MIMO系统设计与实现
目录
1 绪论 1
1.1 MIMO通信系统概述 1
1.2 MIMO通信系统仿真的发展现状和研究背景 1
1.2.1 MIMO技术发展现状 1
1.2.2 MIMO系统的研究趋势 2
1.3 本文主要工作及内容安排 3
2 MIMO通信系统理论基础 3
2.1 MIMO技术基本原理 3
2.2 无线信道 5
2.2.1 信号传播方式 5
2.2.2 信号衰落 6
2.3 空时编码技术 8
2.3.1 空时编码系统模型 8
2.3.2 Alamouti空时编码 9
2.4 MIMO通信系统模型 10
2.5 MIMO通信系统信道容量 10
3 基于Matlab的MIMO系统仿真 12
3.1 Matlab仿真系统简介 12
3.2 MIMO通信系统容量仿真 12
3.3 仿真程序方案 13
4 MIMO仿真系统比较 15
4.1 不同系统的10%中断容量仿真 15
4.2 不同系统的遍历容量仿真 16
4.3 MIMO系统信道容量概率分布仿真 16
4.4 SISO、SIMO和MISO信道容量 18
4.4.1 单输入单输出的SISO系统 18
4.4.2 单输入多输出的SIMO系统 20
4.4.3 多输入单输出的MISO系统 21
4.5 MIMO、SISO、SIMO和MISO系统信道容量的综合性比较 22
结 论 24
致 谢 2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
5
参 考 文 献 26
1 绪论
1.1 无线MIMO通信系统概述
近来数年来，网络和移动通讯快速成长起来，我们在第四代蜂窝移动通讯中加入了一些无线网络和多媒体[1]，但是在最新的移动通讯系统中，LTE在4G系统标准中占有一个举足轻重得位置，并且人们希望能够得到更快得传输速度，所以说就有必要采取更先进的技术来满足人们希望能够得到更快得传输速度。由于频谱资源不是无限的，我们可以开发一种无线通信技术，它有一个非常高的频谱使用，以支持更快速的速度，我们想得到的。根据近来的试验，MIMO技术能够明显提高通信的有效性[2]。
MIMO系统的主要特点就是在通信系统的收发两端采用多副天线配置，以解决未来移动通信系统大容量高速率传输和日益紧张的频谱资源间的矛盾。相较于传统的通信系统，单进单出（Single Input Single Output，SISO）系统，基于发射分集和接收分集的多进单出（Multiple Input Single Output，MISO）和单进多出（Single Input Multiple Output，SIMO）方式也是MIMO的一部分。MIMO技术实质上是为系统提供空间复用增益和空间分集增益，时间上空时通过在发送端采用空时码实现，有空时分组，空时格码，分层空时码，空间复用技术可以大大提高信道容量。空间上分集通过增加空间上天线分布实现，空间分集则可以提高信道的可靠性，降低信道误码率，此举可以把原来对用户来说是有害的无线电波多径传播转变为对用户有利。
正因为MIMO是通过它的发射机接收机的这多个天线来完成多发多收，所以它可以充实把持空间资本的同时改善通讯质量[3]。它之所能够被视为最新的移动通讯得重要技术是因为它能够使系统的信道容量得到明显改善，并且是在不增添频谱资本和天线发射功率的前提下。MIMO技术若是在室内则有效性能够有 ，在传统的蜂窝式移动无线电通讯技术中，它的有效性能够有 ，还有就是在点到点的一定微波系统中，也只能够到达 [4]。人们越来越青睐能够成为提高数据传输速度的重要手段的最新的无线传输系统的重要技术之一的MIMO技术。
1.2 无线MIMO通信系统仿真的发展现状和研究背景
1.2.1 无线MIMO技术发展现状
随着MIMO的不断发展，MIMO在通信技术中占有一个举足轻重得位置，国际上很多科研院校与商业机构都争相对MIMO通信技术进行深入研究，推动着这项技术日益朝实用化发展。传统天线技术已经不能够满足人们希望能够得到更快得传输速度的需求，所以说就有必要采取更先进的MIMO技术来满足人们希望能够得到更快得传输速度。MIMO是通过它的发射机接收机的这多个天线来完成多发多收，所以它可以充实把持空间资本的同时改善通讯质量，它还能够使系统的信道容量得到明显改善，并且是在不增添频谱资本和天线发射功率的前提下。正因为这样人们开始大大的关注和了解它的算法、性能、原理和实现。随着使用天线数目的增加，MIMO技术实现的复杂度大幅度增高，不能充分发挥MIMO技术的优势。目前，如何在保证一定的系统性能的基础上降低MIMO技术的算法复杂度和实现复杂度，成为业界面对的巨大挑战。
由3GPP（The 3rd Generation Par *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
tnership Project，第三代互助同伴规划）组织拟定的UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通讯系统 ），也就是我们所说的LTE （Long Term Evolution，长期演进)[5]。OFDM 和MIMO 技术 一直被认为是B3G/4G的关键技术。于二十世纪末的时候，贝尔、北电这些机构实行了对MIMO技术的研究，还有如何使用它，而对于这些美国北部一贯处在领跑的位置[6]。于2003，位于日本的NTT DoCoMo在外场试验选用OFDM，在 带宽中取得了 数据传输速率，显示了OFDM/MIMO技巧在提供高带宽的传输和巨强能力[7]。2000年，Flarion开发Flash OFDM系统，商用网络的证实，OFDM系统具有广泛的社交能力。在2006年的时候，数学海外移动通讯运营商一起创建了下一代移动网络（Next Generation Mobile Network,NGMN）论坛，它引领了下一代移动通讯的趋向，NGMN论坛也因此成为无线通信区域内最具影响非标准化组织[8]。
