MIMO-OFDM無線通信系統中極化的理論及方法研究

《MIMO-OFDM無線通信系統中極化的理論及方法研究》是依託深圳大學，由何業軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：MIMO-OFDM無線通信系統中極化的理論及方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：何業軍
• 依託單位：深圳大學

項目摘要

MIMO-OFDM 無線通信系統中極化的研究具有重要意義，特別是對於災害環境下空域受限的移動通信設備。本項目旨在研究極化帶來的額外自由度並得出如何增強MIMO-OFDM 無線通信系統的覆蓋和容量。本項目首先研究極化理論，主要研究極化的信道建模，開發極化情況下MIMO-OFDM 無線通信系統的數學模型和仿真模型，這些信道包括固定到移動的信道，移動到移動的信道以及室內無線區域網路信道。然後研究極化方法，基於提出的數學模型，研究極化的統計特性以便用實驗數據驗證參考模型，用提出的極化信道模型改善該信道下MIMO-OFDM 無線通信系統的容量和覆蓋範圍；研究能夠複製隨極化、時間、空間和頻率變化的真實無線信道仿真工具；研究極化天線的套用，設計無線系統中的干擾抵消算法；研究MIMO-OFDM 無線通信系統中採用空分多址和多極化天線的發射機預編碼。通過本項目研究豐富MIMO-OFDM無線通信理論。

結題摘要

本項目研究了包括極化和天線互耦效應的通用參考模型，比較了各種多極化MIMO模型，研究了單極化MIMO天線相關性、多極化MIMO天線相關性與天線陣元間距之間的關係，研究了多極化MIMO系統容量隨交叉極化鑑別率、K因子、天線間距的變化關係。具體描述如下：MIMO（多輸入多輸出）技術可以大大的提高無線通信系統的通信容量，目前已經被廣泛的套用於LTE系統當中。對於MIMO技術來說，天線之間的相關性是制約通信容量的一大因素。天線之間的相關性越大，整個通信系統的容量就越低，反之亦然。為了降低MIMO天線之間的相關性，我們將電磁波的極化特性引入MIMO之中形成多極化MIMO系統。為了更好地理解和運用多極化天線技術，我們先對極化信道進行了建模。極化信道建模是個很複雜的過程，因為電磁波信號在傳播過程中有很大的隨機不確定性，其中包括電磁波的直射、反射、繞射、散射等，為此我們研究建立了統計模型。通過統計模型我們發現極化天線大大降低了天線之間的相關性從而提高了通信系統的容量。在極化天線中我們發現一個有趣的結論，極化MIMO的性能並不是一直都是比傳統MIMO性能要好的，因為極化MIMO信噪比的損失有可能大大降低了其性能，所以我們也總結了多極化天線的適用性範圍。我們進一步研究了極化MIMO容量與信噪比，萊斯因子（K），天線間距等參數的關係，系統全面的分析了極化信道的性能。在大信噪比的條件下，在直射成分占主導的條件下，以及對移動終端設備小型化要求高的情況下，多極化天線都有著巨大的優勢。除了統計模型，我們還建立了幾何參數模型，重點研究多極化天線相關性低的原理，並且與測量數據進行對比證明了理論模型的正確性。結論表明多極化天線有著很低的相關性，在任何條件下其相關性都比傳統MIMO要低，大大降低了天線之間的互耦效應，從而提高了系統的通信容量。本項目提出了大規模天線相關性的三維幾何模型，研究了大規模天線的相關性。考慮三種大規模天線設定：均勻線陣、均勻圓陣、矩形陣。當發射機與接收機之間的距離遠大於瑞利距離時，我們考慮採用平面波的遠場效應。當發射機與接收機之間的距離遠小於瑞利距離時，我們考慮採用球面波建模近場效應。研究了信道不穩定性對信號去極化的影響，對大規模MIMO系統進行信道建模。開發出了一種同時包括極化和天線互耦效應的通用參考模型。從密集的天線陣元入手，該模型處理諸如垂直-垂直，水平-水平，垂直-水平，