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MIMO无线通信中的终端多天线设计
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3秒自动关闭窗口多天线超宽带（MIMO-UWB）无线通信技术的研究--《北京邮电大学》2011年硕士论文
多天线超宽带（MIMO-UWB）无线通信技术的研究
【摘要】：超宽带(UWB)是一种新型的利用极短持续时间脉冲来传输信息的无载波通信方式,它主要应用于短距离无线通信中。UWB技术具有很多优点,包括功耗小、系统复杂度低、多址能力强、系统容量大和能够提供精确地定位服务等。但是其也同时面临着诸多技术挑战。由于其具有很大的带宽,为了避免和其他系统相互干扰,UWB的功率始终被限制在一个较低水平。这就限制了UWB的通信距离。UWB信道是一个高频率选择性信道,往往具有几百条多径,最大多径时延达到几百纳秒。为了避免强烈的码间干扰,相邻脉冲的时间间隔往往设置得非常大。这就限制了UWB的实际通信速率。多天线(MIMO)技术因其能够传输并行数据(复用)来提高传输率；发送或接收同一数据的多个副本(分集)来提高检测信噪比,而必将成为未来无线通信网络中应用最为广泛的物理层技术。本论文主要围绕多天线超宽带(MIMO-UWB)系统展开,对如何利用多天线应对UWB系统中的技术挑战作了深入研究,提出了针对MIMO-UWB系统的两种预处理算法、一种检测算法及其两种改进型算法。此外,还提出了一种单天线非相干UWB系统的新型调制算法。
首先,本文提出了一种基于时间反转技术的MIMO-UWB预处理算法。现存时间反转预处理可以将复用系统的多数据流干扰压制到一定程度,但是其对信道估计要求极高,需要估计所有并行信道。提出的预处理算法降低了现存预处理算法对信道估计复杂度和预处理滤波器个数的要求,使得其应用更加灵活。同时我们论述了,所提算法需服从的具体准则：信道选择准则。该准则能将等效信道矩阵构造为良态矩阵,等效地提供了更高系统容量。
接着,本文提出了一种能够同时消除多流干扰及码间干扰的空时预均衡算法。为了获得极高数据率,我们利用多天线传输并行数据流,并且符号时间设置得远远小于最大多径时延。此时,系统中存在严重的干扰：多数据流干扰及码间干扰。本文提出在发送端获得所有信道状态信息的前提下,就可以利用该信息将多流干扰及码间干扰完全消除,从而使系统在高数据率传输信息时,仍然获得极佳的检测性能。所提算法首先使用时间反转将干扰压制到一定程度,然后用迫零空时均衡将干扰完全消除。所提算法的干扰消除操作比现存算法对发送自由度(发送天线数)要求更低。当系统数据速率达到G比特量级时,采用所提算法的系统仍然获得了出色的误码性能。我们还提出了一种简洁的信道估计算法,使用该信道估计算法为预处理提供信道状态信息,研究了所提预处理算法对信道估计误差的鲁棒性。
然后,本文提出了一种适合差分空时块码编码的MIMO-UWB系统的非相干多符号差分检测算法和它的两种改进型算法。逐符号差分检测可以在不知道信道信息时使差分MIMO-UWB系统获得空间分集增益。但是,相较于理想相干接收,非相干接收总会有一定性能损失。我们通过广义似然比检验理论推导出了多符号差分检测的度量函数。随着观察窗长度增加,多符号差分检测算法性能随之提升,向相干检测接近,但是其码字的穷搜索过程的复杂度也随之呈指数级增长。为了降低所提算法复杂度,使其适合UWB系统对实现复杂度低的要求,我们对检测度量函数做了等价变形,使得球译码算法能够被应用到所提算法。球译码算法通过有导向的搜索能够有效降低复杂度,但是在大观测窗时,系统计算量仍然难以忍受。我们又提出次优的判决反馈方法,该方法使搜索复杂度不随观测窗长度增加而增加,而错误传播引起的性能下降非常小,更具有实用价值。
最后,本文提出了一种针对非相干单天线UWB系统的调制方法。该方法将不同数目的正交码字分层复用,所有层相互叠加,然后块编码调制UWB脉冲后同时传输。其具有高效率的特点,相比于同类算法能够传输更多的信息。同时利用码字匹配能量聚集方式联合检测复用的码字,其性能能够得到保障。所以,所提算法从误比特率性能的角度优于现存其他非相干方法。
【关键词】：
【学位授予单位】：北京邮电大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：TN925【目录】：
ABSTRACT6-9
第一章 引言11-20
1.1 研究背景11-17
1.1.1 超宽带的基本概念12-13
1.1.2 超宽带系统的特点13-15
1.1.3 超宽带技术的应用场景15-17
1.1.4 超宽带遭遇的技术挑战17
1.2 本论文主要研究内容及结构17-20
1.2.1 论文的主要研究内容17-18
1.2.2 论文的内容安排及结构18-20
第二章 超宽带无线通信系统20-30
2.1 超宽带发送信号模型20-22
2.1.1 超宽带脉冲波形20-21
2.1.2 调制方法21-22
2.1.3 多址方式22
