Characterization of the Wireless MIMO Channel

Abstract

In meiner Dissertation beschreibe ich den Mobilfunkkanal für Mehrantennensysteme. Dafür analysiere ich Messungen und stelle ein neues Kanalmodell vor. Der erste Teil meiner Dissertation gibt eine allgemeine Einführung in den Mobilfunkkanal.<br />Der zweite Teil befasst sich mit den von mir durchgeführten Messungen und deren Auswertung. Ich beschreibe die verwendete Hardware und erkläre funktionelle Unterschiede der verwendeten Messysteme, gefolgt von einer Beschreibung der Messumgebungen. Im Rahmen meiner Dissertation beschränke ich mich auf Messungen in urbanen Makrozellen und Picozellen in Büroumgebungen und Hallen. Die Analyse dieser Messungen zeigt mittlere MIMO Kapazitäten von bis zu 11 bits/s/Hz für ein 4x4 System bei einem SNR von 10dB. Co-polarisierte Antennensysteme weisen dabei die höchsten Kapazitäten auf. Doppelt polarisierte Antennensysteme and der Mobilstationsseite zeigen annähernd die gleichen Kapazitätwerte, sind aber robust gegen Drehungen der Mobilstation.<br />Im Hauptteil meiner Dissertation beschreibe ich meine Implementation eines Kanalmodell basierend auf dem GSCM-Konzept. Mein Modell besitzt eine modulare Struktur mit klar definierten Schnittstellen. Ich stelle das neuartige Konzept der Zwillingscluster vor und beschreibe mein Konzept zur Platzierung und Gewichtung von interagierenden Objekten.<br />Im letzten Kapitel validiere ich mein Kanalmodell mit Hilfe der Auswertungen meiner Messungen und Kanalcharacteristika aus der Literatur.

My thesis describes the characterization of the wireless MIMO channel via the analysis of measurement data and the introduction of a new channel model. At first a short introduction to the wireless MIMO channel is given. The second part is dedicated to MIMO measurements and their evaluation.<br />I start with a description of the measurement hardware and its functionality. The measurement scenarios are described thereafter. I have chosen macro cellular urban areas as well as picocell areas in office environments and halls. The evaluation of these measurements shows a mutual information of up to 11 bits/s/Hz for a 4x4 system at 10dB SNR on average. It turned out that co-polarization of transmit and receive antenna results in the highest mutual information but dual-polarized antenna arrays at the mobile terminal side show nearly the same high values for the mutual information but are resistant against rotations of the mobile terminal.<br />The main contribution of my thesis is the introduction and implementation of a new channel model. I am using the GSCM approach for my model. At first I define a structure for my model based on functional modules and clearly defined interfaces in between. The novel twin-cluster concept for the placements of clusters is introduced and a concept for the placement and weighting of interacting objects is described.<br />In my last chapter the whole model is validated against results of my own MIMO measurements and channel characteristics found in literature.