国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

MIMO系統(tǒng)和無線信道容量研究

2014-07-29 01:47余來妹
中國新通信 2014年4期
關鍵詞:信道容量無線通信

余來妹

【摘要】 近年來,多輸入多輸出(MIMO:multiple input multiple output)系統(tǒng)已成為無線通信的研究熱點,使用多根天線能極大地提高頻譜效率和系統(tǒng)容量,系統(tǒng)容量伴隨著收發(fā)天線的較小者呈線性增長的趨勢。本文首先描述了MIMO系統(tǒng)的模型,然后對MIMO系統(tǒng)的信道模型種類進行討論,最后分析MIMO系統(tǒng)信道容量,充分證明了MIMO系統(tǒng)的優(yōu)越性。

【關鍵詞】 MIMO 無線通信 信道容量

多入多出(MIMO)技術是在通信系統(tǒng)收發(fā)的兩端放多根天線的一種通信技術,成為近年來無線通信領域理論研究的一個重大的突破。該項技術能在不增加發(fā)射功率和系統(tǒng)帶寬的前提下大大地改善系統(tǒng)的性能、增加系統(tǒng)的容量、提高系統(tǒng)頻帶利用率,成為了新一代多數據類型、高數據率無線通信系統(tǒng)的關鍵技術。

一、MIMO系統(tǒng)模型

MIMO系統(tǒng)是在天線空時處理技術和分集技術的基礎上發(fā)展起來的,是發(fā)射端和接收端都使用天線陣列或多天線的通信系統(tǒng)。MIMO系統(tǒng)的結構如圖1所示。在發(fā)射端,對信號進行空時編碼,然后從多個天線通道使用同一頻段發(fā)射出去,經過無線信道的散射傳播,經過不同的路徑到達接收端,在接收端使用多個天線通道接收,然后進行空時譯碼。

二、MIMO系統(tǒng)的信道模型種類

通??梢詫⑿诺澜7椒ǚ殖蓛纱箢悾謩e是分析模型和物理模型。分析模型是在一定的天線和系統(tǒng)參數下,同時參考了天線的配置和物理電磁波的傳播特性來說明收發(fā)天線之間的信道沖激響應。在這種模型之下,信道的系數在時間和空間上是相關的隨機過程,然而這種相關性是通過計算來定義的。而物理模型主要用來描述收發(fā)天線之間電磁波的雙向多徑傳播特性。因為物理信道模型是和特定地理位置密切相關的,所以可以準確地描述電磁波的多徑分量、復振幅,到達角和離開角。同時物理模型獨立于天線的系統(tǒng)帶寬和具體的配置。

2.1 分析模型

分析模型主要通過數學分析的方法來描述收發(fā)天線間的信道沖激響應特性,而無需明確的電磁波傳播的特性。單個沖激響應只包括一個MIMO信道矩陣,該方法的優(yōu)勢在于引入了信道矩陣,便于算法驗證以及算法研究。分析模型還可以細分為:基于相關法的模型和傳播驅動模型。基于相關法的模型特征為MIMO信道矩陣在統(tǒng)計上具有相關性,常用的基于相關法的信道模型有Weichselberger模型、獨立同分布i.i.d模型和Kronecker模型。傳播驅動模型則是通過傳播的參數獲得信道矩陣的,其中包括虛擬信道實現(xiàn)模型、有限散射體模型和最大熵模型。

2.2 物理模型

物理模型主要基于實際環(huán)境的測量而建立起來的信道模型。其需要獲取詳細的信道環(huán)境信息,例如自然界的物體和建筑物的精確分布、位置和大小等等。物理模型實現(xiàn)的方法主要有非幾何的隨機信道模型、確定性的信道模型和基于幾何的隨機信道模型。非幾何的隨機模型根據統(tǒng)計參數描述了電磁波從發(fā)射端至接收端的傳播路徑,而不用考慮幾何的物理環(huán)境。確定性的模型基本思想則是若詳細的傳播環(huán)境的信息可以獲取,這樣的話,無線傳播就可以看作一個確定的過程;它能確定空間任何一點的各種空時特性。這類的信道模型主要用于小區(qū)的規(guī)劃?;趲缀坞S機模型是根據散射體的具體位置而決定的,然而散射體具體的位置是由特定的概率分布函數隨機產生的。

