发布时间 : 星期一 文章室外室内场景宽带 - 图文更新完毕开始阅读bf6fe10e79563c1ec5da71dd
室外室内场景宽带2 × 2 MIMO信道的实证分析
O.Fernandez, M.Domingo, and R.P.Torres
Departamento de Ingenieria de Comunicaciones，Laboratorios de I+D de Telecomunicaciones，Universidad de Cantabria Plaza de la Ciencia sIn. 39005 Santander, Spain E-mail:
fernanos@unican.es;domingom@unican.es;torresrp@unican.es
摘要
这篇论文说明的是在3.5GHZ带宽的情况下室内室外场景带宽是2 × 2多输
入多输出信道的实验特征。发射机阵列模拟楼顶上的基站，并且在建筑附近的接收机阵列代表终端用户。首先，作者分析了在除了视线环境以外的窄带无线系统的情况下，2 × 2 MIMO信道和单输入单输出系统比较所达到的优点，宽带信道新的实验结果表明：在窄带的情况下，穿透损耗引起的容量减小几乎可以由2 × 2 MIMO信道的增益来弥补。此外，在宽带系统的情况下达到的频率多样性作为一个新贡献而出现，加强了得到窄带情况的结论。
这篇论文也介绍了一种随机的宽带2 × 2 MIMO信道模型法，考虑到其他宽带MIMO模型，这种模型代表了新的简单化的模型。由此产生的模型是准确的，也容易实现并且计算效率高。使用这种方法，在不同环境下的测量的运动的真正的MIMO信道，获得了室外室内信道模型。这篇论文中实证数据，模型介绍在未来的发展中是非常有用的，并且展现了宽带固定无线接入系统(BFWAS).。
关键字：电磁传播、陆地移动无线电传输因子、陆地移动无线电多样性系统、MIMO系统、通信信道、信道模型、WiMAX、宽带固定无线接入系统、无线局域网 1、 引言
已被广泛接受的是，MIMO（多输入多输出系统）在无线信道的终端——接收机和发射机上使用多个天线，代表了一种新一代无线通信所期望的最适合提供不断增加的频谱利用率的技术。对于宽带系统情
况，联合使用MIMO和OFDM（正交频分复用技术）是最有前途的策略【1】。实际上，新的无线局域网主要是为了提供中心地区覆盖（WMAN,无线城域网）而设计的，其中MIMO被认为是一个基本元素。无线城域网的发展逐渐走向能够提供固定和移动服务的网络。从这个意义上讲，最相关的标准是IEEE.802.16e，商业上熟知的WiMAX采用了MIMO-OFDM的物理层提供宽带固定和移动接入【2】。 在这种情况下，室外室内场景得到很大的关联。由于可节约成本，以及与终端移动性相联系明显的优势发展室内客户安装部署的可能性，最终用户终端设备的重点是运营商的关注【3】。然而，室内终端的覆盖范围是比室外终端低，在3.5GHZ频段减少了65%到75%。覆盖范围的减少造成了部署问题，主要是由于缺乏室内室外覆盖的对称性。在前面的论文中【4】，作者研究了在非视距（NLOS）的室外室内环境下窄带无线系统SISO（单输入单输出）的容量减少。结果表明这种损耗实际上可以由2 × 2 MIMO信道的增益补偿。对于无线运营商，WiMAX是一个非常充分的有趣的部署城域网的无线网络技术。这个标准的最新版本已经考虑到在传输或接收过程中使用两个天线的可能性。但是，为了部署正确，知道无线电信道以及处理这些信道的模式以及用一个或多个天线实现预期的优点是很有必要的。本文是第一批出版的提供这些环境下信息类型的文章之一。尽管室外室内信道的重要性，很少有关于这方面的论文发表。其中最相关的是隆德大学在5.2GHZ频带进行的测量，测量结果是在2GHZ显示在[6,7]。这些以前的关于室外室内MIMO信道的实验结果，除了被实施在其他频带，关注MIMO信道的其他方面：更多的理论方面，大多设计对比现有的不同的MIMO信道模型。本文侧重于WiMAX 系统运行的3.5GHZ频段，作者不知道在这个频带是否存在任何其他的室外室内MIMO的测量活动。
