MIMO channel modeling in wireless communications and its applications
Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2011
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| Format: | UnknownFormat |
| Sprache: | eng |
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Ilmenau
2011
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| Online Zugang: | Inhaltsverzeichnis Kurzbeschreibung |
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Tag hinzufügen | Zusammenfassung: | Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2011 Die vorliegende Dissertation behandelt die Kanalmodellierung für frequenz-selektive und zeitvariante Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Funkkanäle sowie deren Anwendungen. Die Arbeit kategorisiert Kanalmodellierungs-Verfahren und stellt die Vor-und Nachteile der häufigsten deterministischen, analytischen, sowie hybriden Kanalmodelle bezüglich Genauigkeit, Komplexität und möglicher Anwendungen, gegenüber. Existierende analytische Kanalmodelle konzentrieren sich ausschließlich auf die räumlichen Korrelationseigenschaften am Sender und Empfänger ohne gleichzeitig die Korrelation in Zeit und Frequenz zu betrachten. Dieses Problem wird mit Hilfe eines Unterraum-basierten analytischen Kanalmodells für frequenz-selektive und zeitvariante MIMO-Funkkanäle gelöst, welches die Korrelationseigenschaften in allen vier Kanaldimensionen gleichzeitig modelliert. Im Rahmen der Entwicklung des Beyond 3G (B3G) Wireless World INitiative New Radio (WINNER) Systems entstand der Bedarf nach einem passenden B3G-Kanalmodell. Trotz der dringenden Notwendigkeit für ein solches Modell war zu diesem Zeitpunkt keines der existierenden Kanalmodelle geeignet. Deshalb wurde im ersten Schritt die Spatial Channel Model Extension (SCME) entwickelt, welche eine B3G-Erweiterung des 3GPP Spatial Channel Models (SCM) darstellt. SCME ist ein Beispiel dafür, wie ein existierendes Kanalmodell erweitert werden kann, um den Anforderungen eines neuen Systems gerecht zu werden. Im Anschluss wurde das WINNER-Kanalmodell entwickelt, welches Multi-User MIMO (MU-MIMO) Simulationen sowohl auf Systemebene als auch auf Linkebene für eine Vielzahl an Umgebungen und Kommunikations-Szenarien des WINNER-Systems unterstützt. Die Neuartigkeiten dieses Kanalmodells sind die realistische Modellierung der gleichzeitigen zeitlichen Variation von Kanalsegmenten, die gegenseitige Abhängigkeit der langsam veränderlichen Parameter, die Unterstützung für nomadische Kanalmodelle und die Verwendung dreidimensionaler Gruppenantennen. Die Analyse von Kanälen für mehrere mobile Satellitenfunksysteme ist das nächste Thema der Arbeit. Die Satellitenkanäle für mobile Empfänger werden mit Hilfe von zwei Prozessen modelliert: Der erste Prozess modelliert den langsamen Schwund mit Hilfe einer Markov-Kette, während der zweite Prozess die Statistik der Signalamplitude modelliert. Der Nachteil der bisherigen Modellierungsansätze für den schwachen Schwund ist die Annahme, dass die Markov-Kette nur erster Ordnung ist. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass diese Idee auf unrealistische Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen der Verweildauern in den Zuständen führt. Weiterhin beachtet keines der existierenden Kanalmodelle die richtige gemeinsame Modellierung der Verweildauern in den Zuständen und der Korrelationen zwischen den Satelliten. Um diese Probleme zu lösen wird ein dynamisches Markov-Kanal Zustandsmodell höherer Ordnung für Verbundprozesse eingeführt. Dieses Modell hängt von der aktuellen Zustandsverweildauer ab und kann die Korrelation zwischen mehreren Kanälen erfassen. Darüber hinaus werden sehr effiziente Approximationen dieses Modells diskutiert. Die Erhöhung der Leistungsmarge der Satellitenverbindung erlaubt den Empfang dieser Signale in Gebäuden. Die entsprechende Leistungsverbesserung durch die Verwendung von Gruppenantennen am Empfänger wurde bislang nicht ausreichend untersucht. Deshalb wird in der vorliegenden Arbeit die räumlich-zeitliche Verfügbarkeit von Satellitensignalen in Gebäuden analysiert. Insbesondere wird dabei die Leistungsfähigkeit von Ein- und Mehrantennenempfängern mit verschiedenen polarimetrischen Richtcharakteristiken und Kopplungseffekten für verschiedene Elevationswinkel der Satelliten sowohl theoretisch als auch mit Hilfe von Messdaten untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die räumliche Diversität sowie die Polarisations-Diversität, die durch die zusätzlichen Antennenelemente gewonnen wird, als auch die räumliche und zeitliche Variation der Empfangsleistung deutlich reduziert. Die Auswahl der spezifischen Antennenkonfiguration, die die beste Verfügbarkeit erreicht, ist dabei abhängig von der Polarisation des Sendesignals und der Empfangsantennen, den Ausbreitungsbedingungen (Line Of Sight (LOS) oder Non Line Of Sight (NLOS)), sowie dem Elevationswinkel des Satelliten. Im letzten Teil der Arbeit wird gezeigt, wie die Erfahrungen aus einem Gebiet wie der Kanalmodellierung genutzt werden können, um auch Aufgabenstellungen aus anderen Gebieten zu lösen. Um dies zu demonstrieren, werden basierend auf den Erfahrungen aus der Kanalmodellierung, Algorithmen zur Kanalprädiktion und der Kanalinterpolation entwickelt. |
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| Beschreibung: | XVIII, 218 S. Ill., graph. Darst. |