三、MIMO系統(tǒng)信道容量

3.1 信道容量的定義和含義

3.2 MlM0信道容量的一般性推導

根據信道統(tǒng)計特性,通??蓪⑷萘拷y(tǒng)計特性分為中斷容量和遍歷容量。

3.2.1 中斷容量

3.2.2 遍歷容量

四、MIMO應用及其前景

因為對MIMO所做的研究日益成熟,最近的許多研究成果表示MIMO技術具有較大的優(yōu)勢,在3GPP和ITU 論壇中已經開始對MIMO進行標準化。將幾種技術和MIMO相結合,可進一步地改進系統(tǒng)的頻譜效率、通過量和性能,這激發(fā)了人們極大的興趣。

到目前看來,對于蜂窩系統(tǒng),仍然沒有在商用的系統(tǒng)中采,用MIM0技術,除了MISO發(fā)分集(較為簡單)外,正在部署中的商用系統(tǒng)也沒有。Lucent貝爾實驗室在2002年12月研發(fā)成功了BIAST芯片,Iospan Wireless發(fā)明出了應用于固定的無線接入的Airburst系統(tǒng)。

對于3GPP,基于鏈路層的模擬,結合擴頻碼和VBLAST再用,已經擁有了一些MIMO技術方面的成果。吞吐量增益(MIMO所提供)是在理想的情況下所獲得的,并且對于信道的條件很敏感。MIMO增益的代價就是增加手機和基站的接收機的復雜度,不同因素,例如錯誤的高多普勒頻移、信道估計,天線的相關性等,都會對理想的系統(tǒng)性能造成影響。

五、總結

MIMO系統(tǒng)借助空間維度和散射環(huán)境,建立了多個并行的空間信道,在不需要增加發(fā)射功率和系統(tǒng)帶寬的情況下,利用無線信道多徑傳播,獲取分集增益與復用增益,從而明顯地提高無線鏈路的質量和容量。MIMO作為新一代的寬帶無線通信系統(tǒng)的框架技術,是實現(xiàn)充分地利用空間資源來提高頻譜利用率的一個必經途徑,具有巨大的發(fā)展前景。

參 考 文 獻

[1] 樊昌信等. 通信原理. 北京:國防工業(yè)出版社,1995,56-60

[2] 康桂華. 無線MIMO信道的模型容量估計和實現(xiàn)算法研究:[學位論文]. 杭州:浙江大學,2004

[3] 羅濤等. 多天線無線通信原理與應用. 北京:北京郵電大學出版社,2005,129-136endprint

【摘要】 近年來,多輸入多輸出(MIMO:multiple input multiple output)系統(tǒng)已成為無線通信的研究熱點,使用多根天線能極大地提高頻譜效率和系統(tǒng)容量,系統(tǒng)容量伴隨著收發(fā)天線的較小者呈線性增長的趨勢。本文首先描述了MIMO系統(tǒng)的模型,然后對MIMO系統(tǒng)的信道模型種類進行討論,最后分析MIMO系統(tǒng)信道容量,充分證明了MIMO系統(tǒng)的優(yōu)越性。

【關鍵詞】 MIMO 無線通信 信道容量

多入多出(MIMO)技術是在通信系統(tǒng)收發(fā)的兩端放多根天線的一種通信技術,成為近年來無線通信領域理論研究的一個重大的突破。該項技術能在不增加發(fā)射功率和系統(tǒng)帶寬的前提下大大地改善系統(tǒng)的性能、增加系統(tǒng)的容量、提高系統(tǒng)頻帶利用率,成為了新一代多數據類型、高數據率無線通信系統(tǒng)的關鍵技術。

一、MIMO系統(tǒng)模型

MIMO系統(tǒng)是在天線空時處理技術和分集技術的基礎上發(fā)展起來的,是發(fā)射端和接收端都使用天線陣列或多天線的通信系統(tǒng)。MIMO系統(tǒng)的結構如圖1所示。在發(fā)射端,對信號進行空時編碼,然后從多個天線通道使用同一頻段發(fā)射出去,經過無線信道的散射傳播,經過不同的路徑到達接收端,在接收端使用多個天線通道接收,然后進行空時譯碼。

