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MIMO思想的原理难吗？不难！一句话，只要你懂点线性方程组理论，你就能懂MIMO。
首先讲MIMO信道能支持的数据流数。所谓能支持几个流，理想模型就是说在不考虑噪声，干扰等情况下，接收端根据接收到的数据能唯一正确的确定发送的数据符号。........
MIMO思想的原理难吗？不难！一句话，只要你懂点线性方程组理论，你就能懂MIMO。
首先讲MIMO信道能支持的数据流数。所谓能支持几个流，理想模型就是说在不考虑噪声，干扰等情况下，接收端根据接收到的数据能唯一正确的确定发送的数据符号。假设 t 个发送天线，r 个接收天线，并行发送的数据符号有 L 个（L维向量）。注意L 个符号要向发送天线映射时需要先变换成 t 个符号，如果采用线性映射，那么就是先左乘以一个t*L的矩阵得到t个符号，然后发送。到达接收端的整体效果就是 （r*t)*(t*L)=r*L 的矩阵乘以维数为L的向量。接收端知道所述 r*L 的矩阵和乘积，要还原出发送的L 维的向量。根据线性方程组理论或者向量表示论，该 r*L 矩阵的列向量组无关时，才有唯一解。也就是最后的有效矩阵的秩（ RANK）大于等于 L；又根据矩阵论，矩阵乘积的秩不大于其中任何一个因子的秩。所以，要想支持 L 个流，真实信道矩阵的 RANK 至少要为 L。另外，也可以知道，预编码矩阵的列向量组必须是满秩的。
新浪围脖：@陈小锋_Ricky
家园连载《通信新读---从原理到应用》作者
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线性方程组理论貌似比MIMO的思想还难
为什么从发射端到接收端可以用一个线性映射的矩阵 (r*t)?
实际上双流MIMO只比单流快30-40%, 4流比单流大约快80%, 限制因素是什么? 信道相关性? AS? 在矩阵 (r*t)中如何体现?
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这篇文章只谈怎么决定理论最大流数。性能方面后续会谈，正准备连载一些东西。3x！
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LTE中MIMO信道建模
【北京邮电大学论文栏目提醒】：网学会员--在 北京邮电大学论文编辑为广大网友搜集整理了：LTE中MIMO信道建模 - 其它论文绩等信息，祝愿广大网友取得需要的信息，参考学习。&&&&
北京邮电大学硕士学位论文LTE中MIMO信道建模姓名李飞申请学位级别硕士专业信号与信息处理指导教师田宝玉北京邮电大学硕上学位论文中信道建模中信道建模摘要目前对的研究是移动通信领域研究的热点之一为了提供更高的传输速率各个研究机构不约而同的把多输入多输出技术作为其核心技术。&&&&从目前技术发展来看是增加无线通信系统频谱效率非常有效的一种方法。&&&&充分开发了空间资源利用多个天线实现多发多收在有限的频谱资源上可以实现高速率和大容量从而可以取得极高的频谱效率。&&&&在当前研究的下一代无线通信系统中是不可缺少的关键技术。&&&&通信技术的的研究都是建立在信道模型之上的因此一个与实际传输环境相符合的无线信道仿真模型是必需的。&&&&本文研究了两种信道建模方法一基于相关性的信道模型和基于射线的信道模型。&&&&在第一种信道模型的研究中首先给出了对信道进行建模的步骤然后给出了产生多路瑞利衰落信道的流程和天线之间相关矩阵的生成流程最后得到了不同参数下信道的空间相关性和不同相关性下的信道容量的仿真结果。&&&&在第二种信道模型的研究中首先给出了对信道模型进行仿真的步骤然后讨论了确定信道参数的流程以及计算信道系数的公式此外文中还介绍了该模型的扩展模型阐述了其扩展特性最后得到了一些信道参数和信道特性的仿真结果。&&&&此外本文还将基于相关性的信道模型应用于长期演进链路级仿真中得到了一些误帧率和吞吐量曲线并加以分析。