mimo系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　1.1 MIMO系統(tǒng)的概述</p><p>　　多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output）技術(shù)是無線移動通信領(lǐng)域智能天線技術(shù)的重大突破。該技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，是新一代移動通信系統(tǒng)必須采用的關(guān)鍵技術(shù)[1]。</

2、p><p>　　多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)是在無線通信智能天線技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其主要特點就是在通信系統(tǒng)的收發(fā)兩端采用多天線配置，以解決未來移動通信系統(tǒng)大容量、高速率傳輸和日益緊張的頻譜資源間的矛盾。</p><p>　　通常，多徑要引起衰落，因而被視為有害因素。然而研究結(jié)果表明，對于MIMO系統(tǒng)來說，多徑可以作為一個有利因素加以利用。因為，和智能天線技術(shù)不一樣的是，在MIMO系統(tǒng)中從

3、任意一個發(fā)送天線到任意一個接收天線間的無線信道是相互獨立的或者具有很小的相關(guān)性。MIMO系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線(或陣列天線)和多通道，MIMO的多入多出是針對多徑無線信道來說的。</p><p>　　一句話，MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）系統(tǒng)就是利用多天線來抑制信道衰落[1]。根據(jù)收發(fā)兩端天線數(shù)量，相對于普通的SISO（Single-Input Single-O

4、utput）系統(tǒng)，MIMO還可以包括SIMO（Single-Input Multiple-Output）系統(tǒng)和MISO（Multiple-Input Single-Output）系統(tǒng)。</p><p>　　圖1-1為MIMO系統(tǒng)的示意圖。</p><p>　　發(fā)射天線 接收天線</p><p><b>　　輸入輸出

5、</b></p><p>　　圖 1-1 MIMO系統(tǒng)示意圖</p><p>　　1.2 MIMO系統(tǒng)的引入</p><p>　　傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)是采用一個發(fā)射天線和一個接收天線的通信系統(tǒng)，即所謂的單輸入單輸出(SISO)天線系統(tǒng)。SISO天線系統(tǒng)在信道容量上具有一個通信上不可突破的瓶頸—Shannon容量限制。不管采用哪種調(diào)制技術(shù)、編碼策略或其他

6、方法，無線信道總是給無線通信工程做了一個實際的物理限制。這一點在當(dāng)前無線通信市場中形勢尤為嚴(yán)重，因為用戶對更高的數(shù)據(jù)傳輸速率的需求是非常迫切的，必須進(jìn)一步提高無線通信系統(tǒng)的容量[2]。</p><p>　　可以實現(xiàn)這個目標(biāo)的方法有很多，如設(shè)置更多的基站、拓寬帶寬等。增設(shè)基站意味著采用更多的蜂窩，這是提高容量代價最大的辦法。由于目前實際的無線應(yīng)用市場仍是在3G系統(tǒng)和WLAN（無線局域網(wǎng)）之間，是微波頻帶，加大該頻帶

7、的帶寬，就會導(dǎo)致與現(xiàn)行系統(tǒng)具有非常大的兼容性問題，其代價也是很昂貴的，因此更高頻段的使用在近期內(nèi)不是提高無線通信系統(tǒng)容量問題的最佳解決方法。</p><p>　　有一個提高系統(tǒng)容量的方法是使用分集技術(shù)，提高發(fā)射、接收信噪比，以增大系統(tǒng)的容量，近年來，主要是通過在接收端使用多元陣列天線來獲得接收分集，其發(fā)射天線仍采用一個陣元，這就是SIMO系統(tǒng)。為減小接收端特別好似移動終端的處理復(fù)雜度和體積，可以考慮把接收分集處理

8、技術(shù)平移到發(fā)射端，發(fā)射天線采用陣列結(jié)構(gòu)而接收天線采用單天線結(jié)構(gòu)，這就是等價的MISO系統(tǒng)。</p><p>　　SIMO和MISO技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展就自然產(chǎn)生了收發(fā)兩端同時采用陣列天線的系統(tǒng)—MIMO系統(tǒng)。</p><p>　　1.3 本課題研究的意義</p><p>　　MIMO技術(shù)已不是傳統(tǒng)的無線通信智能天線，其優(yōu)勢已非常規(guī)智能天線所及。智能天線采用加權(quán)選擇算法

9、驅(qū)動波束指向，通過將能量聚集到期望方向而提高信噪比，抑制而不是利用多徑傳播。對于MIMO系統(tǒng)，若其M副發(fā)射天線與N副接收天線形成的無線鏈路M×N信道矩陣的元素是完全獨立的，則系統(tǒng)的容量隨最小天線數(shù)目線性增長，而不是采用智能天線下的對數(shù)增長。理論上，如果天線的空間和成本與射頻通道不受限制，MIMO系統(tǒng)就能提供無限大的容量，這是空間維度充分結(jié)合時間維度的結(jié)果，即采用空時編碼的數(shù)據(jù)流利用矩陣信道而不是智能天線系統(tǒng)中的向量信道傳輸數(shù)據(jù)

10、[3]。</p><p>　　無線通信系統(tǒng)的三個主要的有害因素是：信號衰落、碼間干擾和同頻道干擾。而利用MIMO通信結(jié)構(gòu)能抗多徑衰落、增加數(shù)據(jù)傳輸速率以及提高系統(tǒng)容量。采用陣列天線技術(shù)，MIMO系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：</p><p>　　(1) 利用或減輕多徑衰落：MIMO技術(shù)能夠充分采用多徑的各種發(fā)射、合成技術(shù)，提高無線通信系統(tǒng)的性能。</p><p>　　(2)

11、 消除共道干擾：MIMO系統(tǒng)能夠采用自適應(yīng)波束形成技術(shù)或多用戶檢測技術(shù)對共道干擾進(jìn)行有效抑制和消除。</p><p>　　(3) 提高頻譜利用率、增加發(fā)射效率、減小發(fā)射功率、減小空間電磁干擾及增大系統(tǒng)容量：由于陣列天線可以降低共道干擾和多徑衰落的影響，因而在一定的SINR（信干噪比）條件下可以降低誤碼率，或者在一定的誤碼率下可以降低檢測所需要的信干噪比。MIMO系統(tǒng)能夠抑制或消除共道干擾以及碼間干擾，同時利用分

12、集技術(shù)提高接收信號的信干噪比，因此基站和移動終端的發(fā)射功率可以得到一定程度的降低，同時減小空間電磁干擾的影響、延長移動終端電池使用時間、減小對生態(tài)環(huán)境的影響、降低系統(tǒng)對功率控制精度和器件要求。</p><p>　　綜上所述，無線通信應(yīng)用需求的持續(xù)增長直接推動著無線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和無線通信新技術(shù)的誕生。而在眾多新技術(shù)中，MIMO技術(shù)作為未來一代寬帶無線通信系統(tǒng)的框架技術(shù)，是實現(xiàn)充分利用空間資源以提高頻譜利用率的一個

