具有速率约束多用户mimo天线相关影响研究(附件)【字数：14048】
摘 要摘 要在最新的世界移动通信大会上，各大移动通信业巨头争相推出了5G相关技术设备，这表明5G技术已经从理论变成了现实。随着5G时代的到来，日趋紧张的无线通信资源已经无法满足日益增长的用户需求，如何有效提高数据传输效率和提升数据传输可靠性成为了人们关注的话题。而多用户MIMO（Multiple Input Multiple Output）被认为是有效提高资源传输速率的重要方法之一。多用户MIMO利用发射端和接收端的多根天线获得空间分集增益和复用增益，以此提高系统容量和频谱利用率。本课题主要是研究天线相关性对一定速率范围内的多用户MIMO系统性能的影响。从容量的角度来看，移动平台（MU）的天线相关性实际上是有益的。这个发现在实际应用中是有重要作用的，因为最小化MU的物理尺寸是非常必要的，但是它可能导致天线相关性。多输入多输出（MIMO）系统中的天线相关性有两个后果。首先，它减少了自由度;；因此对系统性能造成的损失在高速率（或功率）情况下最为显著。 第二，它增加波束成形的潜在增益; 因此对系统性能的增益在低速率（或功率）情况下最为显著。这两个相反的效应导致了具有和不具有天线相关性的系统的容量曲线之间的交叉点。在这点以下，系统容量因为相关性而增加了，在这点以上，则因相关性而减少了。 在传统的单用户MIMO系统中，交叉点在相对低的信息速率时产生，因此天线相关性通常被认为是不利因素。而在多用户MIMO系统中，上面提到的交叉点发生的速率随着MU数量的增加而提高，因此本论文对基于不同移动平台数量和一定速率的多用户MIMO系统的天线相关增益进行了仿真分析。关键词多用户MIMO；速率约束；移动平台；天线相关
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 多用户MIMO的研究现状及存在问题 1
1.2.1 概论 1
1.2.2 信道 2
1.2.3 调度算法 3
1.2.4 虚拟MIMO 3
1.2.5 目前存在的问题 4
1.3 本文的主要内容 5
1.4 系统运行环境及工具 5
第二章 MIMO系统模型 7
2.1 MIMO的相关介绍 7
2.2 M *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
IMO的信道 7
2.2.1 瑞利分布 7
2.2.2 准静态平坦衰落信道 8
2.2.3 瑞利衰落信号 8
2.2.4 多径延时 9
2.2.5 信道仿真框图 10
2.3 多用户MIMO系统 10
2.3.1 引言 10
2.3.2 香农信道容量 11
2.3.3 多用户MIMO MAC信道模型 12
第三章 空时编码与空分复用技术 14
3.1 Alamouti空时编码 14
3.2 空分复用技术 16
3.2.1 VBLAST结构 16
3.2.2 VBLAST系统的检测算法 17
第四章 多用户MIMO天线相关影响 19
4.1 引言 19
4.2 信道系统模型 19
4.2.1 信道参数 19
4.2.2 时域输入/输出波形仿真 20
4.2.3 频域波形仿真 21
4.2.4 多普勒滤波器的频响特性波形 21
4.3 不同参数时天线相关对系统容量的影响 22
4.3.1 有效K的性能比较 22
4.3.2 渐进分析 23
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
绪论
1.1 研究背景
19世纪意大利无线电工程师马可尼成功将无线电信号传输到2.4公里以外，标志着无线通信技术的产生[3]。无线通信技术在一个多世纪的蓬勃发展中，深切地改变了人类工作、生活和娱乐方式，距离的遥远已经无法限制人类的相互交流，全球化进程因此而迅速推进。自从移动电话大规模投入市场，移动通信技术得到飞速的发展，移动通信设备层出不穷，在此背景下第一代移动通信系统诞生。20世纪90年代，第二代移动通信系统日趋成熟，它采用了当时最新的单输入单输出（SISO）技术和数字信号处理技术。实现了全球漫游和信号覆盖，产生了多种移动通信制式和标准。受到大规模集成电路飞速发展的影响，这种通信方式迅速占领了全球市场，移动用户数量急速增多，对于通信资源的需求持续增长。同时，信息传递不再限于通话信息，还包括了视频，图像等多种媒体资源。通信资源日趋紧张促成了3G（第三代移动电话行动通信标准）的诞生。然而随着基于大数据的互联网+时代的到来，3G系统仍远远无法满足需求，因此更高信道容量和更高传输速率的4G技术取代了3G，成为了主流的通信技术。4G时代的到来也伴随了人们的各种猜想，如流量无限，WIFI全覆盖等等。虽然4G通信还远远无法满足无限的数据传输，但无线通信技术的发展仍极大地改变了每个人的生活。
全球各大通信业的巨头目前都在进行下一代无线通信标准的研究，英特尔、三星、高通等公司正全力推进 LTE 功能的发展，不停地以多样的系统化方案将LTE技术的优势发挥出来，并应用到新的生产和服务之中，以此推动 5G 无线网络全覆盖。而5G时代也逐渐有了中国公司的身影，例如华为技术有限公司的极化码方案入选了5G标准。在5G时代中国将享有更多的话语权。
各国政府和企业的大量研究，推动了各种新型通信技术的诞生：全新 LTE 技术支持小型基站部署，可与WIFI占用同一空间。新的波形基于 OFDM 且经过联合优化，多址接入以及自由的模型可以实现可靠的多径 5G 无线传输服务。而本文所讨论的，就是其中一种十分重要的技术——多用户MIMO技术。
1.2 多用户MIMO的研究现状及存在问题
1.2.1 概论
