1、MIMO技術(shù)和SCM信道模型 報(bào)告人：董溢華報(bào)告提綱o一.MIMO技術(shù)o二.MIMO信道模型o三.SCM信道模型o四.SCM信道模型使用o一.MIMO技術(shù)o二.MIMO信道模型o三.SCM信道模型o四.SCM信道模型使用MIMO技術(shù)o兩個(gè)問題：n1.什么是MIMO技術(shù)？n2.為什么要使用MIMO技術(shù)？MIMO技術(shù)o1.什么是MIMO技術(shù)？oMIMO（Multiple-In Multiple-Out，多入多出/多天線）n通常，多徑要引起衰落，因而被視為有害因素。然而研究結(jié)果表明，對(duì)于MIMO系統(tǒng)來說，多徑可以作為一個(gè)有利因素加以利用。MIMO系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線(或陣列天線)和多通道

2、，MIMO的多入多出是針對(duì)多徑無線信道來說的。 MIMO技術(shù)oMIMO系統(tǒng)模型n無線電發(fā)送的信號(hào)被反射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生多份信號(hào)。每份信號(hào)都是一個(gè)空間流。使用單輸入單輸出（SISO）的當(dāng)前或老系統(tǒng)一次只能發(fā)送或接收一個(gè)空間流。MIMO 允許多個(gè)天線同時(shí)發(fā)送和接收多個(gè)空間流。它允許天線同時(shí)傳送和接收。MIMO技術(shù)o總結(jié)一下： nMIMO技術(shù)與傳統(tǒng)的SISO技術(shù)最大的不同在于：MIMO技術(shù)是利用多徑效應(yīng)而不是對(duì)抗多徑效應(yīng)，將原始信息流進(jìn)行分割在不同的路徑上進(jìn)行傳輸。MIMO技術(shù)o2.為什么要使用MIMO技術(shù)？nN個(gè)數(shù)據(jù)子流同時(shí)發(fā)射時(shí)，只占用同一傳輸信道，并不會(huì)增加使用帶寬。在自由空間里，MIMO系統(tǒng)占用比

3、普通天線系統(tǒng)更多的傳輸空間，用來在各發(fā)射和接收天線間構(gòu)筑多條相互獨(dú)立的通道，產(chǎn)生多個(gè)并行空間信道，并通過這些并行的空間信道獨(dú)立地傳輸信息，達(dá)到了空間復(fù)用的目的，以此方式來提高系統(tǒng)的傳輸容量。因此，MIMO技術(shù)oMIMO將多徑無線信道與發(fā)射、接收視為一個(gè)整體進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)高的通信容量和頻譜利用率。這是一種近于最優(yōu)的空域時(shí)域聯(lián)合的分集和干擾對(duì)消處理。 系統(tǒng)容量是表征通信系統(tǒng)的最重要標(biāo)志之一，表示了通信系統(tǒng)最大傳輸率。對(duì)于發(fā)射天線數(shù)為N，接收天線數(shù)為M的多入多出(MIMO)系統(tǒng)，假定信道為獨(dú)立的瑞利衰落信道，并設(shè)N、M很大，則信道容量C近似為： C=min(M,N)Blog2(/2) B為信道帶

4、寬，為接收平均信噪比。MIMO技術(shù)oMIMO技術(shù)優(yōu)點(diǎn)如下：n頻譜利用率高：MIMO技術(shù)能夠在不增加額外功率或者帶寬的前提下增加系統(tǒng)容量，即提供空分復(fù)用增益；n覆蓋范圍廣：對(duì)于所有天線陣元上的接收信號(hào)進(jìn)行相干合并，可以獲得天線陣列或者波束成型增益；n功耗低：采用發(fā)射波束成型等方法可以獲得較低的功率消耗；n鏈路的可靠性高：采用多天線可以增加空間分集以對(duì)抗多徑衰落。 o一.MIMO技術(shù)o二.MIMO信道模型o三.SCM信道模型o四.SCM信道模型使用MIMO信道模型o1.地面移動(dòng)通信環(huán)境中的典型場(chǎng)景MIMO信道模型o2.無線信道衰落模型n大尺度衰落模型o長距離范圍接收信號(hào)強(qiáng)度緩慢變化的規(guī)律；n中尺度