13、必然途徑，基于MIMO的無線通信理論和傳輸技術(shù)顯示了巨大的潛力和發(fā)展前景[3]。</p><p>　　1.4 本文的工作</p><p>　　MIMO通信技術(shù)較之簡單的SISO、傳統(tǒng)的MISO技術(shù)等能成倍地增加通信系統(tǒng)的信道容量，能支持下一代移動通信所需要提供的高速率，能提系統(tǒng)的高頻譜效率。本文主要研究的是MIMO無線通信系統(tǒng)的容量問題。在理解MIMO系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，簡單的介紹了MIM

14、O系統(tǒng)的信道模型，然后從理論上分析了MIMO系統(tǒng)的信道，推導(dǎo)MIMO系統(tǒng)的容量公式。最后用MATLAB軟件對MIMO系統(tǒng)的容量進(jìn)行計算機(jī)仿真，驗證它的正確性。重點在于對MIMO系統(tǒng)信道容量的分析以及對其容量的MATLAB仿真。本文的具體工作包括以下幾個方面：</p><p>　　首先主要介紹了MIMO信道的物理建模，然后系統(tǒng)的敘述了MIMO系統(tǒng)信道模型，并理論推導(dǎo)了平均功率分配下的MIMO系統(tǒng)信道容量的計算公式。

15、同時分析了SISO、MISO、SIMO系統(tǒng)的信道模型和信道容量。</p><p>　　其次介紹了在瑞利衰落MIMO信道下，根據(jù)信道容量公式，對平均功率分配時的SISO、MISO、SIMO和MIMO系統(tǒng)信道容量進(jìn)行了MATLAB仿真。同時應(yīng)用仿真平臺得到的仿真結(jié)果做性能分析。</p><p>　　最后主要的工作是對全文研究的MIMO系統(tǒng)容量進(jìn)行總結(jié)和歸納，從而可知MIMO系統(tǒng)容量的影響。&l

16、t;/p><p>　　第二章 MIMO信道模型和信道容量</p><p>　　2.1 MIMO系統(tǒng)模型和信道模型</p><p>　　2.1.1 MIMO系統(tǒng)模型</p><p>　　MIMO系統(tǒng)可以定義為收發(fā)兩端分別采用多個天線（或陣列天線）的無線通信系統(tǒng)。MIMO的多輸入多輸出是針對多徑無線傳輸信道而言的。其系統(tǒng)框圖如下：</p&

17、gt;<p><b>　　11</b></p><p>　　2 2</p><p><b>　　NTNR</b></p><p>　　圖 2-1 MIMO系統(tǒng)示意圖</p><p>　　圖2-1示出了一個基本的MIMO系統(tǒng)框圖，收發(fā)信機(jī)兩端均安裝

18、有多根天線，其中發(fā)射天線數(shù)目為，接收天線數(shù)目為。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，發(fā)射機(jī)對來自信源的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后產(chǎn)生路數(shù)據(jù)流，每一路數(shù)據(jù)流從不同的發(fā)射天線同時、同頻發(fā)射，經(jīng)過空間信道衰落后，來自不同的發(fā)射天線的信號以及噪聲在每一根接收天線上進(jìn)行疊加，最后送入接收機(jī)進(jìn)行處理[4]。一般將收發(fā)信機(jī)兩端所做的處理統(tǒng)稱為空時處理，其中，發(fā)射機(jī)空時處理通常有：BLAST、空時編碼，天線選擇、波束賦形等;接收機(jī)空時處理通常有：空時譯碼、空時信號檢測、空時信道估計

19、等等。因為所有天線同時發(fā)射子信息流，各發(fā)射信號只占用同一頻帶，并未增加帶寬，達(dá)到提高頻譜利用率的目的，同時多個并行空間也實現(xiàn)了更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，能更好的提高信道容量。其工作原理如下：</p><p>　　1. MIMO系統(tǒng)將一個數(shù)據(jù)流分為多個數(shù)據(jù)流；</p><p>　　2. 每個數(shù)據(jù)流被模塊化編碼；</p><p>　　3. 通過不同的射頻天線鏈，同時在同

20、一頻率信道中被傳送；</p><p>　　4. 經(jīng)由多徑反射后，每一個接收天線射頻鏈都有多個傳送數(shù)據(jù)流的線性匯整；</p><p>　　5. 在接收器中使用MIMO算法將這些資料流分開，算法是依每個發(fā)射器和接收器之間的所有信道來做估算。</p><p>　　2.1.2 MIMO系統(tǒng)的信道模型</p><p>　　MIMO系統(tǒng)的信道容量以

21、及各種空時編、譯碼算法對信道特性都十分敏感，因此MIMO信道模型對于空時編碼系統(tǒng)設(shè)計與各種算法的性能分析都是十分關(guān)鍵的。與SISO信道模型相類似，MIMO信道模型中同樣也需要考慮路徑損耗、陰影衰落、多普勒擴(kuò)展、功率延遲譜以及Ricean因子分布等參數(shù)。但是還有一些關(guān)鍵參數(shù)是MIMO信道模型中所特有的，例如發(fā)送、接收天線陣列中天線陣元之間的相關(guān)性，以及HHT的奇異值分布。其中HHT的奇異值分布更能深刻地反映天線參量(如陣元間距、極化)與L

22、OS分量強(qiáng)弱以及近場、遠(yuǎn)場散射體分布等一系列系統(tǒng)配置方式與環(huán)境因素的綜合影響。</p><p>　　表 2.1 IEEE802.16 標(biāo)準(zhǔn)化信道模型（SUI-1 Channel）</p><p>　　到目前為止還沒有被國際電信聯(lián)盟(ITU: International Telecommunications Union)所認(rèn)可的MIMO信道模型，但是IEEE 802.16針對寬帶固定無線接

23、入系統(tǒng)提出了宏小區(qū)中六種兩發(fā)、兩收的標(biāo)準(zhǔn)化MIMO信道模型。例如表2.1與表2.2中分別給出了IEEE 802.16中的兩種標(biāo)準(zhǔn)化信道模型，即SUI-1 ( SUI: Stanford University Interim)與SUI-5的主要參數(shù)。其中“90%K因子”一項表示小區(qū)90%覆蓋的區(qū)域中，Ricean K因子大于等于某一數(shù)量。而3GPP主要針對移動應(yīng)用環(huán)境中的幾種運(yùn)動速度條件，也提出了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化MIMO信道模型。</p