&&&&从结果中可以看出径数、移动台的移动速度、相关性和天线数目等参数都会对系统性能有不同程度的影响。&&&&关键词相关性信道模型北京邮电人学硕‘学位论文中信道建模―??―独创性或创新性声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。&&&&尽我所知除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外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北京邮电大学或其他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己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。&&&&申请学位论文与资料若有不实之处本人签名套毛本人承担一切相关责任。&&&&日期垄关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。&&&&学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘允许学位论文被查阅和借阅学校可以公布学位论文的全部或部分内容可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。&&&&保密的学位论文在解密后遵守此规定保密论文注释本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。&&&&非保密论文注释本学位论文不属于保密范围适用本授权书。&&&&本人签名筌毛日期丛盟至导师签名。&&&&盈冤叠日期翌翌三北京邮电人学硕学位论文中信道建模历史与背景第一章绪论现代社会已步入信息社会人们对通信的需求日益迫切实现在任何时候、任何地方、与任何人都能及时沟通联系与交流信息已成为必然的要求。&&&&移动通信具有终端的可移动性的特点因此它理所当然的成为实现这一目标的最佳选择。&&&&移动通信已成为通信领域中最具有活力、最具有发展前途的一种通信方式。&&&&近年来移动通信确切的说蜂窝式移动通信得到了迅猛的发展。&&&&第一代移动通信系统以模拟式蜂窝网为主要特征是世纪年代末年代初开始商用化的。&&&&它采用频分多址方式实现对用户的动态寻址功能并以蜂窝式网络结构和频率规划实现载频再用方式达到扩大覆盖服务范围和满足用户数量增长的需求。&&&&它存在着频带利用率低、保密性差、移动终端体积大的缺点。&&&&第二代移动通信系统以数字化为主要特征于世纪年代初走向商用。&&&&它在空中接口环节采用了信源压缩编码、信道编码、数字加密、数字调制等数字信号处理技术在多址接入方式上也采用了更加灵活高效的时分多址和码分多址有效的提高了小区容量。&&&&‘第三代移动通信系统以多媒体业务为主要特征它于本世纪初刚刚投入商业化运营。&&&&上世纪末国际电联确定了欧洲、北美的及我国提出的标准作为第三代移动通信的国际标准。&&&&系统相比系统引入了业务的动态性即用户业务既可以是单一的语音、数据、图像也可以是多媒体业务且用户选择业务是随机。&&&&此外系统拥有更高的传输速率、安全性、频谱利用率和系统容量。&&&&技术的出现给移动通信带来了巨大的影响给人们的生活带来了前所未有的体验它使上网冲浪、联网游戏、远程办公等摆脱了场地和环境的束缚实现了真正的无所不在。&&&&但是人们的需求并没有就此停滞大量的市场调研和专家研究表明的的传输速率、的峰值速率已远远不能满足人们未来的需求。&&&&国际化标准组织在年底启动了其长期演进――计划。&&&&北京邮电人学硕士学位论文中信道建模概述的演进目标对项目的工作大体分为两个时间段年月到年月为阶段完成可行性研究报告年月到年月为阶段完成核心技术的规范工作。&&&&为了在未来移动通信技术竞争激烈的环境中处于有利位置项目开始以后作为技术研究工作的基础对演进型系统的市场需求进行了详细的讨论从“系统性能需求、“网络的部署场景、“网络构架”、“业务支持能力’’以及“与现有各个系统的演进和互通关系等方面进行了详细的描述。