列上感应出的空间特征图。由于发射机与接收机之间的距离远大于接收天线阵列的尺寸，所以从发射天线到各接收天线的路径为阶并行的，并且其中，为从发射天线到第副接收天线之间的距离，为视距路径到接收天线阵列的入射角，为在视距方向上接收天线相对于接受天线的位移。并且通常被称为相对于接收天线阵列的方向余弦。因此，空间特征图,为即有相对时延引起的相位差为的连续天线处的接收信号。为了符号表示方便，定义为方向余弦上的单位空间特征图。最佳接收机只是将有噪声接收信号投影到该信号方向上，也就是最大比合并或接收波束成形，对不同的时延进行调整，从而使天线的接收信号能够进行相长合并，得到倍的功率增益，所获取的容量为于是，信道提供了功率增益，但没有提供自由度增益。在介绍视距信道时，有时将接收天线阵列称为相位阵列天线。容量与多路复用结构本章研究衰落信道的容量，讨论能够从信道中提取所期望的多路复用增益的收发信机结构，特别是集中研究发射机未知信道的情况。在快衰落信道中，可以证明在高信噪比时，同分布瑞利快衰落信道的容量有确定，其中为发射天线数与接收天线数的最小值，这是自由度增益。在低信噪比时，容量近似为，这是接收波束成形功率增益。在所有信噪比时，容量与呈线性比例关系，这是由于功率增益与自由度增益合并造成的。此外，如果发射机也能够跟踪信道，那么还存在发射波束成形增益以及机会通信增益。利用确定性时不变信道的容量获取收发信机，其结构比较简单在适当的坐标系统中对数据流进行多路复用，接收机将接收矢量变换到另个适当的坐标系统中，分别对不同的数据流进行译码。如果发射机未知信道，那么必须事先固定数据流被多路复用所选取的坐标系统。连同联合译码，这种发射机结构实现了快衰落信道的容量，在文献中也将改结构称为结构。节讨论比数据流的联合最大似然译码更简单的接收机结构，虽然可以支持信道全部自由度的接收机结构有若干种，其中的种特殊结构是合并使用最小均方误差估计与串行干扰消除，即接收机可以获取容量。慢衰落信道的性能可以通过中断概率和相应的中断容量来表征。在低信噪比时，个时刻利用副发射天线就可以获取中断容量，实现满分集增益和功率增益。另方面，高信噪比时的中断容量还受益于自由度增益，要简洁地刻画其特征更加困难，此问题留到第章再分析。虽然采用结构可以实现快衰落信道的容量，但该结构对于慢衰落信道则是严格次最优的，实际上，它甚至还没有实现信道期望的满分集增益。为了说明这问题，考虑通过发射天线直接发送数据流，在这种情况下，各数据流的分集仅限于接收分集，为了从信道中获取满分集，须对发射天线进行编码。将发射天线编码与结合起来的种修正结构不仅能够从信道中获取满分集，而且其性能还接近于中断容量。结构首先考虑时不变信道当发射机已知信道矩阵时，有节可知，最优策略是在的特征矢量的方向上发射数据流，即在由矩阵定义的坐标系统中发射，该坐标系统与信道有关。考虑到要处理发射机未知信道矩阵时的衰落信道，归纳出入如下图所示的结构，图中个的数据流在由酉矩阵确定的任意坐标系统中进行多路复用，该酉矩阵未必与信道矩阵有关，这就是结构。对数据流进行联合译码，为第个数据流分配的功率为使得功率之和等于，即发射总功率约束，并利用速率为的容量获取高斯码进行编码，总的速率为几种特殊情况如下如果并且通过注水分配的方式确定功率，则得到如图所示的容量获取结构。如果，则数据流被发送到不同的发射天线。下面利用与第章关于球体填充的类似论述，讨论最高可靠通信速率的上界其中，为发射信号的协方差矩阵，是多路复用坐标系和功率分配的函数考虑在长度为的码元时间块内的通信，长度为的接收矢量高概率位于体积与下式成比例的椭圆体内该公式是与并行信道相对应的体积公式的直接推广，并在习题中加以证明。由于必须考虑到各码字周围为非混叠噪声球空间才能却保可靠通信，所以能够填充的码字的最大数量为比值现在就可以得出结论，可靠通信速率的上界为上式。采用结构能够达到该上界吗注意到数•,•南京邮电大学毕业设计论文外文资料翻译学院通信与信息工程学院专业通信工程学生姓名陈林明班级学号外文出处无线通信基础附件外文资料翻译译文外文原文指导教师评价翻译内容与课题的结合度优良中差翻译内容的准确流畅优良中差专业词汇翻译的准确性优良中差翻译字符数是否符合规定要求符合不符合指导教师签名年月日附件外文资料翻译译文空间多路复用与信道建模本书我们已经看到多天线在无线通信中的几种不同应用。在第章中，多天线用于提供分集增益，增益无线链路的可靠性，并同时研究了接受分解和发射分解，而且，接受天线还能提供功率增益。在第章中，我们看到了如果发射机已知信道，那么多采用多幅发射天线通过发射波束成形还可以提供功率增益。在第章中，多副发射天线用于生产信道波动，满足机会通信技术的需要，改方案可以解释为机会波束成形，同时也能够提供功率增益。章以及接下来的几章将研究种利用多天线的新方法。我们将会看到在合适的信道衰落条件下，同时采用多幅发射天线和多幅接收天线可以提供用于通信的额外的空间维数并产生自由度增益，利用这些额外的自由度可以将若干数据流在空间上多路复用至信道中，从而带来容量的增加采用副发射天线和接受天线的这类信道的容量正比于。