24、><p>　　表 2.2 IEEE802.16 標(biāo)準(zhǔn)化信道模型（SUI-5Channel）</p><p>　　2.2 基本的無線信道</p><p>　　在無線通信中，由于傳播信道的復(fù)雜性，發(fā)射出去的信號在空間經(jīng)過若干次反射、折射、散射和衍射，產(chǎn)生了陰影效應(yīng)、多徑效應(yīng)和多普勒效應(yīng)，進(jìn)而帶來了各種不同的衰落和擴(kuò)展，加上一些未知的干擾，嚴(yán)重地影響著信號的正確接收。信號

25、在空間傳播過程中所遭受的損害，可以歸納為衰落和擴(kuò)展兩方面[5]。</p><p>　　在傳統(tǒng)的無線通信中，常用瑞利分布和萊斯分布作為近似信道特征的模型。當(dāng)發(fā)射端和接收端之間存在直接傳播路徑時，用萊斯分布模型來描述信道的特性。而當(dāng)發(fā)射端和接收端之間不存在直接傳播路徑時，則采用瑞利分布來描述信道的特性。</p><p>　　2.2.1 多天線系統(tǒng)的信號模型</p><p&

26、gt;　　考慮一個使用M個發(fā)射天線N個接收天線的MIMO通信鏈路，發(fā)送信號向量與接收信號向量分別記為，表示矩陣的轉(zhuǎn)置。假設(shè)信號帶寬相對于信道相關(guān)帶寬足夠窄，以至于可以認(rèn)為在信號所使用的頻帶內(nèi)，信道傳輸特性的頻率響應(yīng)是平坦的，此時信號與信道沖擊響應(yīng)的卷積等效于信號與信道傳輸系數(shù)的乘積。</p><p>　　2.2.2 信道衰落</p><p>　　信道的衰落是指無線信號所受的傳播損耗，表現(xiàn)

27、為接收信號的電平在時間、空間或頻率的某個區(qū)域內(nèi)圍繞平均值起伏變化。根據(jù)不同的信道特性可以從兩個角度來描述衰落信道：慢衰落（Slow Fading）或稱大尺度衰落（Large-Scale Fading）信道和快衰落（Fast Fading）或稱小尺度衰落（Small-Scale Fading）信道[5]。</p><p>　　慢衰落 接收信號的長前在長時間內(nèi)的緩慢變化成為慢衰落，一種典型的慢衰落就是陰影衰落。這

28、是由于電波在傳播路徑上遇到障礙物就會產(chǎn)生電磁場的陰影區(qū)，當(dāng)移動臺通過不同的陰影區(qū)，就會引起中值變化。在相同的收發(fā)距離情況下，不同位置的周圍環(huán)境差別非常大，由于陰影效應(yīng)，導(dǎo)致路徑損耗為隨機(jī)的對數(shù)正態(tài)分布。可見，陰影衰落是由于位置的較大變化而造成的緩慢衰落，也稱地形衰落或位置衰落。</p><p>　　服從對數(shù)正態(tài)分布的陰影衰落，在當(dāng)前信號用dB表示時，就成為正態(tài)分布，其概率密度函數(shù)為</p><

29、p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中，——信號中值；</p><p>　　——信號中值的均值；</p><p>　　——的標(biāo)準(zhǔn)差。隨頻率、天線高度和環(huán)境而變化，在市區(qū)最大，在開闊地區(qū)最小，其值通常為5—12dB。</p><p>　　快衰落 電波在沿地表傳播中受到各種阻礙物的反射、散射和

30、吸收，實際到達(dá)接收天線處的電波除了來自發(fā)射天線的直射波外，還存在來自各種物體（包括地面）的發(fā)射波和散射波。反射波和散射波在接收天線處形成干涉場。此外，還存在因移動臺的快速移動而劃過電波的波節(jié)和波腹的駐波現(xiàn)象及由于多普勒效應(yīng)而造成的相移。以上原因使得實際移動臺接收到的場強(qiáng)在振幅和相位上均隨時間急劇變化，這就是天線電波的衰落現(xiàn)象，其中隨時間急劇變化的部分稱為快衰落。目前在一般的移動通信中都利用快衰落信道模型進(jìn)行研究。</p>

31、<p>　　信號的快速衰減是由信號的隨機(jī)相位引起的，而隨機(jī)相位一般是由路徑的長度和載波的頻率決定的。如果假定相位在區(qū)間內(nèi)服從均勻分布，那么接收機(jī)處的垂直電場的同相分量和正交分量服從高斯分布，而它的包絡(luò)服從瑞利分布。如果存在一條直接傳播路徑，那么這個包絡(luò)變成了萊斯分布。在仿真信道的快衰落時，一般假定在一個符號傳輸期間，隨機(jī)信道矩陣元素保持不變，但在傳輸下一個符號時，信道矩陣元素要發(fā)生隨機(jī)變化。如果傳輸某組符號的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于總的傳

32、輸時間，而在傳輸這組符號時，隨機(jī)信道矩陣元素保持不變，但在傳輸下一組符號時，信道矩陣元素發(fā)生了改變，這種衰落稱為快衰落。</p><p>　　2.2.3 信道擴(kuò)展</p><p>　　信道擴(kuò)展是信號能量在時間、空間或頻率軸上的擴(kuò)散。可以從3個角度來描述擴(kuò)展信道：頻率擴(kuò)展（多普勒擴(kuò)展）、時延擴(kuò)展和角度擴(kuò)展。</p><p>　　多普勒擴(kuò)展 當(dāng)接收端和發(fā)送端處于恒

33、定的相對運(yùn)動中，每個多徑波的頻率都會發(fā)生一定的偏移，受到頻率偏移（多普勒頻移）的影響，其大小與移動速度成正比，且與電波到達(dá)的路徑方向有關(guān)。在接收機(jī)周圍的多個方向上存在散射體時，假設(shè)發(fā)射一個單頻信號，接收信號也只有一個和運(yùn)動方向成夾角的波組成，則接收信號的多普勒頻移可以表示為</p><p><b>　　（2-2）</b></p><p><b>　　式中，—

34、—載頻；</b></p><p><b>　　——相對速度；</b></p><p><b>　　——光速。</b></p><p>　　多普勒擴(kuò)展引起信道的特性在時域內(nèi)迅速地變化，使得信道出現(xiàn)了所謂的時間選擇性。已傳送的信號經(jīng)歷了時變衰落，這種信道稱為時間選擇性衰落信道。</p><p&g

35、t;　　時延擴(kuò)展 多徑傳播的基本特征是到達(dá)接收機(jī)的各路發(fā)射信號具有不同的衰減因子和時延，接收信號在時域內(nèi)的擴(kuò)展稱為時延擴(kuò)展，它與信道的頻域選擇性有關(guān)，相干帶寬與時延帶寬成反比。</p><p>　　時延擴(kuò)展定義為多條路徑中最大的時延，相干帶寬定義為時延擴(kuò)展的倒數(shù)，即，相干帶寬為頻率變化的最大范圍，在該帶寬內(nèi)，信道響應(yīng)可認(rèn)為是常數(shù)，用表示信號帶寬。即如果，可以認(rèn)為信道的轉(zhuǎn)移函數(shù)是恒定的，信號的不同頻率分量經(jīng)歷了