&&&&是一个高数据率、低时延和基于全分组的移动通信系统其具体目标包括【【实现灵活的频谱带宽配置支持的带宽设置从技术上保证了系统可以使用第三代移动通信系统的频谱设置提高小区边缘传输速率改善用户在小区边缘的体验增强系统的覆盖性能主要通过频分多址和小区间干扰抑制技术实现在数据速率和频谱利用率方面实现下行峰值速率上行峰值速率频谱利用率为的一倍用户平均吞吐量为的倍。&&&&为保证系统在频谱利用率方面的技术优势主要通过多天线技术、自适应调制与编码和基于信道质量的频率选择性调度实现提供低时延使用户平面内部单向传输时延低于控制平面从睡眠状态到激活状态的迁移时间低于从驻留状态到激活状态的迁移时间小于以增强对实时业务的支持进一步增强对多媒体广播和多媒体业务的支持满足广播业务、多播业务和单播业务融合的需求主要通过物理层帧结构、层的信道结构和高层的无线资源管理实现取消电路交换采用全分组的包交换从而提高系统频谱利用率。&&&&但是对语音业务的支持与低时延目标的实现导致了调度和层、层间信令设计上的困难∽实现与第三代移动通信系统和其它通信系统的共存。&&&&北京邮电大学硕士学位论文中信道建模关键技术正交频分复用技术是系统的技术基础与主要特点。&&&&采用一组正交子载波多路并行传输业务数据因而系统的总吞吐率是所有并行子通道数据吞吐率之和。&&&&这样高速率的数据信道就转换为并行的低速率子数据流信道均衡变得相对容易。&&&&此外由于每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽因此每个子信道可看作平坦衰落信道从而消除了符号间干扰。&&&&的基本工作原理是假设输入数据的速率为经过串并变换后分成个并行的子数据流每个子数据流的速率为把每个子数据流中的若干个比特分成一组每组的数目取决与对应子载波上的调制方式。&&&&个并行的子数据流编码交织后进行快速傅立叶反变换将频域信号转换到时域块的输出是个时域的样点再将循环前缀加到个样点前形成循环扩展的新元。&&&&接收端接收到的信号是时域信号此信号经过串并转换后移去然后进行快速傅里叶变换。&&&&从以上的工作原理可以看出系统参数设定对整个系统的性能会产生决定性的影响。&&&&载波间隔是中最基本的参数经过理论分析与仿真比较最终确定为循环前缀的长度决定了系统抗多径干扰的能力和覆盖范围。&&&&系统还定义了两种方案根据具体场景进行选择短方案为基本选项长方案用与支持大范围小区覆盖和小区广播业务。&&&&组织就系统物理下行传输方案很快达成一致采用先进成熟的技术但上行传输方案却争论不断。&&&&考虑到较高的峰均比会增加终端的的功放成本和功率消耗限制终端的使用时间最后上行方案采用了采用峰均比较低的单载波方案。&&&&这两种技术都能较好地支持频率选择性调度。&&&&技术则是中另外一个核心技术它是提高传输速率的最主要的手段。&&&&由于其是本文建模的基础知识将在下一节中详细介绍。&&&&在调制编码方面增加了自适应调制和编码蝴即根据当前的信道的实际情况来自适应地调整调制模式和编码速率从而实现信道容量的最大化。&&&&可以使系统的传输效率得到极大的提高其基本原理是在接收端对数据传输的无线信道进行信道估计并反馈给发射机这样发送端的传输方式就可以根据信道的特性来确定。&&&&在没有的系统中为了保证接收端的服务质量其固定的调制编码方式是根据最差的信道质量来确定的这样在信道质量好的时候就极大地浪费了频谱资源降低了系统效率。&&&&技术利用信道的特性在保证服务质量的前提下自适应地改变传输的方式例如在信道质量好的时候北京邮电大学硕士学位论文中信道建模发送高调制高码率的数据流而在信道质量差的时候发送低调制低码率的数据流甚至不发送任何数据流来降低总的发射功率并提高系统的平均吞吐量。&&&&为了克服无线移动通信系统时变和多径衰落对信号传输的影响系统采用了混合自动请求重传技术。&&&&是将前向纠错和自动请求重传两种差错控制方法结合而产生的。&&&&前向纠错产生的时延较小但存在的编码冗余却降低了系统吞吐量自动请求重传在误码率不大的时候可以得到理想的吞吐量但产生的时延较大不宜提供实时服务。