空域相關(guān)的分布式MIMO信道遍歷容量分析.pdf

1、分布式MIMO系統(tǒng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了MIMO系統(tǒng)的微觀分集增益（空間多路增益）和分布式天線(xiàn)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(hào)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(yīng)同時(shí)存在，稱(chēng)為衰落/陰影復(fù)合場(chǎng)景。基于統(tǒng)計(jì)的信道建模將這一類(lèi)場(chǎng)景中的陰影效應(yīng)描述為lognormal分布。并由此產(chǎn)生了復(fù)合場(chǎng)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(shù)學(xué)推導(dǎo)相對(duì)復(fù)雜。為了在數(shù)學(xué)上更加易于處理，研究者們已經(jīng)提出了一些近似模型來(lái)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(shù)學(xué)分析較為復(fù)雜。當(dāng)模型包含信道相關(guān)性以及固定分量時(shí)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(jīng)典的lognormal分布（描述陰影效應(yīng)）。由于數(shù)學(xué)分析中的復(fù)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(duì)于

4、信道容量的解析表示，早期研究針對(duì)的場(chǎng)景中假設(shè)無(wú)線(xiàn)信道的信道傳輸矩陣完全不相關(guān)，并且在信號(hào)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(duì)包含空域相關(guān)性的場(chǎng)景，對(duì)于信道容量邊界解析解的研究在數(shù)學(xué)分析上更加困難，研究成果更加稀少。已有的這類(lèi)研究所針對(duì)的通信場(chǎng)景有以下設(shè)定：
　　（1）限定的的信道相關(guān)性（例如僅單邊空域相關(guān)）；
　　（2）限制收發(fā)天線(xiàn)數(shù)量的對(duì)比關(guān)系；
　　（

5、3）不存在非衰落分量。
　　考慮到上述研究針對(duì)的通信場(chǎng)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(duì)的通信場(chǎng)景中包含了信道的相關(guān)性，并且不限制收發(fā)天線(xiàn)的數(shù)量對(duì)比關(guān)系。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新研究成果包含如下方面：
　?。?）分析和提出了空域雙邊相關(guān)(接收相關(guān)與發(fā)送相關(guān)) 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(guò)子矩陣展開(kāi)等方法構(gòu)造出新的不等式，由此在對(duì)上述系統(tǒng)模型的遍歷容量邊界分析中，避免了數(shù)學(xué)分析中超幾何函數(shù)包含大尺度衰落矩陣，解決了對(duì)大尺度衰落矩陣和小尺度衰落矩陣的統(tǒng)計(jì)分析無(wú)法分離的困難問(wèn)題。仿真試驗(yàn)證實(shí)，同類(lèi)場(chǎng)景下與已有研究成果相比，本文給出的解析邊界應(yīng)用范圍更廣、更加精確。
　　（2）首次分析和提出了空域雙邊相關(guān)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(guò)兩次子矩陣展開(kāi)等方法構(gòu)造出新的不等式，由此在對(duì)上述系統(tǒng)模型的遍歷容量邊界分析中，避免了數(shù)學(xué)分析中Hayakawa多項(xiàng)式包含大尺度衰落矩陣，解決了對(duì)大尺度衰落矩陣和小尺度衰落矩陣的統(tǒng)計(jì)分析無(wú)法分離的問(wèn)題。仿真試驗(yàn)證實(shí)，解析的上邊界能夠有效地、解析地描述接收相關(guān)、發(fā)送相關(guān)、衰落深度和天線(xiàn)數(shù)量等系統(tǒng)參數(shù)與容量間的關(guān)系。
　?。?）首次分析和提出了空域發(fā)送端相關(guān)Rician/Lognormal衰落下分布式MI