36、相同的衰減，這樣的信道就稱為頻率平坦衰落信道或非頻率選擇性衰落信道；如果或，不同路徑信號產(chǎn)生交疊，引起碼間干擾，這樣的信道就稱為頻率選擇性衰落信道。</p><p>　　角度擴(kuò)展 接收端的角度擴(kuò)展是指接收機(jī)各個路徑信號到達(dá)方向的擴(kuò)展，而發(fā)射端的角度擴(kuò)展是指發(fā)射叫在多個方向上的擴(kuò)展。大的角度擴(kuò)展將會使到達(dá)接收端的多徑信號以某種隨機(jī)方式合并，成為接收機(jī)天線的位置函數(shù)，因此它是造成空間選擇性衰落的一個主要因素。&l

37、t;/p><p>　　綜上所述，頻率選擇性和時間選擇性是衰落信道的兩個不同特性。將它們合在一起考慮，衰落信道一般可以分為以下4種類型：</p><p>　　(1) 平坦衰落信道</p><p>　　(2) 頻率選擇性衰落信道</p><p>　　(3) 時間選擇性衰落信道</p><p>　　(4) 雙選擇性衰落信

38、道</p><p>　　2.3 MIMO系統(tǒng)信道模型</p><p>　　2.3.1 無線信道的數(shù)學(xué)模型</p><p><b>　　一個帶通信號如下：</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中，代表等效低通信號；為載頻。</

39、p><p>　　假設(shè)信道包含L條路徑，則接收到的帶通信號和等效低通信號可以表示成</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　（2-5）</b></p><p>　　式中，代表第L條路徑衰減系數(shù)；代表第L條路徑的相移；為第L條路徑的時延。</p><p

40、><b>　?。?-6）</b></p><p>　　其中，代表第L條路徑的多普勒頻移。式中，第一項是由多普勒頻移產(chǎn)生的相移，第二項是由時延產(chǎn)生的相移。</p><p>　　通常，無線信道的衰落可以分為瑞利衰落模型和萊斯衰落模型。作為本論文仿真的重點，將對用瑞利衰落信道模型來描述窄帶多徑環(huán)境（非頻率選擇性）中的信號變化做一介紹。</p><p

41、>　　2.3.2 瑞利衰落信道</p><p>　　對于非頻率選擇性信道，時延擴(kuò)展相對于碼元周期很小，因此有如下假設(shè)：</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　如果信道中有L條多徑存在，則接收信號可以表示為</p><p><b>　?。?-8）</b></

42、p><p><b>　　定義復(fù)乘系數(shù)為</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>　　則有</b></p><p><b>　?。?-10）</b></p><p><b>　?。?-11

43、）</b></p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　如果滿足路徑的數(shù)量很多，沒有視距路徑的條件，根據(jù)中心極限定理，式（2-11）、（2-12）所定義的和可以近似看成獨立高斯隨機(jī)過程，則接收信號可表示成</p><p><b>　　（2-13）</b></p><

44、p>　　式中表示零均值復(fù)高斯隨機(jī)變量。</p><p>　　引入，以表示衰落幅度（包絡(luò)），表示衰落相位。用雅克比變換將轉(zhuǎn)換成，得</p><p><b>　　（2-14）</b></p><p>　　通過兩個隨機(jī)變量分別求邊緣概率密度有</p><p><b>　?。?-15）</b><

45、/p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　兩個變量分別服從瑞利分布和均勻分布。</p><p>　　這就是瑞利衰落，多發(fā)生在城市地區(qū)和陸地移動通信環(huán)境（有許多障礙物，幾乎沒有視距路徑）中。一個服從瑞利分布的隨機(jī)變量，其平均功率為</p><p><b>　?。?-17）</b>

46、</p><p><b>　?。?-18）</b></p><p>　　對于歸一化的平均功率，有</p><p><b>　　（2-19）</b></p><p>　　2.3.3 非頻率選擇性信道模型</p><p>　　假設(shè)發(fā)射端有根天線，接收端有根天線，如圖2-2所示的

47、兩個天線陣列。</p><p>　　圖 2-2 MIMO系統(tǒng)原理圖</p><p>　　在發(fā)射端的天線陣列上的信號表示為</p><p>　　式中，符號表示矢量或矩陣的轉(zhuǎn)置；表示接收端的第根天線端口的信號。</p><p>　　同理，在接收端天線陣列上的信號為</p><p>　　式中表示發(fā)射端的第根天線端口的信號

48、。</p><p>　　在非頻率選擇性（平坦）衰落情況下，MIMO信道模型相對比較簡單，由于各對天線間的子信道可以等效成一個瑞利衰落的子信道[6]。</p><p>　　此時，MIMO信道模型中的各個子信道可以建立為</p><p><b>　?。?-20）</b></p><p><b>　　式中，；。<

49、;/b></p><p>　　服從瑞利分布，MIMO信道矩陣為。則對應(yīng)的MIMO系統(tǒng)模型為</p><p><b>　?。?-21）</b></p><p>　　式中表示零均值的高斯白噪聲矩陣。</p><p>　　2.3.4 頻率選擇性信道模型</p><p>　　此時MIMO信道的信道

50、矩陣可以表示為</p><p><b>　?。?-22）</b></p><p><b>　　式中，，且</b></p><p><b>　?。?-23）</b></p><p>　　式中是一個復(fù)數(shù)矩陣，它描述了在時延為時所考慮的兩個天線陣列之間的線性變換；為發(fā)射的第根天線到接

51、收的第根天線的復(fù)傳輸系數(shù)。</p><p>　　上述MIMO信道模型可以看成是單輸入單輸出信道標(biāo)準(zhǔn)模型的推廣。矩陣的大小跟MIMO系統(tǒng)兩端使用的天線數(shù)有關(guān)[6]。</p><p>　　頻率選擇性的MIMO信道接收模型為</p><p><b>　?。?-24）</b></p><p>　　式中，表示零均值的高斯白噪聲矩陣

52、。</p><p>　　2.4 平均功率分配的MIMO信道容量</p><p>　　通信信道中的香農(nóng)容量定義為信道可能傳輸?shù)男畔⒘康淖畲髷?shù)值。本節(jié)將討論MIMO信道的容量，在信息論基礎(chǔ)上，對MIMO系統(tǒng)的信道容量進(jìn)行理論推導(dǎo)，得到MIMO信道容量的計算公式。</p><p>　　假定信道容量的分析模型為復(fù)數(shù)基帶線性系統(tǒng)，發(fā)送端配有根天線，接收端配有根天線，發(fā)射端未