&&&&而地咏可以克服两者的缺点。&&&&中采用两级的自动请求重传协议――位于子层的协议和位于子层的协议。&&&&而随着中系统网络结构的优化和之间的信息交互、跨层优化成为可能并在中备受关注。&&&&接入网在能够有效支持新的物理层传输技术的同时还需要满足低时延、低复杂度、低成本的要求。&&&&原有网络结构显然已经无法满足要求需要进行调整与演进。&&&&在年月的全会上确定了演进通用陆地无线接入的结构接入网主要由演进型和接入网关构成。&&&&是的主要功能是在附着状态选择寻呼信息和广播信息的发送无线资源的动态分配包括多小区无线资源管理设置和提供的测量无线承载的控制无线接纳控制在激活状态的连接移动性控制。&&&&可以看作是一个边界节点作为核心网的一部分。&&&&除上述技术外在同步、小区间干扰抑制、切换、小区搜索和空中接入等技术上也都各有特点。&&&&技术在当今的信息社会中人们对信息需求的急剧增长要求无线通信系统必须能够提供更高的传输速率和更好的传输性能。&&&&由于无线频谱资源的匮乏要达到这些要求就需要通信系统必须有更好的频谱效率。&&&&从目前技术发展来看是增加无线通信系统频谱效率非常有效的一种方法。&&&&充分开发了空间资源利用多个天线实现多发多收在有限的频谱资源上可以实现高速率和大容量从而可以取得极高的频谱效率。&&&&在当前研究的下一代无线通信系统中是不可缺少的关键技术。&&&&即多输入多输出无线传输技术最早是由于年提出来用于对抗多径衰落。&&&&但直到上世纪年代信息论的一些新的研究成果的公布才使技术得到了广泛的关注。&&&&年实验室的和分别提出了多天线信道容量理论理论表明在天线北京邮电大学硕上学位论文中信道建模链路的衰落互相独立的条件下系统的信道容量会随着收发天线的增长而线性增长【。&&&&这一理论突破了传统单天线的信道容量极限展示了系统所具有的巨大的理论信道容量。&&&&例如当发送天线和接收天线数目都为根且平均信噪比为时信道容量可以高达这是单天线系统所能达到容量的多倍。&&&&此后空时编码的提出为实用化迈出了重要的一步。&&&&现有的实验系统已经证明使用空时编码的系统能够获得数倍于现有系统的无线信道容量。&&&&系统工作原理系统不同于现有的单天线系统和智能天线系统其在通信的发送端和接收端均使用多根天线。&&&&系统的基本原理是采用空时编码方式将用户的串行码流通过编码、调制、加权和映射等方式分成多路并行的数据子流并分别由多个天线同时、同频发送接收端用多个天线进行接收并利用估计出的信道传输特性与发送子码流间一定的编码关系对多路信号进行空间域和时间域上的处理从而分离出发送子码流得到发送的原信号。&&&&技术本质上是利用多天线同时发送和接收而形成的多个并行的独立数据子流来提高系统的信道容量和抗衰落能力。&&&&因此数据子流的独立性和数据在各天线间分配方式是影响系统性能的关键因素。&&&&独立数据子流的数目由天线链路问的衰落相关性决定因此在系统中天线链路间的衰落相关性成为影响系统的性能的关键因素之一。&&&&空时编码技术空时编码是技术中的基本问题。&&&&信息论的研究证明了系统具有巨大的理论信道容量。&&&&但是具体如何实现这一巨大的信道容量呢研究表明只有使用空时编码方式对传输信号进行编码然后通过多天线发送和接收才能有效提高系统的信道容量。&&&&目前最具代表性的空时编码有空时块码简称、分层空时码简称和空时格码简称。&&&&空时块码最先是又引入的【‘采用了简单的两天线发分集编码方式。&&&&其实质上是将同一信息经过正交编码从两根天线上发射出去两路信号因此具有正交性在接收端就能够将两路独立的信号区别出来。&&&&这种编码的最大的优势在于采用简单的最大似然译码准则可以获得完全的天线增益。&&&&进一步将两天线推广到多天线的形式提出了通用的正交设计准则。&&&&这北京邮电大学硕士学位论文中信道建模些码可以获得完全的分集增益并且只需要利用线性信号处理进行简单的最大似然译码。&&&&分层空时码最早是由贝尔实验室的等人提出的【。&&&&他们最初提出的对角.