MIMO技术在接收端和发射端都采用了多根天线，能够充分地利用时间和空间资源。在占用同样的频谱资源和使用统一的发射功率情况下，极大地提升了无线通信系统的容量与可靠性。目前，点对点MIMO传输技术即单用户MIMO已经非常成熟，但是在实际应用中，系统经常要求基站（BS）同时和多个移动平台（MU）进行通信，如最常见的蜂窝数据和无线局域网（WLAN）[10]。 因此，多用户MIMO系统的研究不断深入，这比单用户MIMO更复杂，而根据同时使用系统来提升速率的用户的数量，MIMO系统被分为多用户MIMO和单用户MIMO。本课题重点讨论的多用户MIMO系统用于增加多个用户的速率，不同的用户采用相同的时频资源发送数据给基站，同时基站将占用相同时频资源的多个并行的数据流发给不同的用户。
多用户MIMO技术主要应用于多天线基站的无线通信，即多天线基站同时与多个移动站通信。此外，还涉及向多个移动平台发送数据的多个基站的调度。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 多用户MIMO的研究现状及存在问题 1
1.2.1 概论 1
1.2.2 信道 2
1.2.3 调度算法 3
1.2.4 虚拟MIMO 3
1.2.5 目前存在的问题 4
1.3 本文的主要内容 5
1.4 系统运行环境及工具 5
第二章 MIMO系统模型 7
2.1 MIMO的相关介绍 7
2.2 M *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
IMO的信道 7
2.2.1 瑞利分布 7
2.2.2 准静态平坦衰落信道 8
2.2.3 瑞利衰落信号 8
2.2.4 多径延时 9
2.2.5 信道仿真框图 10
2.3 多用户MIMO系统 10
2.3.1 引言 10
2.3.2 香农信道容量 11
2.3.3 多用户MIMO MAC信道模型 12
第三章 空时编码与空分复用技术 14
3.1 Alamouti空时编码 14
3.2 空分复用技术 16
3.2.1 VBLAST结构 16
3.2.2 VBLAST系统的检测算法 17
第四章 多用户MIMO天线相关影响 19
4.1 引言 19
4.2 信道系统模型 19
4.2.1 信道参数 19
4.2.2 时域输入/输出波形仿真 20
4.2.3 频域波形仿真 21
4.2.4 多普勒滤波器的频响特性波形 21
4.3 不同参数时天线相关对系统容量的影响 22
4.3.1 有效K的性能比较 22
4.3.2 渐进分析 23
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
绪论
1.1 研究背景
19世纪意大利无线电工程师马可尼成功将无线电信号传输到2.4公里以外，标志着无线通信技术的产生[3]。无线通信技术在一个多世纪的蓬勃发展中，深切地改变了人类工作、生活和娱乐方式，距离的遥远已经无法限制人类的相互交流，全球化进程因此而迅速推进。自从移动电话大规模投入市场，移动通信技术得到飞速的发展，移动通信设备层出不穷，在此背景下第一代移动通信系统诞生。20世纪90年代，第二代移动通信系统日趋成熟，它采用了当时最新的单输入单输出（SISO）技术和数字信号处理技术。实现了全球漫游和信号覆盖，产生了多种移动通信制式和标准。受到大规模集成电路飞速发展的影响，这种通信方式迅速占领了全球市场，移动用户数量急速增多，对于通信资源的需求持续增长。同时，信息传递不再限于通话信息，还包括了视频，图像等多种媒体资源。通信资源日趋紧张促成了3G（第三代移动电话行动通信标准）的诞生。然而随着基于大数据的互联网+时代的到来，3G系统仍远远无法满足需求，因此更高信道容量和更高传输速率的4G技术取代了3G，成为了主流的通信技术。4G时代的到来也伴随了人们的各种猜想，如流量无限，WIFI全覆盖等等。虽然4G通信还远远无法满足无限的数据传输，但无线通信技术的发展仍极大地改变了每个人的生活。
全球各大通信业的巨头目前都在进行下一代无线通信标准的研究，英特尔、三星、高通等公司正全力推进 LTE 功能的发展，不停地以多样的系统化方案将LTE技术的优势发挥出来，并应用到新的生产和服务之中，以此推动 5G 无线网络全覆盖。而5G时代也逐渐有了中国公司的身影，例如华为技术有限公司的极化码方案入选了5G标准。在5G时代中国将享有更多的话语权。
各国政府和企业的大量研究，推动了各种新型通信技术的诞生：全新 LTE 技术支持小型基站部署，可与WIFI占用同一空间。新的波形基于 OFDM 且经过联合优化，多址接入以及自由的模型可以实现可靠的多径 5G 无线传输服务。而本文所讨论的，就是其中一种十分重要的技术——多用户MIMO技术。
1.2 多用户MIMO的研究现状及存在问题
1.2.1 概论
MIMO技术在接收端和发射端都采用了多根天线，能够充分地利用时间和空间资源。在占用同样的频谱资源和使用统一的发射功率情况下，极大地提升了无线通信系统的容量与可靠性。目前，点对点MIMO传输技术即单用户MIMO已经非常成熟，但是在实际应用中，系统经常要求基站（BS）同时和多个移动平台（MU）进行通信，如最常见的蜂窝数据和无线局域网（WLAN）[10]。 因此，多用户MIMO系统的研究不断深入，这比单用户MIMO更复杂，而根据同时使用系统来提升速率的用户的数量，MIMO系统被分为多用户MIMO和单用户MIMO。本课题重点讨论的多用户MIMO系统用于增加多个用户的速率，不同的用户采用相同的时频资源发送数据给基站，同时基站将占用相同时频资源的多个并行的数据流发给不同的用户。
多用户MIMO技术主要应用于多天线基站的无线通信，即多天线基站同时与多个移动站通信。此外，还涉及向多个移动平台发送数据的多个基站的调度。
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