53、知信道的狀態(tài)信息，總的發(fā)射功率為，每根發(fā)射天線的功率為，接收天線接收到的總功率等于總的發(fā)射功率，信道受到加性白高斯噪聲（AWGN）的干擾，且每根接收天線上的噪聲功率為，于是每根接收天線上的信噪比（SNR）為</p><p><b>　?。?-25）</b></p><p>　　并且假定發(fā)射信號的帶寬足夠窄，信道的頻率響應(yīng)可以認(rèn)為是平坦的，且的復(fù)矩陣來表示信道矩陣，的第

54、元素不傲是第根發(fā)射天線到第根接收天線的信道衰落系數(shù)。</p><p>　　下面分析單輸入單輸出（SISO）、多輸入單輸出（MISO）、單輸入多輸出（SIMO）和多輸入多輸出（MIMO）4種情況下的信道容量[7]。</p><p>　　2.4.1 SISO信道的容量</p><p>　　采用單根天線發(fā)射和單根天線接收（1×1）的通信系統(tǒng)稱為SISO系統(tǒng)。于

55、確定性的SISO信道，，信道矩陣，信噪比大小為，根據(jù)Shannon公式，該信道的歸一化容量可表示為</p><p><b>　?。?-26）</b></p><p>　　該容量的取值一般不受編碼或信號設(shè)計復(fù)雜性的限制，即只要信噪比每增加3dB，信道容量每s每Hz增加1bit。</p><p>　　實際的無線信道是時變的，要受到衰落的影響，如果用

56、h表示在觀察時刻，單位功率的復(fù)高斯信道的幅度（），信道容量可表示為</p><p><b>　?。?-27）</b></p><p>　　2.4.2 MISO信道的容量</p><p>　　對于多輸入單輸出（MISO）信道，發(fā)送端配有NT根天線，接收端只有一根天線，這相當(dāng)于發(fā)射分集，信道矩陣H變成一矢量，其中表示從發(fā)射端的第根天線到接收端的信

57、道幅度。</p><p>　　如果信道的幅度固定，則該信道的容量可以表示為</p><p><b>　?。?-28）</b></p><p>　　上式中，這是由于假定信道的系數(shù)固定，且受到歸一化的限制，該信道容量不會隨著發(fā)射天線的數(shù)目的增加而增大。</p><p>　　如果信道系數(shù)的幅度隨機(jī)變化，則該信道容量可以表示為&

58、lt;/p><p><b>　　（2-29）</b></p><p>　　式中表示自由度為的平方隨機(jī)變量，且，顯然信道容量也是一個隨機(jī)變量[7]。</p><p>　　2.4.3 SIMO信道的容量</p><p>　　對于單輸入多輸出（SIMO）信道，即接收端配有根天線，發(fā)射端只有一根天線，這相當(dāng)于接收分集，信道可以看成

59、是由個不同系數(shù)：組成，其中表示從發(fā)射端到接收端的第根天線的信道系數(shù)。</p><p>　　如果信道系數(shù)的幅度固定，則該信道容量可以表示為</p><p><b>　?。?-30）</b></p><p>　　上式中，這是由于信道系數(shù)被歸一化，從信道容量的計算公式可以看出，單輸入多輸出信道（SIMO）與單輸入單輸出（SISO）信道相比獲得了大小為

60、倍的分集增益。</p><p>　　如果信道系數(shù)的幅度隨機(jī)變化，則該信道容量可以表示為</p><p><b>　?。?-31）</b></p><p>　　信道容量也是隨機(jī)的變量。</p><p>　　2.4.4 MIMO信道的容量</p><p>　　對于分別配有根發(fā)射天線和根接收天線的MI

61、MO信道，發(fā)射端在不知道傳輸信道的狀態(tài)信息的條件下，如果信道的幅度固定，則信道容量可以表示為</p><p><b>　?。?-32）</b></p><p>　　式中表示和中的最小數(shù)；為階的單位矩陣；表示矩陣的行列式。</p><p><b>　　矩陣的定義如下：</b></p><p><

62、b>　　（2-33）</b></p><p>　　(1) 全“1”信道矩陣的MIMO系統(tǒng)[8]</p><p>　　對于全“1”信道矩陣的MIMO系統(tǒng)，即。如果接收端采用相干檢測合并技術(shù)，那么經(jīng)過處理后的每根天線上的信號應(yīng)同頻同相，這時可以認(rèn)為來自根發(fā)射天線上的信號都相同，即，第根天線接收到的信號可表示為，且該天線接收的功率可表示為，則在每根接收天線上取得的等效信噪比為

63、，因此在接收端取得的總信噪比為。</p><p>　　此時的多天線系統(tǒng)等效為某種單天線系統(tǒng)，但這種單天線系統(tǒng)相對于原來純粹的單天線系統(tǒng)，取得了倍的分集增益，該信道容量可表示為</p><p><b>　?。?-34）</b></p><p>　　(2) 正交傳輸信道的MIMO系統(tǒng)[8]</p><p>　　對于正交傳輸

64、信道的MIMO系統(tǒng)，即由多根天線構(gòu)成的并行子信道相互正交，單個子信道之間不存在相互干擾。假定收發(fā)兩端的天線數(shù)相等（），信道矩陣可以表示為：，為的單位矩陣，系數(shù)是為了滿足功率歸一化的要求而引入的，利用式（2-29）可得</p><p><b>　　（2-35）</b></p><p>　　與原來的單天線系統(tǒng)相比，信道容量獲得了倍的增益。</p><p

65、>　　如果信道系數(shù)的幅度隨機(jī)變化，MIMO信道的容量為一隨機(jī)變量，它的平均值可以表示為</p><p><b>　?。?-36）</b></p><p>　　式中，為信道矩陣的秩，；表示相對信道矩陣求數(shù)學(xué)期望。</p><p><b>　　2.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介

66、紹了MIMO系統(tǒng)的基本原理，推導(dǎo)出了MIMO系統(tǒng)信道容量的公式，得知MIMO系統(tǒng)的容量公式與發(fā)射天線數(shù)、接收天線數(shù)和信噪比三個參數(shù)有關(guān)。并且由公式可知當(dāng)信噪比一定時，隨著天線數(shù)的增加，信道容量也不斷增加。當(dāng)發(fā)射天線和接收天線的數(shù)量均相同，信道容量隨信噪比的增大而增大。</p><p>　　第三章 MIMO系統(tǒng)信道容量仿真與分析</p><p>　　上一章中分析了平均功率分配下的SISO、

