空域相關的分布式MIMO信道遍歷容量分析.pdf

1、分布式MIMO系統(tǒng)同時實現了MIMO系統(tǒng)的微觀分集增益（空間多路增益）和分布式天線系統(tǒng)的宏觀分集增益。與傳統(tǒng)的MIMO系統(tǒng)相比，分布式系統(tǒng)信號接入距離縮短。這不但有利于降低功耗，還能提高系統(tǒng)容量。
　　在地面通信環(huán)境中，多徑衰落與陰影效應同時存在，稱為衰落/陰影復合場景?；诮y(tǒng)計的信道建模將這一類場景中的陰影效應描述為lognormal分布。并由此產生了復合場景的組合分析模型，例如Rayleigh\lognormal模型、Naka

2、gami\lognormal模型和Rician\lognormal模型。在通信系統(tǒng)性能分析中，基于這些模型的數學推導相對復雜。為了在數學上更加易于處理，研究者們已經提出了一些近似模型來描述組合衰落，例如K分布、廣義K分布等等。
　　在分布式MIMO系統(tǒng)信道容量的解析分析中，基于lognormal分布的組合衰落模型使得數學分析較為復雜。當模型包含信道相關性以及固定分量時更是如此。因此，更多研究仍然采用了K分布（Rayleigh\Ga

3、mma分布）、廣義K分布（Nakagami-m\Gamma分布）、Rayleigh\IG分布等近似分布作為組合衰落的分析模型，盡管這些模型并不總是能夠精確地描述經典的lognormal分布（描述陰影效應）。由于數學分析中的復雜性和困難性，采用Rayleigh\lognormal模型、Nakagami\lognormal模型和Rician\lognormal模型的研究較少。
　　基于lognormal分布的組合衰落信道的研究中，對于

4、信道容量的解析表示，早期研究針對的場景中假設無線信道的信道傳輸矩陣完全不相關，并且在信號傳播中不存在固定分量（平均分量）。
　　基于lognormal分布的組合衰落信道的研究中，針對包含空域相關性的場景，對于信道容量邊界解析解的研究在數學分析上更加困難，研究成果更加稀少。已有的這類研究所針對的通信場景有以下設定：
　?。?）限定的的信道相關性（例如僅單邊空域相關）；
　?。?）限制收發(fā)天線數量的對比關系；
　?。?/p>

5、3）不存在非衰落分量。
　　考慮到上述研究針對的通信場景存在的限定，本文基于Rayleigh/lognormal模型和包含了非衰落分量的Rician/lognormal模型，研究了分布式MIMO系統(tǒng)的遍歷容量。研究中所針對的通信場景中包含了信道的相關性，并且不限制收發(fā)天線的數量對比關系。論文的主要創(chuàng)新研究成果包含如下方面：
　?。?）分析和提出了空域雙邊相關(接收相關與發(fā)送相關) Rayleigh/Lognormal衰落下的

6、分布式MIMO(D-MIMO)系統(tǒng)遍歷容量上下邊界的解析解。通過子矩陣展開等方法構造出新的不等式，由此在對上述系統(tǒng)模型的遍歷容量邊界分析中，避免了數學分析中超幾何函數包含大尺度衰落矩陣，解決了對大尺度衰落矩陣和小尺度衰落矩陣的統(tǒng)計分析無法分離的困難問題。仿真試驗證實，同類場景下與已有研究成果相比，本文給出的解析邊界應用范圍更廣、更加精確。
　　（2）首次分析和提出了空域雙邊相關Rician/Lognormal衰落下分布式MIMO系

7、統(tǒng)遍歷容量上邊界的解析解。通過兩次子矩陣展開等方法構造出新的不等式，由此在對上述系統(tǒng)模型的遍歷容量邊界分析中，避免了數學分析中Hayakawa多項式包含大尺度衰落矩陣，解決了對大尺度衰落矩陣和小尺度衰落矩陣的統(tǒng)計分析無法分離的問題。仿真試驗證實，解析的上邊界能夠有效地、解析地描述接收相關、發(fā)送相關、衰落深度和天線數量等系統(tǒng)參數與容量間的關系。
　?。?）首次分析和提出了空域發(fā)送端相關Rician/Lognormal衰落下分布式MI