MIMO空间相关性近似算法及性能研究

【摘要】：多输入多输出(MIMO)是一种在无线链路的收发端都采用多天线的技术,它能有效克服不良环境的影响,在相同的传输条件下能提供比常规天线系统更好的信号传输质量,相应的也就能够有效的提高系统的容量。而在现实无线传输环境中,发射机和接收机尺寸都是严格受限以及散射体不足够丰富,因此MIMO信道间并不是相互独立的,它们存在着相关性,这将严重影响MIMO天线系统性能的发挥。因此相关性技术成为研究多天线无线通信系统的一项关键技术。 本文首先研究了线性和圆形两种天线阵列,比较了两种天线阵列在各种典型角能量分布下空间相关性,并在各自精确算法的基础上推导了计算空间相关性的近似方程。通过仿真发现,天线之间的间距以及角能量分布的标准差和角扩展成为影响空间相关性的主要因素。基于以上研究结果,我们又研究了在多种不同散射环境下,不同接收天线之间的空间相关性对信道容量的影响。通过信号传播的物理特性并且联合散射环境的统计即根据空间相关性、天线位置、孔径大小以及散射体的能量分布等综合因素推导出了容量表达式。研究发现在孔径大小一定的情况下,增加天线的数量能使信道容量呈线性增大至一定数值,而在此基础上继续增加天线数量将不能获得明显的容量增益。最后,本文研究了相关与非相关瑞利衰落信道对空时分组码的影响,运用基于等价的单输入单输出(SISO)无线通信系统下的正交空时分组编码(OSTBC)信道模型,分别推导出了M元相移键控(M-PSK)调制下平坦非相关瑞利衰落信道和相关瑞利衰落信道下OSTBC精确的符号误码率(SER)和误比特率(BER),并且研究了天线相关性对OSTBC的影响。