过去度认为在基站采用多幅天线的多址接入系统允许若干个用户同时与基站通信，多幅天线可以实现不同用户信号的空间隔离。世纪年代中期，研究人员发现采用多幅发射天线和接收天线的点对点信道也会出现类似的效应，即使当发射天线相距不远时也是如此。只要散射环境足够丰富，使得接受天线能够将来自不同发射天线的信号分离开，该结论就成立。我们已经了解到了机会通信技术如何利用信道衰落，本章还会看到信道衰落对通信有益的另例子。将机会通信与技术提供的性能增益的本质进行比较和对比是非常的有远见的。机会通信技术主要提供功率增益，改功率增益在功率受限系统的低信噪比情况下相当明显，但在宽带受限系统的高信噪比情况下则很不明显。正如我们将看到的，技术不仅能够提供功率增益，还可以提供自由度增益，因此，技术成为在高信噪比情况下大幅度增加容量的主要工具。通信是个内容非常丰富的主题，对它的研究将覆盖本书其余章节。本章集中研究能够实现空间多路复用的物理环境的属性，并阐明如何在统计信道模型中简明扼要地俘获这些属性。具体分析过程如下首先通过容量分析，明确确定确定性信道多路复用容量的关键参数，之后介绍系列物理信道，评估其空间多路复用性能根据这些实例的结果，我们认为在角域对信道进行建模是非常自然地，同时讨论了基于该方法的统计模型。本章采用的方法与第章的方法是平行的，第章就是从多径无线信道的几个理想实例着手进行分析，从中了解了基本物理现象，进而研究更适用于通信方案设计与性能分析的统计衰落模型。实际上，在特定的信道建模技术中，我们将会看到大量的类似方法。我们贯穿始终的研究焦点是平坦衰落信道，但也可以直接扩展到频率选择性信道，这方面的内容会在习题中加以介绍。确定性信道的多路复用容量包括副发射天线和接受天线的窄带时不变无线信道可以用个阶确定性矩阵描述，具有哪些决定信道空间多路复用容量的重要属性呢我们通过对信道容量的分析来回答这个问题。通过奇异值分解分析容量时不变信道可以表示为其中与分别表示个码元时刻的发射信号接受信号与高斯白噪声为简单起见省略了时标，信道矩阵为确定性的，并假定在所有时刻都保持不变，而且对于发射机和接收机是已知的。这里的为发射天线到接受天线的信道增益，对发射天线的信号的总功率约束为。这就是矢量高斯信道，将矢量信道分解为组并行的相互的标量高斯子信道就可以计算出该信道的容量。油线性代数的基本原理可知，每个线性变换都能够表示为三种运算的组合旋转运算比例运算和另次旋转运算。用矩阵符号表示，矩阵具有如下奇异值分解其中，与为旋转酉矩阵，是对角元素为非负实数非对角线元素为零的矩形矩阵。对角线元素为矩阵的有序奇异值，其中，。因为所以平方奇异值为矩阵的特征值，同时也是矩阵的特征值。注意，奇异值共有个，可以将重新写成为分解可以解释为个坐标变换即如果输入用的各种定义的坐标系统表示，并且输出用的各列定义的坐标系统表示，那么输入输出关系是非常简单的。我们已经在第章讨论时不变频率选择性信道以及具有完整的时变衰落信道时看到了高斯并并行信道的例子。时不变信道也是另外个例子，这里空间维所起的作用与其他问题中时间维和频率维的作用是相同的。大家熟知的容量表达式为其中,为注水功率分配通过选择满足总功率约束，各对应于信道的个特征模式也称特征信道。各非零特征信道能够支持路数据流，因此，信道能够支持多路数据流的空间多路复用。基于的可靠通信结构与第三章介绍的系统之间存在明显的相似之处，在这种情况下，都是利用变换将矩阵信道转换为组并行的子信道。在系统中，矩阵信道由上式中的轮换矩阵给出，该矩阵由信道和加在输入码元上的循环前缀定义，信道与信道的重要区别在于，前者的矩阵不依赖与信道的特定实现，而后者的矩阵则依赖与信道的特定实现。信道的物理建模通过本节的内容我们将了解到信道的空间多路复用性能对于物理环境的依赖程度，为此，我们将研究系列理想化实例并分析骑信道矩阵的秩和条件数，这些确定性实例同时表明了下节中讨论的信道统计建模的常规方法。具体地讲，本节的讨论局限于均匀线性天线阵列，即天线均匀的间隔分布于条直线上，分析的细节取决于特定的天线结构，但是我们要表达的概念于此无关。视距信道最简单的信道只有条视距信道如下所示，图中为不存在任何反射体和散射体的自由空间，并且各天线对之间仅存在直接信号路径，天线间隔为，其中为载波波长，为归化接受天线间隔，即归化为载波波长的单位，天线阵列的尺寸比发射机与接收机之间的距离小得多。发射天线与第副接受天线之间信道的连续时间冲激响应为其中，为发射天线与第副接受天线之间的距离，为光速，为路径衰减，假定路径衰减对所有天线对都相同。设,其中为传输带宽，则可得基带信道增益为其中，为载波频率。信道可以写成。其中，为发射码元，为噪声，为接受矢量。有时将信道增益矢量,称为信号方向或由发射信号在接收天线阵列上感应出的空间特征图。由于发射机与接收机之间的距离远大于接收天线阵列的尺寸，所以从发射天线到各接收天线的路径为阶并行的，并且其中，为从发射天线到第