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        基于Kronecker信道的MIMO系統(tǒng)通信性能分析

        2016-10-17 17:37:34楊澤宇錢(qián)博
        科技視界 2016年21期
        關(guān)鍵詞:相關(guān)性

        楊澤宇 錢(qián)博

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        【摘 要】在深入研究Kronecker信道模型基礎(chǔ)上,在不同收發(fā)天線參數(shù)和平均到達(dá)角條件下,對(duì)MIMO通信系統(tǒng)的通信性能進(jìn)行分析。仿真結(jié)果表明,Kronecker信道環(huán)境下MIMO空時(shí)編碼可有效提高信道容量,隨著平均到達(dá)角的增大,信道容量減小。

        【關(guān)鍵詞】多輸入多輸出;空時(shí)編碼;信道容量;相關(guān)性

        0 引言

        MIMO (Multiple Input Multiple Output)技術(shù)利用發(fā)射端和接收端多天線的時(shí)間和空間二維構(gòu)造空時(shí)編碼,將發(fā)送分集和編碼調(diào)制技術(shù)相結(jié)合,可有效抵抗信道衰落、提高系統(tǒng)容量[1]。

        信道傳輸環(huán)境對(duì)MIMO通信系統(tǒng)有較大影響?,F(xiàn)階段,MIMO通信信號(hào)信道模型,主要有物理模型和分析模型。分析模型還可細(xì)分為:傳播驅(qū)動(dòng)模型和基于相關(guān)法模型。常用的基于相關(guān)法的信道模型有獨(dú)立同分布i.i.d模型、Kronecker模型和Weichselberger模型[2]。其中,Kronecker模型是一種較為典型的MIMO信號(hào)傳輸模型,適用于描述微小區(qū)與微微小區(qū)場(chǎng)景下MIMO系統(tǒng)鏈路級(jí)傳輸。

        本文在深入研究Kronecker信道模型基礎(chǔ)上,重點(diǎn)對(duì)采用MIMO技術(shù)的通信性能進(jìn)行深入分析,為MIMO通信系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化配置提供參考。

        1 Kronecker信道模型研究

        現(xiàn)階段針對(duì)MIMO技術(shù)的應(yīng)用,主要面向微小區(qū)和微微小區(qū)的高速數(shù)據(jù)傳輸。微小區(qū)一般用于宏小區(qū)覆蓋不到又有較大數(shù)據(jù)量的地點(diǎn),如地下會(huì)議室、娛樂(lè)室,地鐵,隧道等[3]。微微小區(qū)是微小區(qū)的一種,只是它的覆蓋半徑更小,它主要用來(lái)解決商業(yè)中心、會(huì)議室等室內(nèi)“熱點(diǎn)”的通信。Kronecker信道模型用發(fā)送和接收相關(guān)矩陣來(lái)描述信道,在微小區(qū)與微微小區(qū)復(fù)雜環(huán)境下處理過(guò)程簡(jiǎn)單,且能很好反映信道的傳輸特性。

        基于Kronecker信道模型,發(fā)送端與接收端的相關(guān)特性分別通過(guò)相應(yīng)的概率相關(guān)矩陣RTX與RRX描述,其元素分布表示如下式[4]:

        2 基于Kronecker信道的性能分析

        對(duì)MIMO無(wú)線衰落信道進(jìn)行基于相關(guān)性建模,需要給出描述離開(kāi)角(AOD)、到達(dá)角(AOA)、水平方向角度功率譜(PAS)等參數(shù)的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)模型。其中到達(dá)角(AOA)中的平均到達(dá)角影響信道的相關(guān)性。此外,MIMO通信系統(tǒng)中收發(fā)天線的數(shù)目決定了子信道數(shù)量。本節(jié)重點(diǎn)分析不同平均到達(dá)角和天線數(shù)目條件下MIMO通信系統(tǒng)。

        首先選擇MIMO(4×4) ,MIMO(3×3), MIMO(3×2), MIMO(2×2) ,MISO(3×1)和SISO(1×1)收發(fā)天線數(shù)目進(jìn)行仿真。

        由圖1可見(jiàn),不同收發(fā)天線數(shù)目條件下MIMO信道容量的關(guān)系為MIMO(4×4)> MIMO(3×3)>MIMO(3×2)>MIMO(2×2)>MISO(3×1)>SISO(1×1),MIMO信道容量大于SISO的信道容量。當(dāng)信噪比為20dB時(shí),MIMO(4×4)和SISO(1×1)的信道容量相差15bps/Hz。在天線數(shù)目恒定時(shí),MIMO的信道容量隨著信噪比的增大而增大。

        設(shè)收發(fā)天線數(shù)目為2×2,不同平均到達(dá)角條件下的信道容量仿真結(jié)果如圖2所示。

        從圖2可見(jiàn),在信噪比高于5dB條件下,隨平均到達(dá)角度的減小,信道容量增加。當(dāng)信噪比為20 dB時(shí),平均到達(dá)角為0度與60度的信道容量相差0.5bps/Hz;60度與90度的信道容量相差1bps/Hz。當(dāng)平均到達(dá)角度減小時(shí),平均到達(dá)角和陣列之間的垂直性越強(qiáng),信道相關(guān)性越小,信道遍歷容量越大。

        3 結(jié)論

        本文對(duì)Kronecker信道環(huán)境下MIMO系統(tǒng)的通信容量進(jìn)行分析,在不同數(shù)目的收發(fā)天線和平均到達(dá)角條件下MIMO信道的容量比SISO的系統(tǒng)容量較優(yōu),且平均到達(dá)角越大信道容量越小。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]傅海陽(yáng),陳技江,曹士坷,賈向東.MIMO系統(tǒng)和無(wú)線信道容量研究[J].電子學(xué)報(bào),2011(10).