2.2 超宽带信道模型22-25
2.2.1 S-V信道模型23-24
2.2.2 IEEE 802.15.3a信道模型24
2.2.3 抽头延迟线信道模型24-25
2.3 超宽带信号的Rake接收25-26
2.4 非相干超宽带系统26-28
2.4.1 传输参考方法27-28
2.4.2 差分传输方法28
2.5 本章小结28-30
第三章 基于时间反转的多天线超宽带系统预处理算法30-38
3.1 时间反转预处理技术30-31
3.2 基于时间反转的MIMO-UWB系统31-34
3.2.1 全信道时间反转32-33
3.2.2 单信道时间反转33-34
3.4 信道选择34-36
3.5 仿真实验和比较36-37
3.6 本章小结37-38
第四章 同时消除多数据流干扰及码间干扰的空时预均衡算法38-51
4.1 码间干扰分析38-40
4.2 空时预均衡算法40-44
4.2.1 系统模型40-42
4.2.2 均衡器设计42-44
4.3 信道估计44-46
4.4 仿真实验和比较46-50
4.5 本章小结50-51
第五章 非相干多天线超宽带系统多符号差分检测算法51-63
5.1 系统模型51-53
5.2 多符号差分检测算法的广义似然比检验推导53-56
5.3 基于球译码的多符号差分检测算法56-58
5.4 基于判决反馈的多符号差分检测算法58-59
5.5 仿真实验和比较59-62
5.6 本章小结62-63
第六章 非相干超宽带系统的多层正交块编码调制传输63-70
6.1 正交块编码调制63-65
6.2 多层正交块编码调制65-68
6.2.1 双层正交块编码调制65-67
6.2.2 多层正交块编码调制67-68
6.3 仿真实验和比较68-69
6.4 本章小结69-70
第七章 结束语70-72
附录172-73
附录273-74
参考文献74-78
作者攻读学位期间发表的学术论文目录79-81
作者攻读学位期间申请的发明专利81
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京公网安备74号MIMO移动终端多天线相关问题研究--《电子科技大学》2012年硕士论文
MIMO移动终端多天线相关问题研究
【摘要】：移动通信的迅速发展,对人们的生活带来了巨大的影响和方便。随着进一步发展的需要,用户要求大幅度提高无线通信速率的愿望变得越来越强烈。MIMO通信技术证明在不增加带宽和发射功率的情况下,通过利用多径效应和并行地创建多个独立的子信道,成倍增加系统信道容量。由于在提高信道容量方面巨大优势,已成为目前研究的热点和难点之一。
良好的移动终端多天线设计是保证移动终端实现MIMO技术的前提。移动终端多天线设计需要面临的问题是如何确保天线信道间的独立性,即保证多天线间具有较低的相关性系数,收到不相干的信号；另一方面,要保证多天线间耦合较小,即天线端口间具有良好的隔离度。
针对移动终端MIMO多天线应用,本文主要包括如下几部分内容：
1、介绍了MIMO技术的相关研究背景以及移动终端多天线研究的国内外研究现状,此外针对移动终端多天线的基本特性,提出相关的衡量指标。
2、针对具体的手机MIMO双大线应用,综合小型化和宽频带措施,设计手机双天线应用于宽频带(MHz),通过仿真优化使其达到设计要求,并完成加工和实测使相关指标满足设计要求。
3、针对数据卡低频分集问题：引入分集天线后,主天线TRP有下降的趋势,通过对比无源测试和有源测试的差别,着重分析分集天线负载阻抗变化趋势,通过仿真分析主天线TRP下降的原因,并通过相关的实验加以验证,最后提出相应的解决措施,进行实验加以验证。
【关键词】：
【学位授予单位】：电子科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：TN828.6【目录】：
摘要4-5ABSTRACT5-9第一章 绪论9-20 1.1 课题研究背景9-11 1.2 MIMO通信技术11-13 1.3 国内外研究现状与发展动态13-18
1.3.1 小型化措施15
1.3.2 宽频化措施15-16
1.3.3 去耦措施16-17
1.3.4 低相关性措施17-18 1.4 本文的主要工作及内容安排18-20第二章 移动终端MIMO多天线基本设计要求20-27 2.1 移动终端MIMO多天线设计要求20-21 2.2 移动终端MIMO多天线的性能指标21-26
2.2.1 频率带宽21
2.2.2 隔离度21-22
2.2.3 天线效率和增益22
2.2.4 辐射方向图和极化特性22-23
2.2.5 总辐射功率(TRP)23-24
2.2.6 包络相关性系数(ECC)24-26 2.3 仿真平台的介绍26-27第三章 手机MIMO双天线设计27-38 3.1 手机MIMO双天线设计要求27-28 3.2 手机双天线仿真设计28-32 3.3 手机双天线的加工和测试32-36 3.4 本章小结36-38第四章 数据卡双天线低频分集问题研究38-68 4.1 无源测试和有源测试38-41
