mimo：空間多路復用與信道建模-畢業(yè)論文外文翻譯

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1、附件1：外文資料翻譯譯文7．mimo：空間多路復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，滿足機會通信技術(shù)的需要，改方案可以解釋為機會波束成形，同時也能夠提供功率增益。這章以及接下來的幾章將研究一種利用多天線的新方法。我們將會看到在合適的信道衰落條件下，同時采用多幅發(fā)射天線和多幅接收天線可以提供

2、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。過去一度認為在基站采用多幅天線的多址接入系統(tǒng)允許若干個用戶同時與基站通信，多幅天線可以實現(xiàn)不同用戶信號的空間隔離。20世紀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對點信道也會出現(xiàn)類似的效應，即使當發(fā)射天線相距不遠時也是如此。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)射天線的信號分離開，該結(jié)論就成立。我們已經(jīng)了解到了機會通信技術(shù)如何利用信道衰落，本章還會看到信道衰

3、落對通信有益的另一例子。將機會通信與MIMO技術(shù)提供的性能增益的本質(zhì)進行比較和對比是非常的有遠見的。機會通信技術(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通信是一個內(nèi)容非常豐富的主題，對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)空間多路復用的物理環(huán)境的屬性，并闡明如何在MIMO統(tǒng)計信道模型中簡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

4、定確定性MIMO信道多路復用容量的關(guān)鍵參數(shù)，之后介紹一系列MIMO物理信道，評估其空間多路復用性能；根據(jù)這些實例的結(jié)果，我們認為在角域?qū)IMO信道進行建模是非常自然地，同時討論了基于該方法的統(tǒng)計模型。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理想實例著手進行分析，從中了解了基本物理現(xiàn)象，進而研究更適用于通信方案設計與性能分析的統(tǒng)計衰落模型。實際上，在特定的信道建模技術(shù)中，我們將會看到大量的類似方法。我們貫穿始終的研究焦點是平坦衰落MIMO信道，但也可以直接擴展到頻率選擇性MIMO信道，這方面的內(nèi)容會在習題中加以介紹。7.1確定性mimo信道的多路

5、復用容量包括nt副發(fā)射天線和nt接受天線的窄帶時不變無線信道可以用一個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用容量的重要屬性呢？我們通過對信道容量的分析來回答這個問題。7.1.1通過奇異值分解分析容量時不變信道可以表示為：y=Hx+w_17其中x、y與w分別表示一個碼元時刻的發(fā)射信號、接受信號與高斯白噪聲（為簡單起見省略了時標），信道矩陣H為確定性的，并假定在所有時刻都保持不變，而且對于發(fā)射機和接收機是已知的。這里的hij為發(fā)射天線j到接受天線i的信道增益，對發(fā)射天線的信號的總功率約束為P。這就是矢量高斯信道，將矢量信道分解為一組并行的、相互獨立的標量高

6、斯子信道就可以計算出該信道的容量。油線性代數(shù)的基本原理可知，每個線性變換都能夠表示為三種運算的組合：旋轉(zhuǎn)運算、比例運算和另一次旋轉(zhuǎn)運算。用矩陣符號表示，矩陣H具有如下奇異值分解（SVD）：其中，與為（旋轉(zhuǎn)）酉矩陣1，是對角元素為非負實數(shù)、非對角線元素為零的矩形矩陣2。對角線元素為矩陣H的有序奇異值，其中nmin：=min（nt，nr）。因為所以平方奇異值為矩陣HH*的特征值，同時也是矩陣H*H的特征值。注意，奇異值共有nmin個，可以將SVD重新寫成為：SVD分解可以解釋為2個坐標變換：即如果輸入用V的各種定義的坐標系統(tǒng)表示，并且輸出用U的各列定義的坐標系統(tǒng)表示，那么輸入/

7、輸出關(guān)系是非常簡單的。我們已經(jīng)在第5章討論時不變頻率選擇性信道以及具有完整CSI的時變衰落信道時看到了高斯并并行信道的例子。時不變MIMO信道也是另外一個例子，這里空間維所起的作用與其他問題中時間維和頻率維的作用是相同的。大家熟知的容量表達式為：其中，P1*,…,Pnmin*為注水功率分配：通過選擇滿足總功率約束，各對應于信道的一個特征模式（也稱特征信道）。各非零特征信道能夠支持一路數(shù)據(jù)流，因此，MIMO信道能夠支持多路數(shù)據(jù)流的空間多路復用?；赟VD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，