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第三代合作伙伴计划(3GPP)是第三代移动通信(3G)以及后三代移动通信(B3G)技术标准最具影响力的制定者,近几年来,宽带码分多址(WCDMA)、时分同步码分多址(TD-SCDMA)、高速数据包接入(HSPA)等各种系统已经逐步在全球大规模部署,同时,3GPP又启动了长期演进(LTE)、HSPA+、LTE-Advanced等项目。LTE系统采用多输入多输出(MIMO)和正交频分复用(OFDM)作为两大主要技术以应对系统大容量与高频谱利用率等需求。MIMO在通信链路两端均采用多天线系统,同时发射接收信号,充分利用系统空间资源,在无需增加发射功率和频谱资源的情况下,提高系统性能。在当今无线通信技术发展中扮演越来越重要的角色,MIMO相关技术如信号处理、编解码、调制解调以及资源管理等研究一直处于前沿领域,然而,MIMO系统仍有很多亟待研究的问题。本文是基于3GPP LTE系统架构的MIMO技术研究,主要内容包括以下几个方面:第一.系统的研究MIMO信道中信号的空间相关性及其对MIMO系统性能的影响,为基于3GPP LTE的MIMO信道建模奠定理论基础,为信道容量以及MIMO其他技术的研究提供参考依据。首先,在考虑四天线结构、互耦因素、典型功率角谱分布(PAS)、天线间距等系统特征参数的情况下,推导接收端信号的相关系数,并对其进行数值分析,指出MIMO系统典型参数与相关系数的关联,弥补了现有研究的不足;其次,在评估信号空间相关系数的基础上,基于Kronecker模型解释信号相关性和信道相关性的区别联系,并利用Kronecker理论推导信道相关矩阵模型;最后,结合MIMO系统研究的重点,分析相关性对MIMO系统性能起重要作用的根本原因。第二.系统的研究MIMO无线信道建模。指出传统单入单出(SISO)信道建模与MIMO信道建模的本质区别,以及MIMO信道建模理论研究的关键;其次,基于MIMO信道建模方法分析目前较典型的MIMO信道模型,提出MIMO信道模型准确性仿真验证方法;再次,基于3GPP 25.996协议,用射线跟踪建模法和相关矩阵建模法分别对MIMO信道建模,即基于射线跟踪理论推导出MIMO信道在空间分集、极化分集、混合分集以及直达径(LOS)场景下的信道传输函数解析式,然后,在此结论基础上,用相关矩阵法推导出MIMO信道空间相关矩阵、极化相关矩阵以及时间相关矩阵的形式;最后,推导并数值分析空间、时间相关性对信道容量的影响,以及提出两种方法建立的MIMO信道模型的准确性仿真验证流程。第三.系统的研究MIMO信道测量与估计。主要对象:功率时延谱(PDP)、PDP漂移、多普勒功率谱(DPSD)、多普勒频移、波束成形(BF)、多径径数、相干带宽、相干时间、多径衰落相关性、接收信号总功率衰落以及典型天线结构下信道冲激响应(CIRs)的相关性等。首先是原理部分,1.介绍如何得到CIRs以及PDP,提出如何通过它们推导出信道其他参数。2.提出一种简单有效的方法估计最大多普勒频移,分析实际系统中影响估计准确性的因素并提出算法修正,并验证。3.提出在有限反馈信道状态信息(CSI)时的BF算法纠正方案、验证以及算法评估;其次,针对以上原理,根据3GPP LTE协议配置参数,进行测量实验,通过对实验数据提取CIRs、PDP以及其他信道传播特性参数,分析结果,并验证相关结论。最后对整个LTE样机系统的软件结构进行介绍,并例举其在仿真平台Linkstar上的实现。