大規模MIMO系統信道容量的影響因素本文研究了大規模MIMO信道容量的影響因素。首先建立了空間衰落相關信道模型并響[1,2,3]。這些文獻給出了存在空間相關時MIMO信道容量的計算表達式和結果，文獻容量的下降。所以信道矩陣的空域相關性是影響信道容量的重要因素，高度相關性會降低2空間信道模型均勻分布。由于發射天線和接收天線周圍散射體的不同導致信號經過不同的衰落到達不同位置的接收天線，天線所處的位置不同會導致接收信號的幅度不同，用角度功率譜(PAS)譜來描述不同到達角度的來波功率，角度擴散會導致信道的空間選擇性衰落。到達角定義為射線與陣列法線的夾角，如圖1所示，圖1天線接收散射信號示意圖典型的角度功率譜有均勻分布、高斯分布和拉普拉斯分布。達波角服從均勻分布。是平均到達角度，△是角度擴散(AS)的范圍。高斯分布描述角度擴散的程度：拉普拉斯分布Q=1/L-exp(-定義如圖2所示3空間相關性下面研究不同PAS模型下電壓相關系數與天線之間歸一化間距的關系。圖3顯示了三比較三條曲線可以發現，拉普拉斯分布下的相關系數的震蕩要寬一些，下降趨勢也緩慢。圖4表明對于相同的天線間隔，均勻分布下，相關系數的實部R隨角度擴散范圍△的增大而減小。圖5顯示了高斯分布下，相關系數實部R,.隨著角度擴展σ的的增大而減小。以上兩幅圖表明天線所處的散射環境散射越豐富，空間相關性越小。圖6顯示了拉普拉斯分布下，|隨著平均到達角的增大而增大。為了減小空域相關性，應該減小名，調整天線陣列方位，盡量使平均來波方向平行于陣列的法線方向[8]。在本文的信道模型中，空域相關性的計算與天線的移動方向沒有關系，運動方向只會對4不同天線布局下的信道容量服從瑞利衰落的N×M的MIMO信道矩陣H,信道容量為是隨機變量，所以C也是隨機變量，從統計意義上對隨機變量的容量求均值，定義遍歷信道容量9是天線布局的函數。將天線排布限制在直徑相同的圓內，即任意兩個天線之間的間距的最大值相同，下面考慮兩種天線布局的遍歷信道容量。第一種是天線排布在幾何圖形的外圍輪廓上，第二種是天線均勻分布在所幾何圖形覆蓋的區域上。A天線排布在外圍圖7接收天線分布在外圍考慮三種幾何圖形，天線均勻分布在直線、圓形和橢圓形的圓周上，如圖7所示。圖8顯示了128×128MIMO天線在p=20dB,△=π均勻分布時的遍歷信道容量。當最大間距d趨于0時，多根天線匯聚成單根天線，不同的天線布局之間的差異減小，信道容量也趨于一致；當最大間距d逐漸增大時，天線間的相關性減弱，信道容量趨于天線間相互獨立時的信道容量。圓陣的容量大于橢圓陣大于線陣。圖9表明了信道容量隨角度擴散范圍△的增大而增大，這是因為相關性隨△的增大而減弱了。圖10表明了信道容量隨角度展σ的增大而增大，這是因為相關性隨σ的增大而減弱了。圓陣增大的幅度大于橢圓陣，大于線陣。信道容量還會隨著平均到達角名的變化而變化。圖11顯示了來波到達天線的側射方向(BS)和端射方向(EF)(即%=0°,名=90°)三種天線布局的遍歷信道容量隨信噪比的變化。天線間的最大間距d=10。圓陣的信道容量最大，且側射方向和端射方向的信道容量曲線重合，因為圓陣是中心對稱圖形，對到達角的方向并沒有選擇性。橢圓陣和線陣在到達角為端射方向的信道容量都要小于側射方向的，這是因為前面分析過的隨著到達角的增大，空域相關性增大，所以信道容量減小。線陣從到達角為端射方向到側射方向下降的信道容量比橢圓陣下降的幅度更大，這是因為線陣的幾何圖形不如橢圓陣更加中心對稱，相關性的變化更劇烈，對到達角的選擇性也更高。B天線排布輪廓所圍成的區域內圖12考慮三種布局，如圖12所示，天線分布在圓盤、正方形和矩形上。圖13是d/λ圖13布在圓圈上和圓盤內的信道容量，從圖14可以發現兩者相差不大，圓盤略大于圓圈。容量圖15表示在天線間最大間距為d/λ=10,p=20dB隨著天線數目的增大，各種天線布局的信道容量也隨之增大，天線數目小于90時圓陣信道容量增大的幅度最大，其次是圓本文研究了存在空域相關性的MIMO信道的信道容量，考慮了天線間距、角度擴展、天線陣列方位、天線布局對空域相關性的影響，隨著相關系數的增大，信道容量會降低。空域相關性取決于天線的布局和所處的散射環境。仿真結果表明在相同的天線孔徑下，圓陣具信道容量越大。天線排列在圓周上和排列在圓周圍成的區域內信道容量相差不大。[3]SaeedMA,AliBM,IsmailM,etal.Effectsofspatialcorrelationandassociatedparameterson2007,27(4):290-294.[5]ForenzaA,HeathRW.ImpactofantennageometryonMIMOcommunicationinindoorclusteredchannels[C]//AntennasandPropagationSocietyInternationalSymposium,2004.IEEE.IEEE,2004,2:1700-1703.[6]SohulMM.ImpactofAntennaarrayGeometryontheCapacityofMIMOCommunicationSystem[C]//ElectricalandComputerEngineering,2006.ICECE'06.InternationalConferenceon.IEEE,2006:80-83.[8]LiX,NieZ.EffectofarrayorientationonperformanceofMIMOwirelesschannels[J].AntennasandWirelessPropagationLetters,IEEE,2004,3(1):368-371.[9]Paulraj,Arogyaswami,RohitNabar,andDhananjayGore.Introductiontospace-timewirelesscommunications.Cambridgeuniversitypress,2003.[10]ErtelRB,CardieriP,SowerbyKW,etal.Overvi