4.1.1 无源测试39
4.1.2 有源测试39-41 4.2 有源测试分集天线负载阻抗ZL特性分析41-45 4.3 分集天线负载阻抗影响主天线TRP分析45-59
4.3.1 有源发射频段双天线等效物理模型45-48
4.3.2 分集天线负载影响主天线TRP仿真48-59 4.4 分集天线负载阻抗影响主天线TRP实验59-64
4.4.1 分集天线输入阻抗和负载阻抗相关测试59-61
4.4.2 数据卡整机TRP测试61-64 4.5 拟采用的解决方法和措施64-66 4.6 本章小结66-68第五章 总结与展望68-70 5.1 本文工作总结68-69 5.2 下一步工作计划与展望69-70致谢70-71参考文献71-76攻硕期间取得的研究成果76
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&的答案& ( 采纳时间:
正常来说，一根天线，有9个接口，其中8个用来工作，另外一个用来校正。
而后面说的port0与port1这个就要跟mimo关系有关，比较复杂，楼上可以再看看mimo中相关技术文档，希望能帮到你
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专家指数：160
谢谢你的答案，值得参考
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其他答案&(4)
LTE基站的天线上有9根线,其中:1,2,3,4l连接PORT1;5,6,7,8连接PORT2;而终端可以通过一路(Rank1)或两路(Rank 1&Rank 2)接收下行(数据)信号;具体使用是事先物理配制和实时系统分配而定的....
&&&&专家指数：10712&&&&
还是想再请教一下，MIMO说的2*2,那是说的Port1和Port2两个口都在并行发射同一个用户数据吗？也就是8根天线都在作用了吗？
中移动的TDDLTE使用3个频段，针对物理天线配置来说如下：
Dband：2x2 和8x8
Fband：2x2 和8x8
Eband: 2x2
Eband的LTE，中移动只用于indoor
&&&&专家指数：1078&&&&
一个小区一个智能天线，一个有9个口。
&&&&专家指数：382&&&&
8通道应该是9根天线，其中有一根是用来校准的
&&&&专家指数：9161&&&&
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&问答管理员： &&
已解决问题
請問LTE中， 2*2天線端口和物理天線的問題&&
提问时间： 16:57
請問各位前輩，在LTE 中想要做MIMO 2*2 兩個發送天線的CASE (short cp下)，所以只能用cell-specific RS 的天線端口 0和1來放pilot 嗎?這樣的話在time domain隔了3個symbol 沒有pilot，性能差了點。讀了一些資訊，好像天線端口跟物理天線並不是一一對應的，所以是否可用 天線端口0,1,2,3的pilot 來做 MIMO 2*2呢?
&& &最佳答案
回复 1# 的帖子
请先参考LTE antenna port介绍，希望有用：
“通信原理自述”原创连载85---MIMO原理（LTE天线口，信道等1）
“通信原理自述”原创连载86---MIMO原理（LTE天线口，信道等2）
“通信原理自述”原创连载87---MIMO原理（LTE天线口，信道等3）
“通信原理自述”原创连载88---MIMO原理（LTE天线口，信道等4）
“通信原理自述”原创连载89---MIMO原理（LTE天线口，信道等5）
“通信原理自述”原创连载90---MIMO原理（LTE天线口，信道等6）
回答时间： 22:18
其他答案 (&3&条&)
請問[size=12px]Ricky X. F. Chen 大哥，[/size][size=12px]不好意思小弟才疏學湥
[size=12px]我的問題是否在
[/size][size=12px]通信原理自述”原创连载 90---MIMO 原理（LTE 天线口，信道等 6） 中[/size]
[size=12px]"系統裡發射端有幾根天線，就必須有多少個對應的antenna ports"[/size]
[size=12px]有所解答呢 ?[/size]
楼主具体说的啥子？我觉得2x2MIMO就是很简单的配置呀。。。
回复 3# 的帖子
请再看一遍，特别是连载87，
“通信原理自述”原创连载87---MIMO原理（LTE天线口，信道等3）
顺便问两个问题：
1。你说系统是2*2，接收端怎么知道是2发呢？或者说以什么依据知道是2发呢？
2。第一个问题的答案是有两个antenna ports，LTE的话就是port0， port1；注意协议一旦定了，接收端就只能按这个来工作。那么，你说要用port0，1，2，3来支持2发，接收端怎么知道port2 和port3也被用进来了？