近距离多天线无线通信关键技术研究

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1、品；Ｉ４各种成Ａ葦｜ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡＩ博±学位论文ＤＯＣＴＯＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮｍｉ．ｍ３ｖｖｉｔｏｍ：，｜．一｜＇：Ｉ皆＾扇Ｖ．：ｒ论文题目近距离多天线无线通信关键技术妍究￣￣￣￣＾＾Ｂ：．＇；Ｔ学科专业通信与信息系统学号２０１０１１２６０１０７作者姓名蒲旭敏指导教师唐友喜教授独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及

2、取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加！＾标注和致谢的地方夕ｈ，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子种技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名；月曰：曰期ｆ论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文，的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可Ｗ将学位论文的全、部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印缩印或

3、扫描等复制手段保存、汇编学位论文。作（保者密答的学位论文在解密后应遵守此规定）名：郁／）＾曰期；シ。／年月曰（分类号密级注1UDC学位论文近距离多天线无线通信关键技术研究（题名和副题名）蒲旭敏（作者姓名）指导教师唐友喜教授邵士海教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博士学科专业通信与信息系统提交论文日期2015年9月论文答辩日期2015年12月学位授予单位和日期电子科技大学2015年12月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。ResearchonKeyTechnologiesofShort-Rang

4、eMulti-AntennaWirelessCommunicationsADoctoralDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:CommunicationandInformationSystemAuthor:PUXu-minSupervisor:Prof.TANGYou-xiProf.SHAOShihaiSchool:NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonCommunications摘要摘要新

5、一代移动通信系统对低功耗、泛在接入、极高频谱效率的迫切需求，驱动了近距离多天线通信场景所占的比例越来越大。其突出特征是多天线阵列尺寸与收发通信距离可以比拟，电磁信号传播的球面特征表现的更加充分，不再适合采用远距离通信中的平面波假设。但是，目前对于球面波特征下的近距离多天线信道的通信能力和实现其通信能力的关键技术还处于探索阶段。为此，本文围绕这两方面的内容开展了初步的研究工作。在评估“通信能力”方面，重点研究了近距离多天线信道的空间自由度和信道容量，给出了近距离天线位置与容量界限的内在关系；在“实现通信能力的关键技术”方面，通过优化天线阵元位置，提高了近距离多天

6、线LOS信道的容量，以及提出了最大化近距离多天线信道容量的预编码传输。具体工作包括：首先，研究了近距离多天线信道容量。利用球面波模型，推导了发射端未知信道状态信息下多发两收近距离LOS信道容量的解析表达式，在此基础上给出了两发两收近距离LOS信道容量的概率密度函数、累积分布函数和均值容量的解析表达式，以及富散射环境中多发两收近距离Ricean衰落信道的遍历容量。理论和仿真结果表明：近距离多天线LOS信道容量由波长、发射天线数、阵元间隔、收发通信距离和阵列方向决定，并且随着这些参数剧烈的波动；近距离多天线LOS信道容量的空间统计信息由收发阵列孔径乘积与收发通

7、信距离的比值决定，随着比值的增大，获得更高容量的概率随之增加；富散射环境下多发两收近距离Ricean衰落信道的遍历容量完全由RiceanK因子和天线阵元位置所决定，可通过合理设计天线阵元位置得到最大的遍历容量。特别的，在三发两收的天线阵列中，当信噪比为20dB，RiceanK因子为5dB时，通过优化天线阵元布局，能达到最大容量12.85bps/Hz。其次，研究了近距离多天线LOS信道的空间自由度。利用球面波模型，分别研究了三维空间中远距离和近距离多天线LOS信道的空间自由度。理论和仿真结果表明，在单极化线性阵列下的远距离多天线LOS信道中只能得到一个空间自由

8、度，然而在近距离多天线LOS信道中可通