67、MISO、SIMO和MIMO信道容量的計算公式。本章將給出上述情況下各信道容量的仿真結(jié)果，并對其做出對比與分析。</p><p>　　3.1 平均功率分配的MIMO信道容量仿真</p><p>　　3.1.1 SISO信道容量仿真</p><p>　　實際的無線信道是時變的，要受到衰落的影響，如果用h表示在觀察時刻，單位功率的復(fù)高斯信道的幅度（），由（2-25）

68、知，此時SISO信道容量可表示為</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　在信噪比為24dB和在24dB增加3dB的兩種情況下[9]，利用MATLAB對信道容量仿真得如下結(jié)果：</p><p>　　圖 3-1 平均功率分配的SISO信道容量</p><p>　　從圖中可知，紅色線是信噪比為2

69、4dB時的信道容量與概率分布的曲線，藍(lán)色線是信噪比為27dB時的分布曲線，從而SISO信道容量的取值與信噪比有關(guān)，信噪比每增加3dB，信道容量大約每秒每赫茲增加1bit。</p><p>　　3.1.2 MISO信道容量仿真</p><p>　　根據(jù)（2-26）式，我們知道MISO系統(tǒng)信道容量可以表示為：</p><p><b>　?。?-2）</

70、b></p><p>　　圖3-2是該信道容量的MATLAB仿真結(jié)果，它反映了信道容量累計分布與發(fā)射天線數(shù)目的變化關(guān)系。仿真假定信道矩陣系數(shù)服從瑞利分布，發(fā)射天線數(shù)分別取1、3、5、7、9，信噪比取24dB，迭代次數(shù)為10000。</p><p>　　圖 3-2 平均功率分配的MISO信道容量</p><p>　　從圖中可以看到隨著發(fā)射天線數(shù)目的增加（從左到

71、右），信道容量也增加，但如果天線數(shù)目已經(jīng)增加到很大時，再增加其數(shù)量，信道容量的改善并不明顯。</p><p>　　3.1.3 SIMO信道容量仿真</p><p>　　對于單輸入多輸出（SIMO）信道，即接收端配有根天線，發(fā)射端只有一根天線，這相當(dāng)于接收分集，信道可以看成是由個不同系數(shù)：組成，其中表示從發(fā)射端到接收端的第根天線的信道系數(shù)。根據(jù)式（2-30），該信道容量可以表示為</

72、p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　圖3-3為SIMO信道容量的MATLAB仿真結(jié)果，它反映了信道容量累計概率分布與接收天線數(shù)的變化關(guān)系。仿真假定信道系數(shù)服從瑞利分布，接收天線數(shù)分別取1、3、5、7、9，信噪比取24dB，迭代次數(shù)為10000。</p><p>　　從圖中可以看出，隨著接收天線數(shù)的增加（從左到右），信道容

73、量也增加，與MISO信道一樣，如果天線數(shù)已經(jīng)很大，這時再增加天線的數(shù)量，信道容量的改善并不是很大。</p><p>　　圖 3-3 平均功率分配的SIMO信道容量</p><p>　　3.1.4 MIMO信道容量仿真</p><p>　　對于MIMO信道容量的仿真，我們選取對正交傳輸信道的MIMO系統(tǒng)信道容量進(jìn)行MATLAB仿真。對于正交傳輸信道的MIMO系統(tǒng)，

74、即由多根天線構(gòu)成的并行子信道相互正交，單個子信道之間不存在相互干擾。假定收發(fā)兩端的天線數(shù)相等（），信道矩陣可以表示為：，為的單位矩陣。根據(jù)式（2-35），信道容量的表達(dá)式取為</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　與SISO信道相類似，在MIMO信道中同樣也需要考慮路徑損耗、陰影衰落、多普勒擴(kuò)展、功率延遲譜等參數(shù)。但還有一些關(guān)鍵參數(shù)是MI

75、MO信道模型中所特有的，由信道容量表達(dá)式知，MIMO的信道容量與發(fā)送、接收天線陣列中天線陣元之間的相關(guān)性，以及的奇異值分布、信噪比有關(guān)[10]。</p><p>　　圖3-4是該信道容量的MATLAB仿真結(jié)果，它反映了信道容量累計分布與發(fā)射和接收天線數(shù)的變化關(guān)系。</p><p>　　仿真假定信道矩陣為瑞利衰落信道矩陣，發(fā)送天線數(shù)和接收天線數(shù)分別取1×1、3×3、5&#

76、215;5、7×7、9×9，信噪比仍然取24dB，迭代次數(shù)均為10000。從圖中可以看到隨著天線數(shù)目的增加（從左到右），信道容量也不斷增加，而且多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)與單輸入單輸出（SISO）系統(tǒng)相比，信道容量有了大幅度的提高。</p><p>　　圖 3-4 平均功率分配的MIMO信道容量</p><p>　　圖 3-5 信噪比對MIMO信道容量的影響&l

77、t;/p><p>　　圖3-5反映了信噪比對MIMO系統(tǒng)信道容量的影響。信噪比從4dB到24dB每2dB取一次值，發(fā)送天線數(shù)和接收天線數(shù)分別取1×1、3×3、5×5、7×7、9×9，迭代次數(shù)均為10000。從圖中可以看出，隨著信噪比的增加，MIMO系統(tǒng)信道容量也增加。而且天線數(shù)目越多，信道容量隨信噪比增加而增加的速度越快[11]。</p><p&g

78、t;　　3.2 SISO、MISO、SIMO、MIMO信道容量分析比較</p><p>　　綜合比較和分析上述4種信道（SISO、MISO、SIMO和MIMO）的信道容量，分別選擇1×1、5×1、1×5、3×3、5×5等5種天線結(jié)構(gòu)方案（從左到右），仍以瑞利衰落信道為例，采用MATLAB仿真，信噪比取24dB，分別經(jīng)過10000次迭代，得到了信道容量的累計分布曲

79、線，如圖3-6所示。</p><p>　　圖 3-6 SISO、MISO、SIMO、MIMO信道容量的比較曲線</p><p>　　從上圖可知，實線為SISO系統(tǒng)信道容量曲線，點為SIMO系統(tǒng)信道容量曲線，圓圈為MISO系統(tǒng)信道容量曲線，其余兩條為MIMO系統(tǒng)信道容量曲線。與傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)相比，MIMO系統(tǒng)能以多種方式改善通信系統(tǒng)的信道容量。特別是MIMO系統(tǒng)具有有效增加平均信道容量和中

80、斷信道容量的獨特性質(zhì)。從圖3-6中的1×5天線方案的信道容量累計分布曲線中可以看出多元天線對信道容量的影響情況，曲線的中斷容量（曲線底部）和平均容量（曲線中部）都得到了改善，這是由于空間分集減小了衰落的影響，天線合并增加了信噪比。然而，從圖3-3看出，從1×5到1×7、1×9，系統(tǒng)的性能并沒有得到明顯改善，這是由于空間分集的效果很快就趨于穩(wěn)定，而且由信噪比的增加而獲得的平均信道容量的改善也是有限的

