【正文】 畢業(yè)設計（論文）設計（論文）題目：基于MIMO的通信系統(tǒng)仿真與分析研究重慶郵電大學本科畢業(yè)設計（論文）摘 要隨著移動通信的快速發(fā)展，用戶數量與用戶需求的急劇攀升，使得移動通信成為了通信界最具有市場潛力的技術。而無線通信與有線通信比較時暴露出來的弱點，如移動信道環(huán)境惡劣、用戶使用突發(fā)性大等，使得提高無線通信的容量和質量需要諸多突破點。所以短缺的頻譜資源刺激著人們向提高頻譜利用率的方向努力。自二十世紀九十年代MIMO（MultipleInput MultipleOutput，多輸入多輸出）技術提出以來，由于在提高信道容量方面取得的突出成果，逐漸被無線通信領域的多個標準所應用，成為了在提供可靠無線傳輸鏈路方面一個重要突破。MIMO技術是由多天線分集技術和空間編碼技術相結合而產生的，它的一個很重要的特點就是：不再是對抗多徑效應，而是巧妙地利用它。隨著研究人員對MIMO通信系統(tǒng)理論、算法、應用等各個方面越來越多的研究，其已經成為了通信技術中的熱門課題。 本文首先介紹了MIMO技術的基本原理和MIMO通信系統(tǒng)的信道模型，然后簡要介紹了本文研究使用的仿真工具，即MATLAB/Simulink仿真軟件。其后通過理論推導與軟件仿真對MIMO通信系統(tǒng)的信道容量進行了研究，總結了各因素對信道容量的影響。最后本文對基于正交空時分組編碼的MIMO通信系統(tǒng)進行了仿真?！娟P鍵詞】頻譜利用率 MIMO通信系統(tǒng) 信道容量 正交空時分組編碼ABSTRACTWith the rapid development of the mobile munications, the sharp rise in the number of users and the need of users making the mobile munications has bee to the most potential technology in the munication market. However, when pared the wireless munications to the wired munications, the weaknesses unfolded. Such as the poor mobile channel environment, the sudden rise or down of the number of users or other characteristics, makes the improvement of the capacity and the quality of wireless munication needs many breakthroughs. But the shortage of spectrum resources stimulates people to improve the spectrum utilization.Since the 1990s, MIMO (MultipleInput MultipleOutput) technology has been gradually applied to several standards of wireless munications and bee an important breakthrough in many aspects, such as providing reliable wireless transmission link, for the outstanding achievements in improving the channel capacity.MIMO technology is bined with multiantenna diversity technology and spatial coding technology. One of the most important features of MIMO technology is not confronting multipath effects, but using it cleverly. With more and more studies in the theory, algorithms, applications, etc. of MIMO munication systems by many researchers, it has bee a hot topic in munications technology.Firstly, we