反馈链路的开销，可以明显降低调度系统的复杂度，并且有利于继承单天线系统和SU-MIMO系统中的多用户调度问题的一些研究成果。在研究了多用户选择算法的基础上，针对MU-MIMO系统的分组调度（GS）过程，提出了一种低复杂度的分组调度算法。该分组调度算法的基础是一种基于用户的方向向量的价值因子。计算机仿真结果显示该价值因子在统计意义上和分组容量具有一致性。本文给出了两种不同的分组调度策略，通过使用该价值因子，避免了在调度过程中反复计算信道容量，将分组调度算法的乘法运算量降低到了激活用户数量的平方倍。这两种分组调度算法和具体的多用户预处理方法无关，可以和多种预处理方法共同使用。通过计算机仿真，验证和分析了算法的性能。仿真结果显示，对于一个4天线的基站，当系统中有40个激活用户和10个可用时隙时，通过分组调度，可以将迫零预处理后的系统平均容量提高4bits/Hz以上。在研究了多用户系统的空分多址技术的基础上，针对多用户MIMO系统的下行链路，提出了一种基于子空间分解的预处理方法。通过对信道矩阵进行奇异值分解，得到了一个特殊子空间的一组基矩阵。分析信道反转（CI）方法和规则化反转（RCI）方法后，可以发现，这两种方法所采用的预编码矩阵均是这些基矩阵的加权和。基于最大平均信道容量准则，本文在发射功率约束条件下给出了这个子空间上的最佳预编码矩阵的优化方法。计算机仿真结果显示，本文提出的方法相对于CI和RCI算法，有效提升了系统的平均信道容量和中断容量，并且能够更好的处理远近效应问题。在研究了迫零算法性能退化的根源后，本文提出了一种基于干扰图样的预编码矩阵的生成方法（PBIF）。该方法可以将下行多用户MIMO信道分解为多个带有特定的多用户间干扰的单用户信道。通过在编码过程中增加可以控制的多用户干扰，提高了每个用户的预编码向量的生成空间的维数。本文给出了一种特殊的干扰图样以及相应的显式参数优化方法。通过计算机仿真，在4天线场景下，分析了该预编码器的性能。结果显示，相对于线性迫零类算法，本文提出的预编码方法可以有效的提高系统的可靠性。在中断概率等于0．1时，相对于块对角化方法，基于随机用户顺序的PBIF方法将损耗信道容量提高了47％，而基于最佳用户顺序的PBIF方法则将损耗信道容量提高了106％。6.期刊论文蒋泽.付钰.JIANGZe.FUYu基于多天线的微蜂窝微波移动通信信道建模研究-微波学报2008,24(1)城市微蜂窝移动通信电波传播环境相当复杂,因此建立这种无线传播信道的有效模型无论对理论分析、系统优化设计以及网络工程规划来说都是非常重要的.特别是针对未来陆地蜂窝移动通信系统基于智能天线应用的规范标准要求尤其如此.为此从多径色散信道的特性分析出发,采用电磁散射理论建立了基于多天线的微蜂窝多输入多输出物理信道模型,对刻画信道特性的一些重要性能参数,如空间相关性、容量和时间演化等进行了研究和仿真分析.与有关文献结果的比较表明了所建立的微蜂窝移动通信信道模型的有效性.7.学位论文张奇多输入多输出（MIMO）编码技术研究2005继第三代移动通信系统的成功开发，新一代无线通信系统（B3G）的研究已经成为新的热点。多输入和多输出（MIMO）天线系统通过空间分集可以减弱多径衰落的影响，提高数据传输率和频谱利用率，必将被B3G无线通信系统所广泛采用。本文主要研究多输入多输出通信系统的基本原理和它所使用的编码方案，为后续的项目研究工作打下理论基础。首先，分析了多输入多输出系统的信道容量。多输入多输出系统的最大容量和容量上限随发射端和接收端的最小天线数的增加而线性增加，与单输入单输出系统和一些其它的智能天线系统相比，具有明显的优势。其次，对空时分组编码、空时格形码，分层空时编码等几种基本的空时编码和Turbo编码进行了研究比较。第三，研究了以Alamouti为代表的空时分组编码算法,对其在瑞利衰落信道中的性能进行了仿真分析。通过对其的研究进一步详细探讨了多输入多输出天线系统的空时编码算法的原理，以及发射分集和接收分集对提高系统性能的贡献，证明了发射分集增益和接收分集增益的等效性；第四，研究了Turbo码和BLAST编码。对Turbo码编码器、译码器和Turbo码的各组成部分进行了详细的分析，建立了Turbo码和BLAST码联合编码模型，通过采用迭代解码算法来改善BLAST编码的性能。并以2×2的系统为例对其在瑞利衰落信道中的性能进行了仿真分析，通过仿真