無(wú)線MIMO系統(tǒng)的信道容量及自適應(yīng)傳輸理論與技術(shù)研究.pdf

1、為適應(yīng)未來(lái)發(fā)展的需要，未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)要求能夠支持高達(dá)每秒數(shù)百兆甚至千兆比特的高速分組數(shù)據(jù)傳輸，在無(wú)線資源日趨緊張的情況下，采用多天線發(fā)送和多天線接收的MIMO無(wú)線傳輸技術(shù)，充分挖掘利用空間資源，最大限度地提高頻譜利用率和功率效率，成為未來(lái)移動(dòng)通信研究的關(guān)鍵所在。本論文開展無(wú)線MIMO信道容量分析及自適應(yīng)MIMO無(wú)線傳輸理論與技術(shù)研究。 首先從綜合考慮了接收相關(guān)、發(fā)送相關(guān)以及直達(dá)徑分量的MIMO平衰落信道模型出發(fā)，利用非中心復(fù)W

2、ishart矩陣的巴特萊特分解，首次得到非中心復(fù)Wishart矩陣行列式的期望以及行列式對(duì)數(shù)的期望，由此推導(dǎo)了簡(jiǎn)潔且緊致的遍歷容量上界和下界，進(jìn)而精確地分析出各種信道統(tǒng)計(jì)特性對(duì)信道容量的影響。在實(shí)際的傳輸環(huán)境中，高速寬帶無(wú)線傳輸面臨的通常是頻率選擇性衰落信道，本論文從基于抽頭延遲線模型的頻率選擇性萊斯信道模型著手，將平衰落信道的遍歷信道容量結(jié)論進(jìn)行推廣，得到了平衰落和頻率選擇性衰落信道容量的統(tǒng)一解。 隨后在復(fù)高斯矩陣二次型的最大

3、特征值分布的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了復(fù)高斯矩陣二次型最大特征值統(tǒng)計(jì)特性的一階近似，利用一階近似的結(jié)果分析了MIMOMRC系統(tǒng)在高信噪比下的符號(hào)差錯(cuò)率和中斷概率，證明了在高信噪比區(qū)域，隨著空間相關(guān)性的增加，系統(tǒng)的符號(hào)差錯(cuò)率會(huì)隨之增加，且在較低中斷概率水平下，中斷概率隨空間相關(guān)性增加而提高。 利用矩陣變量的超幾何函數(shù)，矩陣變量的雅可比變換和矩陣變量分布的性質(zhì)，推導(dǎo)出非中心復(fù)Wishart矩陣的有序特征值的累積分布函數(shù)和概率密度函數(shù)，由此分析了

4、萊斯平衰落下多信道波束成形MIMO系統(tǒng)的符號(hào)差錯(cuò)性能和中斷概率，推導(dǎo)出系統(tǒng)的分集度、陣列增益以及中斷概率具體表達(dá)式。理論結(jié)果表明：多信道波束成形MIMO系統(tǒng)的符號(hào)差錯(cuò)概率由對(duì)應(yīng)于最小信道奇異值的子信道決定，并發(fā)現(xiàn)在低中斷概率水平區(qū)域下，MIMO MR，C系統(tǒng)的中斷概率與Ricean K因子成反比。 利用非中心復(fù)Wishart矩陣的無(wú)序特征值的概率密度分布函數(shù)，推導(dǎo)出MIMO SVD系統(tǒng)平均比特差錯(cuò)概率和中斷概率的準(zhǔn)確閉式解。理論

5、結(jié)果表明：當(dāng)MIMO SVD系統(tǒng)存在信道估計(jì)誤差與信道狀態(tài)信息反饋時(shí)延，比特差錯(cuò)概率和中斷概率隨之增加而加大，系統(tǒng)的分集度為零，并從理論上證明了MIMO SVD系統(tǒng)在高信噪比條件下存在著與信道估計(jì)誤差和信道狀態(tài)信息反饋延遲相關(guān)，且與Ricean K因子無(wú)關(guān)的差錯(cuò)平底。由此揭示了非理想信道狀態(tài)信息對(duì)MIMO SVD系統(tǒng)的差錯(cuò)概率的影響。 最后，論文從信道容量的分析結(jié)論出發(fā)，以最大化信道容量上界為目標(biāo)，首次提出在統(tǒng)一框架下利用部分信