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摘要: 本文主要针对LTE- Advance 系统的需求，在
SCM 模型的基础上，扩展建立了MIMO 信道的
SCME 模型，给出了信道重要参数时延扩展、角度扩
展以及功率实验谱的仿真特性分析，同时给出了
MIMO 系统的信道容量随不同的天线部署方案的变化，可以作为MIMO 其他技术研究的工具，亦可作为
实际系统应用的参考。
&2 0 1 2 年3 月第3 期现代电信科技
ODERN SCIENCE & TECHNOLOGY OF TELECOMMUNICATIONS
····························M现代电信科技
摘要：对于传统的经典信道多天线（MIMO）模型，
空间信道模型（SCM）并不能满足LTE-Advanced
系统对于带宽和载频的需求。文章通过增加传输
路径, 并引入中径的方式将其扩展为扩展的空间
信道模型（SCME），以满足系统更大带宽和更高
载频的需求，并仿真分析模型各个信道参数的统
关键词：LTE-Advanced，多天线，信道模型，
Abstra ct：Since the traditional model SCM can't
meet the needs of bandwidth and carrier frequency
of LTE-Advanced system, this paper extended it to
SCME model by increasing the transmission path
and the introduction of the middle path, to meet the
greater bandwidth and the higher carrier frequency
of system. Then the model is simulated and the statistical
characteristics of channel parameters are analyzed.
Key Words: LTE -Advanced, MIMO, Channel
Model, SCME
LTE- Advanced MIMO 信道建模
及其仿真分析
张伟北京邮电大学信息与通信工程学院硕士研究生
韦再雪北京邮电大学信息与通信工程学院讲师
杨大成北京邮电大学信息与通信工程学院教授
2008 年，3GPP 在其提出的LTE- Advanced 系统报告
中指出其最小需求为：下行峰值速率1 Gbit/s，上行峰值速
率500 Mbit/s； 上下行峰值频谱利用率分别达到15
Mbit/s/Hz 和30 Mbit/s/Hz。要达到如此高的传输速率和频
谱利用率，能有效提高信道容量和频谱效率的经典信道多
天线（MIMO: Multiple Input Multiple Output）技术理所当然
的成为了LTE- Advanced 系统的核心技术之一。
MIMO 技术通过扩展空间维度，开辟更多的空间信道，
从而大幅度提高信道容量。在对MIMO 技术的研究中，主
要集中在MIMO 收发技术、空时处理算法等上面，而这些
研究工作均需要通过足够精确的MIMO 信道模型来进行
评估分析。3GPP 组织曾于2003 年提出了空间信道模型[1]
（SCM: Spatial Channel Model），但其最大工作带宽为5
MHz，最高载频为2 GHz，远远不能满足系统的需求。
在2005 年WINNER 项目中，将SCM模型扩展至支持最高
带宽100 MHz，最大载频6 GHz 的SCME[2]模型。ITU 组织
在2008 年提出了IMT- Advanced 系统下的M.2135 信道模
型[3]，其载频为2 GHz 到6 GHz，所支持的目标带宽为100
MHz。2010 年3GPP 组织在此基础上给出了适用于
LTE- Advanced 系统扩展的空间信道（SCME：Spatial ChannelModel
Extension）信道模型[4]。
本文第一部分简单介绍了SCME 模型；第二部分重点
叙述了SCME 模型建模流程；然后在第三部分中给出
MSTT March 2 0 1 2
····························
中径# 子径集功率附加时延