81、，因為信噪比和信道容量是呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系的。</p><p>　　同理，從圖3-6的5×1信道容量累計分布曲線以及圖3-2對MISO信道容量的仿真結(jié)果上，可以得到有關(guān)MISO信道容量的幾點分析結(jié)果：即由于發(fā)射端事先并不知道信道的狀態(tài)信息，無法在多元發(fā)射天線中采用波束形成技術(shù)和自適應(yīng)分配發(fā)射功率，因此雖然系統(tǒng)的中斷容量得到改善，但平均容量卻沒有得到改善。這是由于空間分集的作用，而這種作用的效果隨著天線數(shù)的增

82、加而很快趨于飽和。</p><p>　　從圖3-6中的3×3、5×5信道容量累計分布曲線上，可以看出MIMO系統(tǒng)在改善信道的平均容量和中斷容量方面的優(yōu)勢是非常明顯的。事實上，當(dāng)天線數(shù)較大時，平均信道容量可簡單地近似為隨線性增加。一般來說，當(dāng)平均發(fā)射功率一定時，信道容量與最小的天線數(shù)成正比。因此在理論上，對于理想的隨機(jī)信道，可以獲得無限大的信道容量，只要能為多根天線和相應(yīng)的射頻（RF）鏈路付出足

83、夠的代價和提供更大的空間。當(dāng)然，實際上這是不可能的，因為它要受到實現(xiàn)方法和物理信道本身的限制[12]。</p><p><b>　　3.3 本章總結(jié)</b></p><p>　　由上述仿真結(jié)果我們可以看到信道容量隨著天線數(shù)量的增大而線性增大。也就是說可以在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下利用MIMO信道成倍地提高無線信道容量，當(dāng)發(fā)射天線和接收天線的數(shù)量均相同，信道容

84、量隨信噪比的增大而增大。證明了MIMO信道系統(tǒng)理論的正確性。</p><p><b>　　結(jié) 束 語</b></p><p>　　隨著目前移動通信的普及和廣泛應(yīng)用，加上未來Internet要求無線接入，用戶要求大幅度地提高無線通信速率的愿望變得越來越強(qiáng)烈，因此必須設(shè)法突破傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)的容量界限。在打破這一容量界限的技術(shù)中，多輸入多輸出(MIMO)是一項重大突破。當(dāng)

85、功率和帶寬固定時，MIMO的最大容量或容量上限隨最小天線數(shù)的增加而線性增加。因此，對于無線通信系統(tǒng)的容量提升而言，MIMO技術(shù)具有極大潛力。</p><p>　　本文的主要工作是在瑞利衰落MIMO信道下，對平均功率分配時的SISO、MISO、SIMO和MIMO系統(tǒng)信道容量進(jìn)行了MATLAB仿真與分析。文章首先概述了MIMO系統(tǒng)的有關(guān)內(nèi)容；接著介紹了MIMO的系統(tǒng)模型、系統(tǒng)容量等基本理論；然后重點介紹了MIMO系統(tǒng)

86、容量的仿真及其性能分析。通過對比分析，得出MIMO這種在無線鏈路的發(fā)送端和接收端同時使用多個天線的通信結(jié)構(gòu)，能夠在不占用額外頻譜帶寬的前提下，通過改變天線數(shù)或者信噪比有效地提高了信道容量。但MIMO技術(shù)還有很多尚未解決的問題，還有待于今后進(jìn)行深入的工作。例如：</p><p>　　各種信道下 MIMO 系統(tǒng)的改進(jìn)。在相關(guān)衰落信道、時延擴(kuò)展信道、Doppler擴(kuò)展信道下如何對現(xiàn)有方案進(jìn)行改進(jìn)，以補(bǔ)償惡劣的信道條件帶

87、來的大幅度性能和速率損失。</p><p>　　MIMO 技術(shù)與一些接收處理技術(shù)的結(jié)合或聯(lián)合處理。接收機(jī)設(shè)計是 MIMO 系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，可以考慮利用其它系統(tǒng)中的迭代譯碼、迭代均衡、干擾消除、聯(lián)合檢測等接收技術(shù)，在保持 MIMO 技術(shù)優(yōu)點的同時，實現(xiàn)接收端處理復(fù)雜度降低，而性能基本不變或者有所提高。</p><p>　　降低要求的新 MIMO 技術(shù)。比如接收端不知道信道狀況，可采用的盲 M

88、IMO系統(tǒng)，或者差分調(diào)制的 MIMO 系統(tǒng)，如果能保持住 MIMO 系統(tǒng)的性能，這些方案可能實用性更高一些。</p><p>　　在多天線系統(tǒng)這一新興的領(lǐng)域中，可以進(jìn)行的研究工作還有許多。隨著研究工作的進(jìn)一步深入，MIMO 技術(shù)作為一種高效、高速率的傳輸方式將會在更多的領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，尤其是在更高速率要求、更好服務(wù)質(zhì)量的下一代移動通信系統(tǒng)中。</p><p><b>　　參考

89、文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 張平.Beyond 3G移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)[M].北京:北京郵電大學(xué)學(xué)報, vol.25, no.3, 2007.9.1-6.</p><p>　　[2] 郭文彬等.通信原理:基于Matlab的計算機(jī)仿真[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2006.52-80.</p><p>　　[3] 呂劍剛.多入多出

90、無線通信技術(shù)研究[D].北京:北京郵電大學(xué),2007.30-50.</p><p>　　[4] 吳偉俊.移動通信中的關(guān)鍵技術(shù)[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2008.50-65.</p><p>　　[5] 樊昌信.通信原理（六版）[M].北京:國防工業(yè)出版社,2006.200-240.</p><p>　　[6] 黃韜,袁超偉,楊睿哲,劉鳴.MIMO相關(guān)技

91、術(shù)與應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2007.120-150.</p><p>　　[7] 王光劍.無線MIMO系統(tǒng)的信道容量和可靠性能研究[D].大連:大連海事大學(xué),2007.1-20.</p><p>　　[8] Patzold Matthias.Capacity studies of MIMO channel models based on the geometrical one-r

92、ing scattering model[J].IEEE 15th International Symposium on Personal,Indoor and Mobile Radio Communications,2009. 351-400.</p><p>　　[9] 陳永春.MATLAB M語言高級編程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.40-60.</p><p>　　[1

93、0] 吳偉俊.移動通信中的關(guān)鍵技術(shù)[J].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2008.90-110.</p><p>　　[11] 徐金明.MATLAB實用教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.80-100.</p><p>　　[12] Jeong Wun-Cheol.Outage capacity analysis of MIMO macro-selection systems[D]