二、MIMO系統(tǒng)的信道模型種類

通??梢詫⑿诺澜7椒ǚ殖蓛纱箢悾謩e是分析模型和物理模型。分析模型是在一定的天線和系統(tǒng)參數下,同時參考了天線的配置和物理電磁波的傳播特性來說明收發(fā)天線之間的信道沖激響應。在這種模型之下,信道的系數在時間和空間上是相關的隨機過程,然而這種相關性是通過計算來定義的。而物理模型主要用來描述收發(fā)天線之間電磁波的雙向多徑傳播特性。因為物理信道模型是和特定地理位置密切相關的,所以可以準確地描述電磁波的多徑分量、復振幅,到達角和離開角。同時物理模型獨立于天線的系統(tǒng)帶寬和具體的配置。

2.1 分析模型

分析模型主要通過數學分析的方法來描述收發(fā)天線間的信道沖激響應特性,而無需明確的電磁波傳播的特性。單個沖激響應只包括一個MIMO信道矩陣,該方法的優(yōu)勢在于引入了信道矩陣,便于算法驗證以及算法研究。分析模型還可以細分為:基于相關法的模型和傳播驅動模型。基于相關法的模型特征為MIMO信道矩陣在統(tǒng)計上具有相關性,常用的基于相關法的信道模型有Weichselberger模型、獨立同分布i.i.d模型和Kronecker模型。傳播驅動模型則是通過傳播的參數獲得信道矩陣的,其中包括虛擬信道實現(xiàn)模型、有限散射體模型和最大熵模型。

2.2 物理模型

物理模型主要基于實際環(huán)境的測量而建立起來的信道模型。其需要獲取詳細的信道環(huán)境信息,例如自然界的物體和建筑物的精確分布、位置和大小等等。物理模型實現(xiàn)的方法主要有非幾何的隨機信道模型、確定性的信道模型和基于幾何的隨機信道模型。非幾何的隨機模型根據統(tǒng)計參數描述了電磁波從發(fā)射端至接收端的傳播路徑,而不用考慮幾何的物理環(huán)境。確定性的模型基本思想則是若詳細的傳播環(huán)境的信息可以獲取,這樣的話,無線傳播就可以看作一個確定的過程;它能確定空間任何一點的各種空時特性。這類的信道模型主要用于小區(qū)的規(guī)劃?;趲缀坞S機模型是根據散射體的具體位置而決定的,然而散射體具體的位置是由特定的概率分布函數隨機產生的。

三、MIMO系統(tǒng)信道容量

3.1 信道容量的定義和含義

3.2 MlM0信道容量的一般性推導

根據信道統(tǒng)計特性,通??蓪⑷萘拷y(tǒng)計特性分為中斷容量和遍歷容量。

3.2.1 中斷容量

3.2.2 遍歷容量

四、MIMO應用及其前景

因為對MIMO所做的研究日益成熟,最近的許多研究成果表示MIMO技術具有較大的優(yōu)勢,在3GPP和ITU 論壇中已經開始對MIMO進行標準化。將幾種技術和MIMO相結合,可進一步地改進系統(tǒng)的頻譜效率、通過量和性能,這激發(fā)了人們極大的興趣。

到目前看來,對于蜂窩系統(tǒng),仍然沒有在商用的系統(tǒng)中采,用MIM0技術,除了MISO發(fā)分集(較為簡單)外,正在部署中的商用系統(tǒng)也沒有。Lucent貝爾實驗室在2002年12月研發(fā)成功了BIAST芯片,Iospan Wireless發(fā)明出了應用于固定的無線接入的Airburst系統(tǒng)。

對于3GPP,基于鏈路層的模擬,結合擴頻碼和VBLAST再用,已經擁有了一些MIMO技術方面的成果。吞吐量增益(MIMO所提供)是在理想的情況下所獲得的,并且對于信道的條件很敏感。MIMO增益的代價就是增加手機和基站的接收機的復雜度,不同因素,例如錯誤的高多普勒頻移、信道估計,天線的相關性等,都會對理想的系統(tǒng)性能造成影響。

五、總結

MIMO系統(tǒng)借助空間維度和散射環(huán)境,建立了多個并行的空間信道,在不需要增加發(fā)射功率和系統(tǒng)帶寬的情況下,利用無線信道多徑傳播,獲取分集增益與復用增益,從而明顯地提高無線鏈路的質量和容量。MIMO作為新一代的寬帶無線通信系統(tǒng)的框架技術,是實現(xiàn)充分地利用空間資源來提高頻譜利用率的一個必經途徑,具有巨大的發(fā)展前景。