1 1 ,2,3,4,5,6,7,8,1 9,20 1 0/20 0 ns
2 9,1 0,1 1 ,1 2,1 7,1 8 6/20 5 ns
3 1 3,1 4,1 5,1 6 4/20 1 0 ns
SCME 的重要参数的仿真结果，最后给出结论。
1 SCME 模型概述
U×SMIMO 信道示意如图1 所示。
在SCME 模型中，对于每对收发天线之间的链
路，用若干散射簇描述信道中的可分辨时延路径，对
于不可分辨时延子径则用一些射线来表征，最后在
接收端将信号叠加。假设一个MIMO 系统的接收端
有U 根天线，发送端有S 根天线，其MIMO 信道的
时域冲激响应U×S 矩阵由式（1）给出。
矩阵中，t 是时间，N 是每收
发天线对之间的路径数（即模型中散射簇的数目），n
是路径索引。对于第n 条路径，其信道系数为聚合的
不可分辨时延的射线之和，如式（2）。
Frx，u，V 和Frx，u，H 分别为第u 根天线元的垂直和水
平极化场模式，αn，m，VV 为第n 径中的第m 子径发送
端的垂直极化分量到接收端的垂直极化分量的复合
增益，而αn，m，VH 为第n 径中的第m子径发送端水平
极化分量到接收端垂直极化分量的复合增益。是
离开角度的单位矢量， 是到达角度的单位矢
量。和分别为第s 和第u 根天线元的位置矢
量，n，m 则是对应子径的多普勒频率分量。
在SCME 模型中，为了支持更高的带宽，在
SCM模型的基础上引入了中径的概念，将可分辨路
径下的20 条子径再分子集。尽管文献[2]给出了针对
建模场景的中径分集方式，但是其分集相对复杂，同
时根据文献[3]和[4]的建议，在将可分辨路径数由6
径扩展至相应的径数（详见表1）的情况下，仅需在
功率最强的两径中引入中径就能够提供足够的仿真
精度，其中径组合方式见表2。仿真中，重点关注以
下场景：市区微小区（UMi: Urban Microcell）,市区宏
小区（UMa: Urban Marcocell）,郊区宏小区（RMa：Rural
Marcocell），并针对视距（LOS: Line of Sight）和非
视距（NLOS: Non Line of Sight）两种情形进行仿真。
2 SCME 建模流程
在陆地环境下，影响信号传播的因素分为以下
三个不同的类型：一是路径损耗，二是阴影遮蔽及散
射导致的慢衰，三是多径导致的信号快衰。其中路径
损耗在参考文档[4]的附录B 中给出了针对不同场
景的详细的计算模型，故在此不再赘述。本文对
SCME 的建模重点考虑第二和第三两个因素。
SCME 模型为基于射线的几何双向模型，其在
建模时并不严格指定场景中散射簇的精确位置，但
是需要详细描述子径的各个参数，如时延、功率、角
图1 MIMO 信道示意
- ? ??

;

ht -ht- -
?
UMi UMa RMa
LOS NLOS LOS NLOS LOS NLOS
1 2 1 9 1 2 20 1 1 1 0
表1 各场景下的可分辨路径数[4]
表2 各场景下中径相关参数[4]
2 0 1 2 年3 月第3 期现代电信科技
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····························M现代电信科技
表3 仿真参数假设
市区宏小区（UMa）
市区微小区（UMi）
乡村宏小区（RMa）
天线阵列线性排列
基站/ 用户端天线模式定向/ 全向
带宽1 0 MHz
基站天线间距0.5/4/1 0(波长)
接收端天线间距0.5 波长
图2 SCME 总的建模流程
度等。另外模型还支持传播参数与天线的分离，这样
仅需采用同一种数学框架，只需要设定不同的场景
或者天线参数，就可以描述不同场景、任意天线结
构、各种传播条件下单链路或者多链路的信道模型。
在具体实现时，SCME 信道模型是可以有两到
三级的随机量的统计模型。第一级：大尺度参数，包
括阴影衰落、时延扩展和角度扩展及莱斯K 因子，
阴影衰落和莱斯K 因子为服从正态分布的统计值，
而时延扩展、角度扩展则服从对数正态分布，同时采
用参考文献[5]提出的WINNER 模型中的建议，使用
指数模型的滤波器来引入大尺度参数之间的自相关
性。第二级：小尺度参数，时延、功率、到达角和离开
角，是由其各自分布函数的随机量以及对应的大尺
度参数共同得出。在这级随机量中加入了基于射线
传播的一些几何设定，唯一的自由变量是随机初始