5、衰落模型o陰影衰落，它是重疊在大尺度傳播特性中值電平上的平均功率變化；n小尺度衰落模型o短距離或短時(shí)間內(nèi)接收信號(hào)強(qiáng)度的快速變化。MIMO信道模型o4.無線衰落信道的主要特性n時(shí)延擴(kuò)展和相干帶寬n多普勒擴(kuò)展和相干時(shí)間n角度擴(kuò)展和相干距離MIMO信道模型o5.MIMO無線信道模型MIMO信道模型o假設(shè)基站有 根天線，移動(dòng)臺(tái)有 根天線。在基站的天線陣列上的信號(hào)表示為： 式中，符號(hào) 為矢量或者矩陣轉(zhuǎn)置， 為基站的第根天線端口的信號(hào)。 同理，在移動(dòng)臺(tái)天線陣列上的信號(hào)為： 式中 為基站的第根天線端口的信號(hào)。TNRNTNtxtxtxtxT)(),.,(),()(21T.)(txiTNtytytytyR)()

6、,.,(),()(21)(tyiMIMO信道模型o5.信道建模方法nMIMO信道模型主要分3類：o統(tǒng)計(jì)性模型（經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停﹐確定性模型o半確定性模型MIMO信道模型o統(tǒng)計(jì)性模型o統(tǒng)計(jì)性模型是基于信道各種統(tǒng)計(jì)特性建立的信道模型。在實(shí)際傳播環(huán)境中，存在著大量具有相同或相似傳播特性的小區(qū)，對(duì)這些小區(qū)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，歸納出信道各種重要的統(tǒng)計(jì)特性（如時(shí)延擴(kuò)展、角度擴(kuò)展等）及信道參數(shù)的概率密度分布，利用這些統(tǒng)計(jì)信息建立適用范圍較廣的空間信道模型。典型方法如基于試驗(yàn)測(cè)量的沖激響應(yīng)法，這是一種完全隨機(jī)的方法。o統(tǒng)計(jì)性模型的優(yōu)點(diǎn)在于模型的復(fù)雜度較低，具有一定的通用性；缺點(diǎn)是和實(shí)際的信道有較大偏差，這是因?yàn)槟Ｐ偷母鞣N

7、參數(shù)是用各自統(tǒng)計(jì)特性隨機(jī)生成，隨機(jī)生成的參數(shù)和實(shí)際測(cè)量的參數(shù)可能會(huì)有比較大的差別。o統(tǒng)計(jì)模型主要有李氏模型、離散均勻分布模型、高斯廣義穩(wěn)態(tài)非相關(guān)散射模型等。MIMO信道模型o確定性模型o確定性模型是基于實(shí)際環(huán)境測(cè)量建立的信道模型。它要求得到信道環(huán)境的詳細(xì)信息，如建筑物和自然界物體（石頭、樹木等）精確的位置、大小以及分布等。確定性模型的基本思想就是如果傳播環(huán)境的詳細(xì)信息可以得到，那么無線傳播就可以看成一個(gè)確定過程；它可以確定空間任一點(diǎn)的各種空時(shí)特性。這類信道模型主要用于小區(qū)規(guī)劃。o確定性模型實(shí)現(xiàn)方法主要有雙向無線信道、射線跟蹤技術(shù)、幾何繞射和一致性繞射理論的方法，以及時(shí)域有限差分（FDTD）法。

8、目前，運(yùn)用最為廣泛的是基于幾何光學(xué)和一致性幾何繞射理論的射線跟蹤技術(shù)。射線跟蹤的基本思想是：將發(fā)射點(diǎn)視為點(diǎn)源，其發(fā)射的電磁波作為向各個(gè)方向傳輸?shù)纳渚€，對(duì)每條射線進(jìn)行跟蹤，在遇到阻礙物時(shí)按反射、折射或繞射來進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算，在接收點(diǎn)將到達(dá)該點(diǎn)的各條射線合并，從而實(shí)現(xiàn)傳播預(yù)測(cè)。射線跟蹤可以得到每條路徑的幅度、時(shí)間延遲和到達(dá)角，以預(yù)測(cè)信號(hào)電平、時(shí)域色散和信道沖激響應(yīng)，隨之一系列參數(shù)如功率延遲譜、均方根延遲擴(kuò)展和相關(guān)帶寬等就可確定。射線追蹤技術(shù)還能夠結(jié)合天線的輻射圖，分別考慮輻射圖對(duì)每條射線的影響。MIMO信道模型o半確定性模型n由于統(tǒng)計(jì)性模型誤差較大而確定性模型復(fù)雜性較高，實(shí)現(xiàn)較為困難等原因，出現(xiàn)了介于