參 考 文 獻

[1] 樊昌信等. 通信原理. 北京:國防工業(yè)出版社,1995,56-60

[2] 康桂華. 無線MIMO信道的模型容量估計和實現(xiàn)算法研究:[學位論文]. 杭州:浙江大學,2004

[3] 羅濤等. 多天線無線通信原理與應用. 北京:北京郵電大學出版社,2005,129-136endprint

【摘要】 近年來,多輸入多輸出(MIMO:multiple input multiple output)系統(tǒng)已成為無線通信的研究熱點,使用多根天線能極大地提高頻譜效率和系統(tǒng)容量,系統(tǒng)容量伴隨著收發(fā)天線的較小者呈線性增長的趨勢。本文首先描述了MIMO系統(tǒng)的模型,然后對MIMO系統(tǒng)的信道模型種類進行討論,最后分析MIMO系統(tǒng)信道容量,充分證明了MIMO系統(tǒng)的優(yōu)越性。

【關鍵詞】 MIMO 無線通信 信道容量

多入多出(MIMO)技術是在通信系統(tǒng)收發(fā)的兩端放多根天線的一種通信技術,成為近年來無線通信領域理論研究的一個重大的突破。該項技術能在不增加發(fā)射功率和系統(tǒng)帶寬的前提下大大地改善系統(tǒng)的性能、增加系統(tǒng)的容量、提高系統(tǒng)頻帶利用率,成為了新一代多數據類型、高數據率無線通信系統(tǒng)的關鍵技術。

一、MIMO系統(tǒng)模型

MIMO系統(tǒng)是在天線空時處理技術和分集技術的基礎上發(fā)展起來的,是發(fā)射端和接收端都使用天線陣列或多天線的通信系統(tǒng)。MIMO系統(tǒng)的結構如圖1所示。在發(fā)射端,對信號進行空時編碼,然后從多個天線通道使用同一頻段發(fā)射出去,經過無線信道的散射傳播,經過不同的路徑到達接收端,在接收端使用多個天線通道接收,然后進行空時譯碼。

二、MIMO系統(tǒng)的信道模型種類

通??梢詫⑿诺澜7椒ǚ殖蓛纱箢?,分別是分析模型和物理模型。分析模型是在一定的天線和系統(tǒng)參數下,同時參考了天線的配置和物理電磁波的傳播特性來說明收發(fā)天線之間的信道沖激響應。在這種模型之下,信道的系數在時間和空間上是相關的隨機過程,然而這種相關性是通過計算來定義的。而物理模型主要用來描述收發(fā)天線之間電磁波的雙向多徑傳播特性。因為物理信道模型是和特定地理位置密切相關的,所以可以準確地描述電磁波的多徑分量、復振幅,到達角和離開角。同時物理模型獨立于天線的系統(tǒng)帶寬和具體的配置。

2.1 分析模型

分析模型主要通過數學分析的方法來描述收發(fā)天線間的信道沖激響應特性,而無需明確的電磁波傳播的特性。單個沖激響應只包括一個MIMO信道矩陣,該方法的優(yōu)勢在于引入了信道矩陣,便于算法驗證以及算法研究。分析模型還可以細分為:基于相關法的模型和傳播驅動模型。基于相關法的模型特征為MIMO信道矩陣在統(tǒng)計上具有相關性,常用的基于相關法的信道模型有Weichselberger模型、獨立同分布i.i.d模型和Kronecker模型。傳播驅動模型則是通過傳播的參數獲得信道矩陣的,其中包括虛擬信道實現(xiàn)模型、有限散射體模型和最大熵模型。