在这个时候，我们也根据环球宽带移动通讯的成果开展了有关的规划，而且踊跃的进行与别国的交谈和标准化工作，我国在进行最基本的实验项目的同时也非常看重B3G等宽带移动通讯的标准化工作。我们积极加入到中国、日本以及韩国(CJK)准则的合营实验中。我们这边的许多公司还参加了欧洲的winner项目，而且承当了许多的部分[9]。
1 绪论 1
1.1 MIMO通信系统概述 1
1.2 MIMO通信系统仿真的发展现状和研究背景 1
1.2.1 MIMO技术发展现状 1
1.2.2 MIMO系统的研究趋势 2
1.3 本文主要工作及内容安排 3
2 MIMO通信系统理论基础 3
2.1 MIMO技术基本原理 3
2.2 无线信道 5
2.2.1 信号传播方式 5
2.2.2 信号衰落 6
2.3 空时编码技术 8
2.3.1 空时编码系统模型 8
2.3.2 Alamouti空时编码 9
2.4 MIMO通信系统模型 10
2.5 MIMO通信系统信道容量 10
3 基于Matlab的MIMO系统仿真 12
3.1 Matlab仿真系统简介 12
3.2 MIMO通信系统容量仿真 12
3.3 仿真程序方案 13
4 MIMO仿真系统比较 15
4.1 不同系统的10%中断容量仿真 15
4.2 不同系统的遍历容量仿真 16
4.3 MIMO系统信道容量概率分布仿真 16
4.4 SISO、SIMO和MISO信道容量 18
4.4.1 单输入单输出的SISO系统 18
4.4.2 单输入多输出的SIMO系统 20
4.4.3 多输入单输出的MISO系统 21
4.5 MIMO、SISO、SIMO和MISO系统信道容量的综合性比较 22
结 论 24
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1 绪论
1.1 无线MIMO通信系统概述
近来数年来，网络和移动通讯快速成长起来，我们在第四代蜂窝移动通讯中加入了一些无线网络和多媒体[1]，但是在最新的移动通讯系统中，LTE在4G系统标准中占有一个举足轻重得位置，并且人们希望能够得到更快得传输速度，所以说就有必要采取更先进的技术来满足人们希望能够得到更快得传输速度。由于频谱资源不是无限的，我们可以开发一种无线通信技术，它有一个非常高的频谱使用，以支持更快速的速度，我们想得到的。根据近来的试验，MIMO技术能够明显提高通信的有效性[2]。
MIMO系统的主要特点就是在通信系统的收发两端采用多副天线配置，以解决未来移动通信系统大容量高速率传输和日益紧张的频谱资源间的矛盾。相较于传统的通信系统，单进单出（Single Input Single Output，SISO）系统，基于发射分集和接收分集的多进单出（Multiple Input Single Output，MISO）和单进多出（Single Input Multiple Output，SIMO）方式也是MIMO的一部分。MIMO技术实质上是为系统提供空间复用增益和空间分集增益，时间上空时通过在发送端采用空时码实现，有空时分组，空时格码，分层空时码，空间复用技术可以大大提高信道容量。空间上分集通过增加空间上天线分布实现，空间分集则可以提高信道的可靠性，降低信道误码率，此举可以把原来对用户来说是有害的无线电波多径传播转变为对用户有利。
正因为MIMO是通过它的发射机接收机的这多个天线来完成多发多收，所以它可以充实把持空间资本的同时改善通讯质量[3]。它之所能够被视为最新的移动通讯得重要技术是因为它能够使系统的信道容量得到明显改善，并且是在不增添频谱资本和天线发射功率的前提下。MIMO技术若是在室内则有效性能够有 ，在传统的蜂窝式移动无线电通讯技术中，它的有效性能够有 ，还有就是在点到点的一定微波系统中，也只能够到达 [4]。人们越来越青睐能够成为提高数据传输速度的重要手段的最新的无线传输系统的重要技术之一的MIMO技术。
1.2 无线MIMO通信系统仿真的发展现状和研究背景
1.2.1 无线MIMO技术发展现状
随着MIMO的不断发展，MIMO在通信技术中占有一个举足轻重得位置，国际上很多科研院校与商业机构都争相对MIMO通信技术进行深入研究，推动着这项技术日益朝实用化发展。传统天线技术已经不能够满足人们希望能够得到更快得传输速度的需求，所以说就有必要采取更先进的MIMO技术来满足人们希望能够得到更快得传输速度。MIMO是通过它的发射机接收机的这多个天线来完成多发多收，所以它可以充实把持空间资本的同时改善通讯质量，它还能够使系统的信道容量得到明显改善，并且是在不增添频谱资本和天线发射功率的前提下。正因为这样人们开始大大的关注和了解它的算法、性能、原理和实现。随着使用天线数目的增加，MIMO技术实现的复杂度大幅度增高，不能充分发挥MIMO技术的优势。目前，如何在保证一定的系统性能的基础上降低MIMO技术的算法复杂度和实现复杂度，成为业界面对的巨大挑战。
由3GPP
tnership Project，第三代互助同伴规划）组织拟定的UMTS
在这个时候，我们也根据环球宽带移动通讯的成果开展了有关的规划，而且踊跃的进行与别国的交谈和标准化工作，我国在进行最基本的实验项目的同时也非常看重B3G等宽带移动通讯的标准化工作。我们积极加入到中国、日本以及韩国(CJK)准则的合营实验中。我们这边的许多公司还参加了欧洲的winner项目，而且承当了许多的部分[9]。
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