化的簇相位。通过随机选取不同的初始相位，就可以
生成无数的模型。当初始相位也确定后，就不再有随
SCME 主要的仿真建模流程如图2 所示。
3 SCME 模型仿真结果分析
3.1 仿真假设
SCME 模型的仿真与SCM类似，也是建立在快
照的思想上。一次快照是指在一段特定时间内的仿
真运行，在这段特定时间内，除了由子径相位变化导
致的快衰落和多普勒频移之外，其他的随机参量不
再改变，即认为信道状态相对稳定。一个独立的快照
内的常量有：功率、时延、子径方向。在一次仿真中，
需要根据场景设定和评价要求来选择合适的快照数
及快照长度。SCME 模型运行用户通过多次快照的
仿真来得到具有代表性的统计结果，但其中连续的
快照是相互独立的。在本文中，重点对城区微场景
UMi、城区宏场景UMa、乡村宏场景RMa 三个场景
进行仿真对比。
仿真条件如表3 所示。
3.2 仿真结果及分析
3.2.1 时延扩展特性
均方根时延扩展是无线信道的重要参数之一，
它可以反映信道的相关带宽，其作用为：频率间隔靠
的很近的两个衰落信
号存在不同的时延，
这可以使两个信号变
的相关，使得这一情
况经常发生的频率间
隔即取决相关带宽，
当信号带宽小于相关
带宽时，发生平坦衰
落，信号波形不失真；
当信号带宽大于信道
相关带宽时，发生频
率选择性衰落，信号
MSTT March 2 0 1 2
····························
波形会有严重失真。其具体统计参数见下表4。
由于时延扩展是服从对数正态分布，因而测量
时将时延扩展取对数，并不影响其相互之间的关系。
图3 给出了非视距条件下的时延扩展的CDF 曲线
图（视距条件下类似）。我们可以很明显地看到市区
宏小区的时延扩展是最大的，其次为市区微小区，最
小的是乡村宏小区。这是因为乡村宏小区场景下，散
射体相对较少，且分布相对均匀；而在市区场景下，
散射体较多，且分布不均匀。市区微小区相对市区宏
小区而言，由于范围较小，可以认为散射体距离接收
端更近，因而时延扩展要小一些。仿真结果与统计值
较为一致。
3.2.2 角度扩展特性
角度扩展为MIMO 系统中必须要考虑的参数，
因为多天线系统中不同位置的天线经历的衰落不
同，就必然会产生空间选择性衰落。角度扩展即为描
述空间选择性衰落的重要参数，与角度功率谱有关，
角度扩展等于角度功率谱的二阶中心矩的平方根。
角度扩展越大，表明散射环境越强，空间色散越高。
图4 和图5 分别给出了无直射路径情况下的发射角
和到达角CDF 曲线。其统计参数如表5 所示。
图5 各场景下到达角扩展CDF 曲线
图4 各场景下发射角扩展CDF 曲线
表5 角度扩展的相关统计参数[4]
市区微小区
市区宏小区
乡村宏小区
视距非视距视距非视距视距非视距
对数离开角
扩展（log1 0(
均值1 .20 1 .41 1 .1 5 1 .41 0.90 0.95
方差0.43 0.1 7 0.28 0.28 0.38 0.45
对数到达角
扩展（log1 0(
均值1 .75 1 .84 1 .81 1 .87 1 .52 1 .52
方差0.1 9 0.1 5 0.20 0.1 1 0.24 0.1 3
图3 非视距条件下的时延扩展CDF 曲线
表4 时延扩展的相关统计参数[4]
市区微小区
市区宏小区
乡村宏小区
视距非视距视距非视距视距非视距
均值- 7.1 9 - 6.89 - 7.03 - 6.44 - 7.49 - 7.43
方差0.40 0.54 0.66 0.39 0.66 0.39
2 0 1 2 年3 月第3 期现代电信科技
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图8 非视距条件下市区宏小区的信道容量
图7 视距条件下的功率时延
图6 非视距条件下的功率时延
与时延扩展类似，角度扩展统计值服从的也是
对数正态分布，因而我们将测量的角度扩展取对数
并不影响其相互之间的关系。由图4 和图5 可以看
出，由于市区环境下散射体要远远多于乡村环境，分
布也更为不均匀，故而市区环境下的角度扩展要远
大于乡村场景下的角度扩展，而市区宏小区和微小
区的角度扩展则相差不大，这与角度扩展的统计值
3.2.3 功率时延谱
在10 MHz 的仿真带宽条件下，则以市区宏小
区UMa 场景为例，2×2 的天线配置下测得的其中
一对天线之间的可分辨路径的功率时延谱如图6 和