94、. IEICE Transactions on Communications,2006.10-20.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　至此，畢業(yè)設(shè)計已接近尾聲。通過這段時間的親生經(jīng)歷，我感覺自己學(xué)到了收集、整理資料、分析及處理問題等許多方面的知識。本文是在指導(dǎo)老師蔣恩松自始至終的精心指導(dǎo)下完成的。我真誠感謝這期間蔣恩松老師給予我的全力幫

95、助，細(xì)心指導(dǎo)以及對我的嚴(yán)格要求，是他在我遇到問題時，不辭辛苦幫我解決，感謝他在設(shè)計和任務(wù)安排上長時間的指導(dǎo)。在研究過程的每個階段，蔣恩松老師以其深刻的洞察力、淵博的知識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)態(tài)度給予我熱情的指導(dǎo)和幫助。在論文寫作中蔣老師不僅關(guān)心著論文的寫作進(jìn)度，而且不斷提出寶貴的意見和新的要求，激勵著我努力學(xué)習(xí)，刻苦鉆研?？梢哉f，沒有蔣老師的指導(dǎo)與關(guān)懷，我就不可能完成我的學(xué)業(yè)和這篇論文。在此謹(jǐn)向蔣恩松老師表示由衷的感謝和敬意。</p>

96、<p>　　感謝我的家人和朋友，他們在背后的默默支持讓我有更多的時間專心投入學(xué)業(yè)。他們是我學(xué)習(xí)和前進(jìn)的動力。</p><p>　　最后向百忙之中評閱本論文的各位老師表示衷心的感謝。</p><p><b>　　附錄 </b></p><p><b>　　程序代碼如下：</b></p><

97、p>　　1、平均功率分配的SISO信道容量的matlab實現(xiàn)</p><p>　　% SISO_Capacity.m</p><p>　　clear all;clc;</p><p>　　Nt = 1; % 8.發(fā)送天線的數(shù)目</p><p>　　Nr = 1;

98、 % 9.接收天線的數(shù)目 </p><p>　　SampleNum = 10000; % 10.蒙特卡洛仿真時的抽樣數(shù)量</p><p>　　SNR_dB =0:2:24; % 11.信噪比(單位dB)&

99、lt;/p><p>　　for nSNR = 1:length(SNR_dB)</p><p>　　SNR_dB(nSNR)</p><p>　　rho = 10^(SNR_dB(nSNR)/10); % 13-15.完成信噪比的單位轉(zhuǎn)換</p><p>　　for nSample = 1:SampleNum</p&g

100、t;<p>　　H = (randn(Nr,Nt)+sqrt(-1)*randn(Nr,Nt))/sqrt(2); % 18.瑞利衰落信道矩陣</p><p>　　Cn(nSNR,nSample) = log2(det(1+rho*H*H'));</p><p><b>　　end</b></p><p>　　Capaci

101、ty(nSNR) = mean( Cn(nSNR,:) ); % 22.求遍歷信道容量</p><p>　　tempC = sort(Cn(nSNR,:));</p><p><b>　　end</b></p><p>　　figure(1) % 2

102、6.開始作圖，蒙特卡洛仿真</p><p>　　nSNR = length(SNR_dB);</p><p>　　plot(sort(Cn(nSNR,:)), (1:SampleNum)/SampleNum, 'r-');</p><p><b>　　hold on;</b></p><p><b&

103、gt;　　grid on;</b></p><p>　　Nt = 1; % 8.發(fā)送天線的數(shù)目</p><p>　　Nr = 1; % 9.接收天線的數(shù)目 </p><p>　　SampleNum = 1

104、0000; % 10.蒙特卡洛仿真時的抽樣數(shù)量</p><p>　　SNR_dB =0:2:27; % 11.信噪比(單位dB)</p><p>　　for nSNR = 1:length(SNR_dB)</p><p>　　SNR_dB(nSNR)<

105、;/p><p>　　rho = 10^(SNR_dB(nSNR)/10); % 13-15.完成信噪比的單位轉(zhuǎn)換</p><p>　　for nSample = 1:SampleNum</p><p>　　H = (randn(Nr,Nt)+sqrt(-1)*randn(Nr,Nt))/sqrt(2); % 18.瑞利衰落信道矩陣</p>

106、;<p>　　Cn(nSNR,nSample) = log2(det(1+rho*H*H'));</p><p><b>　　end</b></p><p>　　Capacity(nSNR) = mean( Cn(nSNR,:) ); % 22.求遍歷信道容量</p><p>　　tempC =

107、sort(Cn(nSNR,:));</p><p><b>　　end</b></p><p>　　figure(1) % 26.開始作圖，蒙特卡洛仿真</p><p>　　nSNR = length(SNR_dB);</p><p>　　plot(s

108、ort(Cn(nSNR,:)), (1:SampleNum)/SampleNum, 'b-.');</p><p><b>　　hold on;</b></p><p>　　xlabel('信道容量 (bit/s/Hz)');</p><p>　　ylabel('概率分布')</p>

109、<p><b>　　grid on;</b></p><p>　　2、MISO信道容量仿真的matlab實現(xiàn)</p><p>　　% MISO_Capacity.m</p><p>　　clear all;clc;</p><p>　　Nt = 1; % 8.發(fā)射天線的數(shù)目為1

110、</p><p>　　Nr = 1; % 9.接收天線的數(shù)目為1 </p><p>　　SampleNum = 10000; % 10.蒙特卡洛仿真時的抽樣數(shù)量</p><p>　　SNR_dB = 0:2:24;

111、 % 11.信噪比(單位dB)</p><p>　　for nSNR = 1:length(SNR_dB)</p><p>　　SNR_dB(nSNR)</p><p>　　rho = 10^(SNR_dB(nSNR)/10); % 13-15.完成信噪比的單位轉(zhuǎn)換</p>

112、;<p>　　for nSample = 1:SampleNum</p><p>　　H = (randn(Nr,Nt)+sqrt(-1)*randn(Nr,Nt))/sqrt(2); % 18.瑞利衰落信道矩陣</p><p>　　Cn(nSNR,nSample) = log2(det(1+rho*H*H'/Nt));</p><p><

113、;b>　　end</b></p><p>　　Capacity1(nSNR) = mean( Cn(nSNR,:) ); % 22.求遍歷信道容量</p><p>　　tempC1 = sort(Cn(nSNR,:));</p><p><b>　　end</b></p><p>

114、　　Nt = 3; % 26-42.發(fā)射天線的數(shù)目為3</p><p>　　Nr = 1; </p><p>　　SampleNum = 10000; </p>

115、<p>　　SNR_dB =0:2:24; </p><p>　　for nSNR = 1:length(SNR_dB)</p><p>　　SNR_dB(nSNR)</p><p>　　rho = 10^(SNR_dB(nSNR)/10);