由于以前的工作，为了研究宽带信道特性，作者开发了一个实验，这个实验基于通用仪器仪表的使用。第二步，单输入单输出（SISO）宽带信道模型，在无线城域网的情况下对室外室内环境采用抽头延迟
线（TDL）的方法得到发展【8】。现在，在本论文中，我们展现了实验的特征和在典型的室内室外环境中宽带2 × 2 MIMO信道建模。本文展示了一个2 × 2 MIMO信道测量系统，这个系统使用的通用设备可在任何配备合理的微波实验室发现。这就与大型实验室或者公司开发的点对点模式并且很昂贵的测量系统形成了鲜明的对比。测量运动的设计和随后的实施没有明确现实性（或工程角度），损害其科学严谨性，重点核实和突出的好处，这个好处是一个相对简单的MIMO系统（仅为2 × 2天线）有可能对无线城域网网络系统产生的。这就提供了数据的实际应用，比如说在3.5GHZ带宽的大楼里的穿透损耗的期望值，和在室外室内2 × 2 MIMO信道中得到的实际容量值。 这些新的实验结果表明：在宽带的情况下，由穿透损耗引起的容量减少实际上是可以由2 × 2 MIMO信道的增益补偿。此外，在宽带系统的情况下得到的多样化频率作为一个新的贡献出现增强了窄带情况下得到的结论。实验性的证明了在超宽带的情况下，频率范围内的多样化增益提高了系统中断容量水平，这个系统考虑了窄带系统的情况。这种现象理论上是在理想信道中被熟知。但是，分析的信道是实际的信道，实际信道包含了立体的和频繁的相关性。在文献中，几乎没有实验结果是关于这个增益的实际信道的。最后，这篇文章采用抽头延迟线（TDL）的方法，出自【8】，和一个简单的空间相关矩阵展示了一个随机宽带2 × 2 MIMO信道模型。模型法和测量数据相比较得到了更好的结果。虽然测量的环境的数量不足够得到一个通用的室外室内场景精确模型，但是这个初步的模型作为实际参考有着重要意义，这是因为缺少室外室内场景工作情况的信息。实际上，这个模型已经被用于模拟不同实际模型的空时处理方法【9】。目前，作者正在开发新的测量活动来概括模型。
这篇论文的其余部分组织如下：第二部分描述了宽带测量系统和所做测量的环境。第三部分，展示了实验结果和MIMO信道的主要特征。这表明了容量减少可以由MIMO系统的增益补偿。第四部分，从一个一般的观点陈述MIMO信道模型法。第五部分描述了室外室内情况一
般建模方法的应用，这些情况以测量数据为基础，详细介绍了系统的相关效应及其容量的研究。最后，一些结论绘制在第六部分。 2、 场景和测量系统 2.1方案
为了展现室外室内环境中MIMO宽带固定无线接入信道的模型和特征，在250MHZ的带宽，3.5GHZ频段进行了一些测量。测量是在坎塔布利亚大学的两座建筑之间进行的，两座建筑相隔120米（图1）.在露台上，定位一个基站发射机阵列，而接收器，作为用户终端被放在另一个建筑物上。在三种情况下有着不同的特点。
第一个场景是一个会议室：一个开放的区域里，接收器周围有几个障碍。第二种情况是：电子实验室，配备了电脑，工作台，测量设备和器具柜。这两种情况比发射机的高度低6米左右。第三种场景是一个典型的办公楼层，高度比发射机低15米。在发射机和接收机之间，视线的影响被认为是信道的特性，每次测量接收机阵列放置在三个不同的地方。第一次测量的区域是准线的视线（QLOS）的情况，位于发射机的对面靠近窗口的位置。在这个区域，视线被一个窗口阻碍。从这个窗口进入房间，发射机和接收机之间的视线丢失。在这些非视距（NLOS）条件下，在两个地方得到了测量结果：非视距（NLOS），其中接收机放在建筑物室内，但只有一个内壁阻碍发射机的直视线；HNLOS（硬的NLOS），接收机也是放在建筑物室内，但是在发射机和接收机之间有几个分区。三种情况的平面图和不同地区的测量结果在【4】中有详细的展现。