由图6 和图7 可以看出，信号的能量主要集中
在时延较低的部分，时延越大，功率相对较小，而在
信道中存在直射路径的情况下，由于莱斯因子k（直
射路径分量所占比重）相对较大（均值为9），故信号
的能量大部分集中在直射路径中。
3.2.4 信道容量
MIMO 信道的信道容量取决于很多因素，在仿
真中，我们假设接收端可以通过信道估计获得信道
状态信息，虽然发送端也可以通过反馈等方式获得
信道状态信息，但是往往比较复杂。为了简化分析，
故而假设发送端无法获得信道状态信息。同时由于
MIMO 信道具有时变性，则信道容量也是时变的。在
仿真中，我们对每一个子帧（1 ms）仿真500 次，并计
算其平均信道容量。在等功率分配的前提下，其信道
容量的计算如式（3）。
式（3）中Nr 为接收天线的数目，Nt 为发送天线
的数目，ρ 为信噪比，H 为信道系数矩阵，即为式1。
由于MIMO 系统主要是引入了空间分集，通过
空间分集来增加信道容量，其信道容量主要由收发
端天线数目、场景的散射环境、天线的相关性以及直
射路径的影响等因素来决定。
增加天线数目，可以很明显地增加信道容量。这
里，以非视距条件下的市区宏小区场景为例来说明。
由图8 可以看出，当增大天线数目时，由于开辟
了更多的空间传输信道，无论是否存在直射路径，均
可以很明显地增大信道容量。
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图11 视距条件下UMa 场景中信道容量与天线间距
之间的关系图
图10 非视距条件下UMa 场景中信道容量与天线间距
之间的关系图
当信道中存在直射路径时，信道衰落服从莱斯
分布，则信道容量将在很大程度上由莱斯因子K 来
决定；当信道中不存在直射路径时，信道容量则更多
地由场景的散射环境来决定。图9 给出了不存在直
射路径时，三个场景在2×2 天线配置下的信道容
由图9 可知，同样配置下，当不存在直射路径
时，市区场景的信道容量很明显地大于乡村场景的
信道容量，这是由于市区场景下，散射体较多，其散
射环境更强。而市区宏小区和市区微小区由于其散
射环境近似，故而信道容量相差不大。散射环境的强
弱也可以通过角度扩展表征，由表5 中的角度扩展
统计值也可以看出乡村宏小区RMa 场景下的统计
角度扩展均值最小，即其散射环境最弱；而市区宏小
区UMa 和市区微小区UMi 场景下统计角度扩展均
值相差不大，即其散射环境比较接近，均比乡村宏小
区RMa 场景散射环境要强。
当增大天线间距，即减小天线之间的相关性时，
同样可以增大信道容量。以拾取宏小区UMa 场景为
由图10 和图11 两幅图可以看到，当基站天线
间距由0.5 倍波长增加到4 倍波长时，可以很明显
地增加信道容量，而4 倍波长的间隔已经可以使天
线相关性降到足够小的地步，再增加天线间距时，天
线相关性已经不是影响信道容量的主要因素之一，
故而间距由4 倍波长增加到10 倍波长时，对于信道
容量的提升并不明显。
本文主要针对LTE- Advance 系统的需求，在
SCM 模型的基础上，扩展建立了MIMO 信道的
SCME 模型，给出了信道重要参数时延扩展、角度扩
展以及功率实验谱的仿真特性分析，同时给出了
MIMO 系统的信道容量随不同的天线部署方案的变
图9 非视距条件下各场景的信道容量
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2 0 1 2 年3 月第3 期现代电信科技
ODERN SCIENCE & TECHNOLOGY OF TELECOMMUNICATIONS
····························M现代电信科技
个载波上所有天线的最大功率之和。
从以上的分析中我们可以看到，小区间干扰控
制技术从最初开始时的以频率协调为主逐渐演变为
频率协调和功率控制相结合。随后由于引入小区间
负载情况的通信，使得标准化的热点也转变到了OI
和HII 等指示符上。这些提案的引入、讨论和标准化
将使得小区间干扰控制技术更加完善与健壮，从而
将会大大提高LTE 系统的性能，特别是提高小区边
缘用户的性能。
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33】优领域
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