mimo：空間多路復(fù)用與信道建模-畢業(yè)論文外文翻譯

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1、外文文獻(xiàn)的中文翻譯7．mimo：空間多路復(fù)用與信道建模本書我們已經(jīng)看到多天線在無線通信中的幾種不同應(yīng)用。在第3章中，多天線用于提供分集增益，增益無線鏈路的可靠性，并同時(shí)研究了接受分解和發(fā)射分解，而且，接受天線還能提供功率增益。在第5章中，我們看到了如果發(fā)射機(jī)已知信道，那么多采用多幅發(fā)射天線通過發(fā)射波束成形還可以提供功率增益。在第6章中，多副發(fā)射天線用于生產(chǎn)信道波動(dòng)，滿足機(jī)會(huì)通信技術(shù)的需要，改方案可以解釋為機(jī)會(huì)波束成形，同時(shí)也能夠提供功率增益。章以及接下來的幾章將研究一種利用多天線的新方法。我們將會(huì)看到在合適的信道衰落條件下，同時(shí)采用多幅發(fā)射天線

2、和多幅接收天線可以提供用于通信的額外的空間維數(shù)并產(chǎn)生自由度增益，利用這些額外的自由度可以將若干數(shù)據(jù)流在空間上多路復(fù)用至MIMO信道中，從而帶來容量的增加：采用n副發(fā)射天線和接受天線的這類MIMO信道的容量正比于n。過去一度認(rèn)為在基站采用多幅天線的多址接入系統(tǒng)允許若干個(gè)用戶同時(shí)與基站通信，多幅天線可以實(shí)現(xiàn)不同用戶信號(hào)的空間隔離。20世紀(jì)90年代中期，研究人員發(fā)現(xiàn)采用多幅發(fā)射天線和接收天線的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道也會(huì)出現(xiàn)類似的效應(yīng)，即使當(dāng)發(fā)射天線相距不遠(yuǎn)時(shí)也是如此。只要散射環(huán)境足夠豐富，使得接受天線能夠?qū)碜圆煌l(fā)射天線的信號(hào)分離開，該結(jié)論就成立。我們已經(jīng)了解

3、到了機(jī)會(huì)通信技術(shù)如何利用信道衰落，本章還會(huì)看到信道衰落對(duì)通信有益的另一例子。將機(jī)會(huì)通信與MIMO技術(shù)提供的性能增益的本質(zhì)進(jìn)行比較和對(duì)比是非常的有遠(yuǎn)見的。機(jī)會(huì)通信技術(shù)主要提供功率增益，改功率增益在功率受限系統(tǒng)的低信噪比情況下相當(dāng)明顯，但在寬帶受限系統(tǒng)的高信噪比情況下則很不明顯。正如我們將看到的，MIMO技術(shù)不僅能夠提供功率增益，還可以提供自由度增益，因此，MIMO技術(shù)成為在高信噪比情況下大幅度增加容量的主要工具。MIMO通信是一個(gè)內(nèi)容非常豐富的主題，對(duì)它的研究將覆蓋本書其余章節(jié)。本章集中研究能夠?qū)崿F(xiàn)空間多路復(fù)用的物理環(huán)境的屬性，并闡明如何在MIM

4、O統(tǒng)計(jì)信道模型中簡(jiǎn)明扼要地俘獲這些屬性。具體分析過程如下：首先通過容量分析，明確確定確定性MIMO信道多路復(fù)用容量的關(guān)鍵參數(shù)，之后介紹一系列MIMO物理信道，評(píng)估其空間多路復(fù)用性能；根據(jù)這些實(shí)例的結(jié)果，我們認(rèn)為在角域?qū)IMO信道進(jìn)行建模是非常自然地，同時(shí)討論了基于該方法的統(tǒng)計(jì)模型。本章采用的方法與第2章的方法是平行的，第2章就是從多徑無線信道的幾個(gè)理想實(shí)例著手進(jìn)行分析，從中了解了基本物理現(xiàn)象，進(jìn)而研究更適用于通信方案設(shè)計(jì)與性能分析的統(tǒng)計(jì)衰落模型。實(shí)際上，在特定的信道建模技術(shù)中，我們將會(huì)看到大量的類似方法。我們貫穿始終的研究焦點(diǎn)是平坦衰落MIM

5、O信道，但也可以直接擴(kuò)展到頻率選擇性MIMO信道，這方面的內(nèi)容會(huì)在習(xí)題中加以介紹。7.1確定性mimo信道的多路復(fù)用容量包括nt副發(fā)射天線和nt接受天線的窄帶時(shí)不變無線信道可以用一個(gè)nt*nt階確定性矩陣H描述，H具有哪些決定信道空間多路復(fù)用容量的重要屬性呢？我們通過對(duì)信道容量的分析來回答這個(gè)問題。7.1.1通過奇異值分解分析容量時(shí)不變信道可以表示為：y=Hx+w_其中x、y與w分別表示一個(gè)碼元時(shí)刻的發(fā)射信號(hào)、接受信號(hào)與高斯白噪聲（為簡(jiǎn)單起見省略了時(shí)標(biāo)），信道矩陣H為確定性的，并假定在所有時(shí)刻都保持不變，而且對(duì)于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)是已知的。這里的h

6、ij為發(fā)射天線j到接受天線i的信道增益，對(duì)發(fā)射天線的信號(hào)的總功率約束為P。這就是矢量高斯信道，將矢量信道分解為一組并行的、相互獨(dú)立的標(biāo)量高斯子信道就可以計(jì)算出該信道的容量。油線性代數(shù)的基本原理可知，每個(gè)線性變換都能夠表示為三種運(yùn)算的組合：旋轉(zhuǎn)運(yùn)算、比例運(yùn)算和另一次旋轉(zhuǎn)運(yùn)算。用矩陣符號(hào)表示，矩陣H具有如下奇異值分解（SVD）：其中，與為（旋轉(zhuǎn)）酉矩陣1，是對(duì)角元素為非負(fù)實(shí)數(shù)、非對(duì)角線元素為零的矩形矩陣2。對(duì)角線元素為矩陣H的有序奇異值，其中nmin：=min（nt，nr）。因?yàn)樗云椒狡娈愔禐榫仃嘓H*的特征值，同時(shí)也是矩陣H*H的特征值。注意，

7、奇異值共有nmin個(gè)，可以將SVD重新寫成為：SVD分解可以解釋為2個(gè)坐標(biāo)變換：即如果輸入用V的各種定義的坐標(biāo)系統(tǒng)表示，并且輸出用U的各列定義的坐標(biāo)系統(tǒng)表示，那么輸入/輸出關(guān)系是非常簡(jiǎn)單的。我們已經(jīng)在第5章討論時(shí)不變頻率選擇性信道以及具有完整CSI的時(shí)變衰落信道時(shí)看到了高斯并并行信道的例子。時(shí)不變MIMO信道也是另外一個(gè)例子，這里空間維所起的作用與其他問題中時(shí)間維和頻率維的作用是相同的。大家熟知的容量表達(dá)式為：其中，P1*,…,Pnmin*為注水功率分配：通過選擇滿足總功率約束，各對(duì)應(yīng)于信道的一個(gè)特征模式（也稱特征信道）。各非零特征信道能夠支持

8、一路數(shù)據(jù)流，因此，MIMO信道能夠支持多路數(shù)據(jù)流的空間多路復(fù)用。基于SVD的可靠通信結(jié)構(gòu)與第三章介紹的OFDM系統(tǒng)之間存在明顯的相似之處，在這2種情況