        [2]Renhui Xu, Laixian Peng, Wendong Zhao, Zhichao Mi. Radar mutual information and communication channel capacity of integrated radar-communication system using MIMO. ICT Express,2015,(1).

        [3]趙亞軍,袁戈非.微小區(qū)場(chǎng)景干擾避免與協(xié)調(diào)技術(shù)探討[J].電信網(wǎng)技術(shù),2014(11).

        [4]戴幻堯,張曉芳,李冠中,等.基于空間信道模型的MIMO系統(tǒng)建模與仿真[J].中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào),2013(2).

        [責(zé)任編輯:王偉平]

        4.2 依據(jù)不同的專業(yè)需求,分層次教學(xué)

        我校各專業(yè)對(duì)線性代數(shù)的需求各不相同,所修課程的知識(shí)內(nèi)容也有所差異。充分考慮學(xué)生的能力和需求,將線性代數(shù)課程整合優(yōu)化為分層次模塊化的教學(xué)體系,以適應(yīng)社會(huì)對(duì)工科不同專業(yè)學(xué)生代數(shù)水平的要求。在課程的內(nèi)容及其結(jié)構(gòu)上,根據(jù)各專業(yè)的需求,將線性代數(shù)課程進(jìn)行有機(jī)整合,形成新的模塊和體系[7]。模塊化后的課程分為基礎(chǔ)模塊、提高模塊兩大模塊,將各專業(yè)共同必需的知識(shí)點(diǎn)作為必修的模塊內(nèi)容,納入基礎(chǔ)模塊;提高模塊主要是針對(duì)專業(yè)要求較高、學(xué)時(shí)較充裕,基礎(chǔ)較好的學(xué)生,在基礎(chǔ)模塊的知識(shí)點(diǎn)上,加入更深入更全面的內(nèi)容。其中基礎(chǔ)模塊包含的內(nèi)容為行列式,矩陣,線性方程組,提高模塊包含的內(nèi)容除了基礎(chǔ)模塊的內(nèi)容還增加了矩陣對(duì)角化,二次型和線性空間的內(nèi)容。這樣我們可以依據(jù)不同的專業(yè)需求,選擇合適的模塊進(jìn)行教學(xué)。達(dá)到教學(xué)的最優(yōu)化。

        5 結(jié)束語(yǔ)

        在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天,高科技的出現(xiàn)無(wú)疑給線性代數(shù)教學(xué)工作高效的開(kāi)展帶來(lái)了機(jī)遇,同時(shí)也帶來(lái)了嚴(yán)酷的挑戰(zhàn)。如何適應(yīng)高速發(fā)展的現(xiàn)代化社會(huì),如何能夠培養(yǎng)出符合21世紀(jì)的創(chuàng)新型人才,提高線性代數(shù)的教學(xué)質(zhì)量,應(yīng)該成為每一位從事線性代數(shù)教學(xué)工作的工作者長(zhǎng)抓不懈的任務(wù)。提高線性代數(shù)的教學(xué)質(zhì)量這項(xiàng)工作值得每一位從事線性代數(shù)教學(xué)工作的工作者不斷的去探索,去實(shí)踐,去創(chuàng)新。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]劉瑞智.高校線性代數(shù)教學(xué)現(xiàn)狀及對(duì)策[J].河南科技,2013,5(3):188.

        [2]李秀英.實(shí)事求是與時(shí)俱進(jìn):教學(xué)改革的靈魂:淺談線性代數(shù)教學(xué)改革[J].科技信息,2009,33:25.

        [3]李玲玲,徐華鋒.線性代數(shù)教學(xué)方法的思考與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇,2012,30:22-23.

        [4]李天昕.以互動(dòng)式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)為依托的研究型教學(xué)方法的實(shí)踐探索[J].高等理科教育,2011,4:92-94.

        [5]溫少芳,劉進(jìn).基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的學(xué)習(xí)方式改革[J].中國(guó)電力教育,2010,9: 62-63.

        [6]許峰,殷志祥.公共數(shù)學(xué)精品課程建設(shè)的探索與實(shí)踐[J].教育研究,2014,3:46-48.

        [7]譚瑩瑩,宮姍姍.淺談線性代數(shù)課程教學(xué)內(nèi)容的模塊化整合[J].安慶師范學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2013,19(2):109-111.

        [責(zé)任編輯:楊玉潔]

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