多天線系統(tǒng)信道容量問題的研究.pdf

1、相對于傳統(tǒng)的單輸入單輸出(SISO)通信系統(tǒng)，多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)能夠在不增加額外帶寬和發(fā)射功率的前提下大幅提高通信系統(tǒng)容量，因此吸引了極大的研究熱情。其中MIMO系統(tǒng)的信道容量問題是研究的熱點問題之一。關于MIMO系統(tǒng)信道容量的研究，主要是計算各類型信道及各種系統(tǒng)的容量表達式，包括上下界限、近似解和精確解。 在計算信道容量方面，開始都假設信道之間的衰落是獨立的，在這種假設下得到了各種容量的表達式。然而現(xiàn)實情況中由于無線

2、終端或基站周圍散射體的缺失、移動設備尺寸的限制等原因，信道衰落往往是相關的。所以在后續(xù)研究中，一般都考慮信道是相關的。但是由于數(shù)學上的困難，直到最近才有信道半相關情況下的一些容量結(jié)果。而對于信道兩邊同時相關的情況，目前發(fā)表的研究結(jié)果較少。 近幾年被提出的天線選擇技術(shù)，由于即能保持MIMO系統(tǒng)的優(yōu)點，又能降低MIMO系統(tǒng)的復雜度和成本，也成為研究的熱點。理所當然，天線選擇MIMO系統(tǒng)的容量問題也是一個重點研究對象。然而同樣由于數(shù)學

3、上的困難，目前對于兩端同時進行天線選擇的MIMO系統(tǒng)，因為無法得到所選信道矩陣的概率密度函數(shù)，使得該系統(tǒng)的容量問題成為一個難點。 在容量研究中，除了純粹的計算問題之外，還有一類和容量相關的系統(tǒng)優(yōu)化問題。此類問題主要是發(fā)生在自適應系統(tǒng)，在容量最大化準則下進行系統(tǒng)的優(yōu)化，對系統(tǒng)資源進行調(diào)度。目前研究較多的是自適應多用戶多天線OFDM(正交頻分復用)系統(tǒng)，因為多用戶和子載波的合理搭配可以進一步提高系統(tǒng)容量。然而目前的算法存在著較多問題

4、，如普適性不強，考慮系統(tǒng)過于特殊等。 基于以上問題，本文主要對多輸入多輸出天線(MIMO)系統(tǒng)信道容量相關問題進行了研究。本文的主要工作包括： [1]本文中首次將和MIMO系統(tǒng)信道容量相關的數(shù)學問題進行了一些整理，總結(jié)了一些常用推導方法和數(shù)學工具，主要包括1)多元統(tǒng)計分析知識，主要是Wishart矩陣概率密度函數(shù)及其性質(zhì)；特別對于Wishart矩陣的性質(zhì)在信道容量求解過程中的作用進行了詳細的描述。2)有用的超幾何函數(shù)和積

5、分公式，在計算MIMO系統(tǒng)信道容量的時候，經(jīng)常要進行一些積分，這些積分往往很復雜，需要借助一些超幾何函數(shù)。在本文中，對此類超幾何函數(shù)和復雜積分作了整理，有些還給出了其變形式。3)帶狀多項式，關于此項知識在MIMO系統(tǒng)中的應用，目前資料甚少，本文進行了一些有益的整理。 除數(shù)學上的工作之外，本文主要有兩項研究。 [2]首次分析了雙相關信道下MIMO-OFDM系統(tǒng)的信道容量問題。我們首先得到了雙相關信道下Wishart矩陣的