2.2 物理模型

物理模型主要基于實際環(huán)境的測量而建立起來的信道模型。其需要獲取詳細的信道環(huán)境信息,例如自然界的物體和建筑物的精確分布、位置和大小等等。物理模型實現(xiàn)的方法主要有非幾何的隨機信道模型、確定性的信道模型和基于幾何的隨機信道模型。非幾何的隨機模型根據統(tǒng)計參數描述了電磁波從發(fā)射端至接收端的傳播路徑,而不用考慮幾何的物理環(huán)境。確定性的模型基本思想則是若詳細的傳播環(huán)境的信息可以獲取,這樣的話,無線傳播就可以看作一個確定的過程;它能確定空間任何一點的各種空時特性。這類的信道模型主要用于小區(qū)的規(guī)劃?;趲缀坞S機模型是根據散射體的具體位置而決定的,然而散射體具體的位置是由特定的概率分布函數隨機產生的。

三、MIMO系統(tǒng)信道容量

3.1 信道容量的定義和含義

3.2 MlM0信道容量的一般性推導

根據信道統(tǒng)計特性,通??蓪⑷萘拷y(tǒng)計特性分為中斷容量和遍歷容量。

3.2.1 中斷容量

3.2.2 遍歷容量

四、MIMO應用及其前景

因為對MIMO所做的研究日益成熟,最近的許多研究成果表示MIMO技術具有較大的優(yōu)勢,在3GPP和ITU 論壇中已經開始對MIMO進行標準化。將幾種技術和MIMO相結合,可進一步地改進系統(tǒng)的頻譜效率、通過量和性能,這激發(fā)了人們極大的興趣。

到目前看來,對于蜂窩系統(tǒng),仍然沒有在商用的系統(tǒng)中采,用MIM0技術,除了MISO發(fā)分集(較為簡單)外,正在部署中的商用系統(tǒng)也沒有。Lucent貝爾實驗室在2002年12月研發(fā)成功了BIAST芯片,Iospan Wireless發(fā)明出了應用于固定的無線接入的Airburst系統(tǒng)。

對于3GPP,基于鏈路層的模擬,結合擴頻碼和VBLAST再用,已經擁有了一些MIMO技術方面的成果。吞吐量增益(MIMO所提供)是在理想的情況下所獲得的,并且對于信道的條件很敏感。MIMO增益的代價就是增加手機和基站的接收機的復雜度,不同因素,例如錯誤的高多普勒頻移、信道估計,天線的相關性等,都會對理想的系統(tǒng)性能造成影響。

五、總結

MIMO系統(tǒng)借助空間維度和散射環(huán)境,建立了多個并行的空間信道,在不需要增加發(fā)射功率和系統(tǒng)帶寬的情況下,利用無線信道多徑傳播,獲取分集增益與復用增益,從而明顯地提高無線鏈路的質量和容量。MIMO作為新一代的寬帶無線通信系統(tǒng)的框架技術,是實現(xiàn)充分地利用空間資源來提高頻譜利用率的一個必經途徑,具有巨大的發(fā)展前景。

參 考 文 獻

[1] 樊昌信等. 通信原理. 北京:國防工業(yè)出版社,1995,56-60

[2] 康桂華. 無線MIMO信道的模型容量估計和實現(xiàn)算法研究:[學位論文]. 杭州:浙江大學,2004

[3] 羅濤等. 多天線無線通信原理與應用. 北京:北京郵電大學出版社,2005,129-136endprint

猜你喜歡
信道容量無線通信
基于MATLAB的A×B MIMO通信系統(tǒng)信道容量仿真
MIMO無線通信系統(tǒng)容量研究
離散信道信道容量的計算
三維空間中近距離多天線信道的容量分析
餐飲業(yè)油煙在線監(jiān)控系統(tǒng)的設計與研究
無線通信技術在測繪工程中的應用分析
基于ZigBee的艙內人員巡檢系統(tǒng)的應用研究
一種基于切換失敗概率和認知用戶信道容量聯(lián)合優(yōu)化的訪問策略
基于目協(xié)調函數的信道容量和最大熵的計算
兰溪市| 鄱阳县| 衡东县| 虞城县| 固原市| 南阳市| 永平县| 吉安县| 河源市| 府谷县| 中超| 桦甸市| 汨罗市| 张家界市| 吉隆县| 和田市| 靖远县| 昌吉市| 广州市| 三门县| 安丘市| 清水河县| 疏附县| 潮州市| 海淀区| 文昌市| 山西省| 丹江口市| 萝北县| 华容县| 北川| 建德市| 太康县| 新和县| 富锦市| 昌都县| 黔东| 安平县| 镇原县| 忻城县| 金乡县|