Non-Stationary indoor MIMO radio channels

Abstract

Das Ziel dieser Dissertation ist zu untersuchen bis zu welchem Grad MIMO Kanäle in Gebäuden als stationär angesehen werden können. Zu diesem Zweck untersuche ich MIMO Messungen in einem Büroraum-Szenario und am Wiener Flughafen bei 2.45GHz und 5.2GHz Mittenfrequenz. Ich betrachte verschiedene Metriken zur Messung der Nicht-Stationarität und führe die Distanz zwischen Korrelationsmatrizen als geeignete Metrik ein. Einerseits deckt diese Metrik die wesentlichste Eigenschaft von MIMO Kanälen, nämlich die räumliche Struktur, ab, andererseits kann sie einfach auf gemessene Kanäle angewendet werden.<br />Die Messungen analysiere ich auf bezüglich Nicht-Stationarität des Kanals wobei ich verschiedene Aspekte betrachte. Das inkludiert die Kapazität des Kanals, die räumliche Struktur und auch den Einfluß der Nicht-Stationarität auf die Leistungsfähigkeit des MIMO Übertragungsverfahren. Es zeigt sich das der MIMO Kanal in Gebäuden nicht a priori als stationär angesehen werden kann. In einem Szenario mit einer fixen Basisstation und einem beweglichen Mobilteil muß zwischen Abwärts- und Aufwärtsstrecke unterschieden werden. Die räumliche Struktur das Kanals bei der Basisstation bleibt relativ konstant bei Bewegung des Mobilteils, die räumliche Struktur deas Kanals beim Mobilteil allerdings nicht. Das beeinflußt direkt die Abwärts- und die Aufwärtsstrecke. Personen die sich im Szenario bewegen scheinen im wesentlichen nur als als Blocker auf, d.h. sie tragen nicht wesentlich zur räumlichen Struktur des Kanals bei.<br />

The main goal of this thesis is to investigate to what degree indoor MIMO radio channels can become non-stationary. For that purpose I investigate indoor MIMO measurements performed in an indoor office environment and at the Vienna International Airport at 2.45GHz and 5.2GHz centre frequency. I consider different metrics for measuring the non-stationarity of the channel and introduce the correlation matrix distance as suitable metric. On the one hand it covers the main aspect of MIMO channels, i.e. the spatial structure, on the other hand, it can easily be applied to measured channels.<br />I analyse the measurements regarding different aspects. This includes capacity, the spatial structure of the channel and the influence of the non-stationarity on the performance of a MIMO transmission scheme. It turns out that the channel cannot be assumed to be stationary, a priori.<br />For a scenario with a fixed base station and a moving mobile it becomes necessary to distinguish between downlink and uplink transmission.<br />Whereas the spatial structure of the channel at the base station stays relatively constant for movements of the mobile, this cannot be assumed for the spatial structure of the channel at the mobile. This directly influences downlink and uplink transmission. People that are moving in the environment are found to act mainly as blockers, hence they do not significantly contribute to the spatial structure of the channel.<br />