9、兩種模型之間的半確定性模型，半確定性模型是綜合上述兩種模型優(yōu)點(diǎn)發(fā)展起來的一種低復(fù)雜性、又能較好符合于實(shí)際環(huán)境的一種信道模型。半確定性模型的實(shí)現(xiàn)主要有兩種方法，即基于幾何統(tǒng)計(jì)的信道實(shí)現(xiàn)方法和相關(guān)矩陣法。o主要有以下兩種方法：n基于幾何統(tǒng)計(jì)法（SCM信道模型、SCME信道模型、WINNER信道模型）n相關(guān)矩陣法（3GPP LTE信道模型和IEEE 802.11n信道模型 ）o一.MIMO技術(shù)o二.MIMO信道模型o三.SCM信道模型o四.SCM信道模型使用SCM信道模型o1.SCM模型綜述o 基于射線法的SCM信道模型更能反映MIMO信道的每次實(shí)現(xiàn)的變化特性，且可用于鏈路級(jí)和系統(tǒng)級(jí)仿真。SCM信道

10、模型，是較為常用的MIMO信道建模方法，與相關(guān)矩陣法相比，計(jì)算量明顯較小。SCME、WINNER模型都是SCM模型的延伸。o n 三種情境：郊區(qū)宏小區(qū)（suburban macro）、市區(qū)宏小區(qū)(urban macro)和市區(qū)微小區(qū)(urban micro)；n載頻2GHz、帶寬5MHz ；n多徑數(shù)目為6，子徑數(shù)目20；SCM信道模型o標(biāo)準(zhǔn)中的概念：n多徑環(huán)境有N條徑，每條徑由M條子徑組成；n每條徑內(nèi)所有子徑的時(shí)延特性完全相同，并且每條徑是它的子徑共同作用的結(jié)果，因此多徑環(huán)境可以用各徑的時(shí)延和相對(duì)徑衰落來描述；但各徑的這種時(shí)延和相對(duì)徑衰落是描述多徑環(huán)境的必要非充分條件；n空間角度方面，子徑是以

11、徑為中心散布開來的，為了支持這個(gè)現(xiàn)象，引入角度參數(shù)描述子徑的分布特征；n徑的特征由場(chǎng)景決定，引入時(shí)延擴(kuò)展描述徑的特征并描述各種不同場(chǎng)景下徑的區(qū)別。SCM信道模型o2.SCM信道仿真過程SCM信道模型o環(huán)境：nSuburban macrocell (approximately 3Km distance BS to BS)nUrban macrocell (approximately 3Km distance BS to BS)nUrban microcell (less than 1Km distance BS to BS)SCM信道模型o參數(shù)定義：SCM信道模型SCM信道模型o一.MIMO技術(shù)

12、o二.MIMO信道模型o三.SCM信道模型o四.SCM信道模型使用SCM信道模型使用o1.建模流程SCM信道模型使用o2.程序框架SCM信道模型使用o3.輸入、輸出參數(shù)n輸入?yún)?shù)：n輸出參數(shù)：n見文獻(xiàn)：nscm-05-07-2006scm_05-07-2006.pdfSCMPAR LINKPAR ANTPAR INITVALUES CHAN, DELAYS, FULLOUTPUT SCM信道模型使用o4.關(guān)于 n信道沖擊響應(yīng)的增益系數(shù)Nnnnthth0)()(),(Nnnntsthdtsthtr0)()()(),()()(,thnsuSCM信道模型使用o5.與上層接口問題（討論）n上層需要哪些信息？o信道矩陣？信道容量？SCM 信道仿真AMC信道系數(shù)編碼和調(diào)制方式計(jì)算信道容量o參考資料：n3GPP TR