will describe the basic principles of the MIMO system technology and the MIMO channel models in this paper. Then I will describe the simulation tool, MATLAB / Simulink simulation software briefly. Next, this paper will study the theoretical derivation and simulation software for the channel capacity of MIMO systems and sum up the impact of various factors on the channel capacity. Finally, a simulation of the MIMO munication system based on orthogonal spacetime block coding will be given in this paper.【Key words】Spectrum utilization MIMO munication system Channel capacity Orthogonal spacetime block coding目 錄前 言 1第一章 MIMO技術的概述 3第一節(jié) MIMO技術發(fā)展歷史和現狀 3一、發(fā)展歷史 3二、現狀 3第二節(jié) 仍存在的問題與發(fā)展趨勢 4一、仍存在的問題 4二、發(fā)展趨勢 5第三節(jié) MIMO技術原理 5一、天線分集技術 5二、空時編碼技術 7第四節(jié) MIMO通信系統(tǒng)模型 8第五節(jié) MIMO通信系統(tǒng)信道模型 10第六節(jié) 本章小結 12第二章 MATLAB/Simulink仿真工具介紹 13第一節(jié) 概述 13第二節(jié) 通信系統(tǒng)仿真方法與流程 13第三節(jié) Simulink仿真概述 14第四節(jié) Simulink通信工具箱仿真模塊與S函數 15一、通信工具箱 15二、S函數 16第五節(jié) 本章小結 16第三章 MIMO信道容量仿真與分析研究 17第一節(jié) 信道容量計算概述 17第二節(jié) 仿真與結果分析 19一、相同信噪比、相同接收天線下的仿真 20二、不同信噪比、相同接收天線下的仿真 20三、不同信噪比、相同發(fā)射天線下的仿真 21四、相同信噪比、不同接收天線下的仿真 22第四節(jié) 本章小結 23第四章 MIMO正交空時分組的仿真 25第一節(jié) MIMO通信系統(tǒng)與空時分組編碼 25第二節(jié) 正交空時分組編碼、譯碼與性能分析 26一、正交空時分組編碼 26二、正交空時分組碼譯碼 26三、正交空時分組碼性能分析 27第三節(jié) 4QAM與其他調制方式下的仿真與結果分析 28第四節(jié) 本章小結 34結 論 35致 謝 36參考文獻 37附 錄 38一、英文原文 38二、英文翻譯 43三、工程設計圖紙 47四、源程序 49 55 前 言隨著無線通信的發(fā)展，人們已經基本實現了三個“W”（Wherever, Whenever, Whoever，即能夠實現用戶在任意地點，任意時間，與任意用戶進行即時通信）。但是從目前來看，其發(fā)展逐漸受到出現的瓶頸的制約——無線頻譜資源的短缺。并且如何才能在復雜惡劣的信道環(huán)境（多徑衰落與多普勒頻移等問題）和有限的帶寬下提高傳輸質量和速率，變?yōu)榱藷o線通信技術發(fā)展的關鍵點。分集技術，為了改善信道衰落對數字通信系統(tǒng)誤碼率和中斷概率而設計的技術，包括時間分集、空間分集、頻率分集等。其中空間分集是使用天線陣列，利用“空間”資源，在不可靠的無線鏈路中實現可靠通信的分集技術。20世紀90年代MIMO通信系統(tǒng)的提出，使得空時處理的多天線技術，為如今移動互聯網帶寬和質量的問題提供了新的解決方法，通過空時編碼實現的發(fā)射分集以及空分復用的方案成為了無線通信領域的一個焦點。眾所周知，新技術不能再在頻域上增加負擔，而空時編碼和空間分集相結合的技術（MIMO技術）就是在不占用額外頻譜資源的前提下，將信號在信道傳輸過程中的不利因素變?yōu)橛欣蛩?。MIMO無線通信系統(tǒng)是陣列天線通信系統(tǒng)和智能天線通信系統(tǒng)的進一步擴展。而且總的來說，它并沒有在原來的系統(tǒng)上做太大的變化，只是在空中接口的地方進行了小的改進。