陣列相關(guān)性對MIMO系統(tǒng)的容量影響分析.pdf

1、多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)通信系統(tǒng)中可以提高頻譜利用率，增加通信系統(tǒng)容量，提高單用戶傳輸速率，因此，MIMO技術(shù)已經(jīng)成為后3G技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，被廣為關(guān)注。本論文主要從分析信道容量的角度出發(fā)，通過對MIMO信道的容量分析發(fā)現(xiàn)，MIMO信道容量不僅和通信環(huán)境有關(guān)，而且和陣元間信道響應(yīng)的相關(guān)系數(shù)有很大關(guān)系，相關(guān)系數(shù)越小，信道容量越大。而陣元間信道響應(yīng)的相關(guān)系數(shù)和天線陣的陣元間距和排布方式有關(guān)。據(jù)此本文給出了在微小區(qū)的典型環(huán)境下

2、設(shè)計(jì)天線陣間距和排布方式的有效方法，即盡量降低陣元之間信道響應(yīng)的相關(guān)系數(shù)，給出了相應(yīng)的幾種典型設(shè)計(jì)并通過計(jì)算機(jī)仿真證明了設(shè)計(jì)方法的有效性。 通常情況，相關(guān)性的增強(qiáng)會降低MIMO信道的容量，這里的相關(guān)性問題包含有兩種情況，其中之一為傳播環(huán)境的空間相關(guān)特性，另一為發(fā)端、收端天線的互耦產(chǎn)生的相關(guān)?？臻g相關(guān)和天線互耦共同作用影響MIMO系統(tǒng)的容量，相關(guān)性越小，說明空間平行子信道之間的相互影響越小，系統(tǒng)總的容量是各子信道容量的疊加，自然，

3、在這種情況下總的容量越大。 影響空間相關(guān)性的因素包括空間多徑衰落的相關(guān)程度和擴(kuò)展角的大小等；影響天線陣列耦合程度的因素包括陣元方向圖、信號波達(dá)方向、陣元間距、陣元幾何尺寸、陣元布陣形式等?？臻g相關(guān)特性通常需要系統(tǒng)提供反饋獲得，而陣元互耦引起的相關(guān)可以通過計(jì)算或測量得到。本論文主要從陣元角度出發(fā)，討論在不同情況下接收信號的相關(guān)性問題。 從直觀角度來看，天線陣間距越大，則相互影響就越小，也就是陣元相關(guān)性越小。降低陣元間的相關(guān)

4、系數(shù)，目的是為了盡可能的保持系統(tǒng)傳輸矩陣的高秩。本論文一方面在不考慮陣元耦合的情況下，對天線陣接收的信號的相關(guān)性做了分析，推導(dǎo)出了基于NLOS室內(nèi)空間多散射環(huán)境下的相關(guān)系數(shù)與陣元間距的關(guān)系，并基于此特殊的陣元間距下，對特殊的幾種規(guī)則布陣形式做了容量仿真分析，由于在基站端安裝多天線時(shí)沒有體積的限制，所以，往往在天線陣設(shè)計(jì)時(shí)不考慮天線間的互耦，此分析可以有效運(yùn)用在基站端；另一方面，考慮陣元之間存在互耦的情況，運(yùn)用Z矩陣阻抗網(wǎng)絡(luò)理論，得出了互

5、阻矩陣，并將互阻考慮到計(jì)算相關(guān)系數(shù)的公式中，并以半波振子為例，分析了二元陣和三元陣存在互耦時(shí)的相關(guān)系數(shù)，進(jìn)一步仿真了其相應(yīng)的系統(tǒng)容量，對于終端設(shè)備(像手機(jī)等)，由于體積所限，多天線的應(yīng)用必須考慮互耦問題，此分析可以運(yùn)用于終端設(shè)備(像手機(jī)等)。 實(shí)際上，很難在理論的情況下詳細(xì)地分析互耦的影響，緣于陣列互耦下的相關(guān)系數(shù)可以測量的原因，文中最后提出了測量的方案，并在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，以PHS系統(tǒng)為例，通過采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對相關(guān)系數(shù)做了計(jì)算