因此MIMO技術成為了第三代通信技術和第三代演進通信技術的首選，未來移動通信的關鍵。目前對MIMO技術的研究主要分為四個方面：MIMO信道的建模與測量，MIMO信道容量的分析，基于MIMO的空時編碼與解碼，對MIMO接收機的研究，如信道估計問題。本文的內容安排如下。第一章主要是對MIMO通信系統(tǒng)的概述，在簡要介紹了MIMO的發(fā)展、現狀和趨勢后，詳細介紹了MIMO技術應用到的兩個核心思想：陣列天線技術與空時編碼技術。隨后簡單闡述了研究MIMO通信系統(tǒng)最為核心的信道建模與容量分析的理論基礎，為后面的仿真研究做好鋪墊。第二章主要介紹了本論文使用的仿真工具：MATLAB/Simulink。由于MATLAB對通信系統(tǒng)強大的仿真能力，所以本次研究選用其作為仿真工具。通過簡單介紹該仿真工具，為后面的仿真打下基礎，后面在使用到該工具時將不再贅述。第三章主要是對MIMO信道容量的研究，在進行多天線信道容量計算的數學推導之后，用MATLAB對其進行了仿真，通過對仿真結果的分析研究，得到MIMO通信系統(tǒng)信道容量增加的巨大優(yōu)勢，并分析出各參數對MIMO通信系統(tǒng)信道容量的影響。第四章首先詳細介紹了空時分組編碼與解碼，然后給出在不同調制下MIMO通信系統(tǒng)的仿真。本次研究選用正交空時分組編碼的MIMO通信系統(tǒng)作為研究對象，對在不同調制方式下的信號傳輸性能進行對比?？偨Y中將會指出本次對MIMO通信系統(tǒng)研究具有的局限性和應該如何進一步對MIMO技術深入研究，并總結MIMO技術巨大的發(fā)展前景。第一章 MIMO技術的概述第一節(jié) MIMO技術發(fā)展歷史和現狀一、發(fā)展歷史MIMO技術最早于二十世紀七十年代提出，而最早應用在通信系統(tǒng)中是發(fā)生在二十世紀九十年代。隨后MIMO技術的信道容量計算在1995年被提出，然后第二年就有學者提出了對角BLAST算法。1998年首次采用VBLAST算法的MIMO通信系統(tǒng)被建立，實驗發(fā)現具有很高的頻譜利用效率。在接下來的第三代和第四代移動通信系統(tǒng)中，MIMO技術被多個通信標準所采用。隨后大量的學者加入到MIMO技術的研究當中，使其成為了通信界炙手可熱的技術之一。二、現狀由于其具有很大的發(fā)展前景，MIMO通信系統(tǒng)已經應用到了多個未來無線通信系統(tǒng)的標準中（尤其是無線局域網和蜂窩網），（3rd Generation Partnerhsip Project）標準。(Wireless Fidelity)在公共場合的接入數據傳輸速率大約在11Mb/s左右，而引入了MIMO技術的標準使得在公共場合的接入數據傳輸速率超過了100Mb/s，現在有研究者正在試驗使用多個MIMO配置，以進一步提高數據傳輸速率[1] 。，能夠使用多天線使用戶的信息高速傳輸。使用了該技術的蜂窩網系統(tǒng)，其多天線用于波束成型，從而進一步提升了網絡容量，使其有能力支撐更多的用戶同時使用。寬帶碼分多址的3GPP技術的第七版和第八版（LTE）都采用了MIMO配置，使其能夠更好地應對多徑效應，獲得更高的頻譜利用效率：第七版采用了21和42的MIMO構造，第八版采用了22和44的MIMO構造。下圖是在不同調制方式下使用MIMO技術與傳統(tǒng)技術的數據傳輸速率對比[1] 。 各種MIMO結構的峰值數據速率(M,N)技術碼速調制方式速率/子數據流子數據流數量數據速率(1,1)傳統(tǒng)3/464QAM540kbps20(2,2)MIMO3/416QAM360kbps40(2,2)MIMO3/4QPSK180kbps80(4,4)MIMO1/28PSK540kbps80硬件方面：于2003年，世界上第一個集成了MIMO技術的芯片組AGN100被批量生產，隨后由于MIMO技術在第三代與第四代移動通信系統(tǒng)中的普及，大量融合了MIMO技術的移動終端將被批量生產，并以驚人的速度更新換代。第二節(jié) 仍存在的問題與發(fā)展趨勢一、仍存在的問題雖然MIMO技術應用于通信系統(tǒng)已經引起了眾多研究人員的關注，一些使用了MIMO技術的通信產品也已經投入了商用，但是仍有一些在實際中的問題還沒有得到很好的解決。1．天線的數量和間距為了使陣列天線的各個陣元接收信號不相關，天線數量和間距都會影響到傳輸速率的提高。而對于手機來說加入兩根天線就已經達到極限。首先由于使用了多天線，為了消除空間產生的干擾就需要加入更加復雜的信號檢測裝置。而且由于使用了MIMO技術的接收機受到的散射干擾，需要在均衡時考慮更多的角度和延時擴展問題。由于MI