【正文】 ke multiple streams in spatial multiplexing) is transmitted, but the signal is coded using techniques called spacetime coding. The signal is emitted from each of the transmit antennas with full or near orthogonal coding. Diversity coding exploits the independent fading in the multiple antenna links to enhance signal diversity. Because there is no channel knowledge, there is no beamforming or array gain fr。參考文獻(xiàn) [1] 王怡瑩, 王云生. MIMO無線技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J]. 新技術(shù)與新業(yè)務(wù). 2006, 23(5): 5558. [2] 周平. 基于空時分組碼的MIMO的研究[D]. 南京: 南京師范大學(xué), 2007. [3] 敖珺. MIMO無線通信系統(tǒng)中的空時編碼方法研究[D]. 西安: 西安電子科技大學(xué), 2009. [4] 趙維娜. LTE系統(tǒng)的MIMO信道建模與仿真[D]. 西安: 西安電子科技大學(xué), 2013. [5] XuHao, Chizhik D, Huang H. A generalized spacetime multipleinput multipleoutput(MIMO)channel model[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications. 2004, 3(3): 966975. [6] Liu F, Yang D, Chen Z. ClosedForm Performance Analysis of Variable Gain Relaying over NonIdentical Nakagamim FadingChannel[J]. 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A Minimum Mean Square Error Estimator for 3GPP39。你們在我一頭霧水幾近絕望的時候，給予了我極大的鼓勵和耐心的指導(dǎo)。畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了，在這個過程中我學(xué)到了很多東西。 總之，雖然本次論文已經(jīng)完成，但是本次研究還很有必要繼續(xù)下去，對更加深入的問題進(jìn)行探討。本文首先分析了MIMO技術(shù)在通信系統(tǒng)中應(yīng)用的發(fā)展歷史、趨勢以及現(xiàn)在存在的問題，然后介紹了MIMO技術(shù)的基本原理、MIMO通信系統(tǒng)的系統(tǒng)建模和信道模型，接著簡要介紹了本次研究使用的仿真工具，即MATLAB/Simulink仿真軟件。第四節(jié) 本章小結(jié) 本章首先闡述了MIMO通信系統(tǒng)的空時分組編碼的原理，然后詳細(xì)介紹了線性正交設(shè)計(jì)的空時分組編碼以及譯碼特點(diǎn)，并對正交空時分組碼的性能進(jìn)行了理論推導(dǎo)分析。然后我們比較兩種調(diào)制下的接收信號的信號軌跡與離散時間散點(diǎn)圖：，可以發(fā)現(xiàn)4PAM調(diào)制下通信系統(tǒng)的接收信號軌跡是雜亂無章的；，可以發(fā)現(xiàn)從頻域角度分析4PAM的頻譜更加分散。伯努利二進(jìn)制信號源，瑞麗信道參數(shù)：，離散路徑延遲向?yàn)?到，平均路徑增益量為0到3。這里得到的正交空時分組碼譯碼使用的信道模型等效于SISO的信道模型。根據(jù)上面推到的正交空時分組碼結(jié)構(gòu)，可以將接收信號寫成[15] ： （44）設(shè)最小化候選碼子，由于信道中噪聲為高斯白噪聲，所以通過其與接收信號間的平方歐氏距離可以得到最佳判決： （45）根據(jù)最大似然判決準(zhǔn)則可以求出該式中的最小化： （46）第m個符號的最佳判決準(zhǔn)則為[16] ： （47）其中m=1,2,3，….,M。經(jīng)過舉例當(dāng)N==M=2,3,4…可以得出結(jié)論：當(dāng)且僅當(dāng)式（42）成立時，矩陣X的列是正交的[14] 。 雙發(fā)射天線情形下的空時分組碼系統(tǒng)將該理念推廣到多接收天線系統(tǒng)，就可以獲得接收天線數(shù)兩倍的分集度，這就是空時分組碼的魅力所在。第四章 MIMO正交空時分組的仿真第一節(jié) MIMO通信系統(tǒng)與空時分組編碼講空時分組碼前，要先介紹一個天才設(shè)計(jì)理念的例子——Alamouti方案[3] 。第四節(jié) 本章小結(jié)本章主要研究了信噪比、接收天線數(shù)與發(fā)射天線數(shù)對MIMO通信系統(tǒng)的信道容量的影響。進(jìn)行仿真的編碼見附錄3，： =4，不同信噪比下，信道容量隨變化仿真圖結(jié)果分析：，我們可以輕易地看出：在相同信噪比下，當(dāng)=4，從1到30的MIMO通信系統(tǒng)信道容量與當(dāng)=4，從1到30的MIMO通信系統(tǒng)的信道容量是一樣的。二、不同信噪比、相同接收天線下的仿真為了研究信噪比對信道容量的影響，下面的研究我們將仿真條件設(shè)定為：信道為瑞利衰落信道模型，SNR分別取0dB、5dB、10dB、15dB,接收天線為4，發(fā)射天線取值從1到30，每種天線配置都計(jì)算1000次求平均值。 是信噪比，用SNR表示。由于我們規(guī)定每根天線發(fā)射功率相等，都為 ，所以第i個信道的接收功率為： （310）所以根據(jù)香農(nóng)公式可以得到總信道容量C為： （311）其中 為每個子信道的帶寬。如果用表示矩陣H的奇異值，帶入到公式（36）則可以得到： （38）或： （39）顯然可以看出只受發(fā)射影響，而且與發(fā)射信號無關(guān)，即無信道增益。的特征值λ為： （y≠0） （32）其中y 是與λ對應(yīng)的的特征矢量。第三章 MIMO信道容量仿真與分析研究第一節(jié) 信道容量計(jì)算概述對MIMO通信系統(tǒng)信道容量的研究是對MIMO通信系統(tǒng)研究的一個很重要的課題。用戶也可以用標(biāo)準(zhǔn)的MATLAB語言編寫M文件，然后用MATLAB/，該文件可以直接在MATLAB下直接調(diào)用的。使用者可以根據(jù)自己的需要修改或者加入新的工具包。Simulink共有七個模塊庫，分別為：信源庫（Sources Library）：信號發(fā)生模塊；信宿庫(Sinks Library)：觀測模塊和寫輸出模塊；離散庫(Discrete)：描述離散狀態(tài)模塊；線性庫(Linear Library)：描述線性函數(shù)模塊；非線性庫(Monlinear Library)：描述非線性函數(shù)模塊；連接庫（Connections Library）：包含復(fù)用/解復(fù)用模塊，子系統(tǒng)生成模塊；專用模塊和工具箱集合（Blocksetsamp。它的一個重要特征就是構(gòu)造與MATLAB之上。，為Simulink仿真中通信系統(tǒng)的頂層仿真基本模型[9] 。Simulink的出現(xiàn)更是將仿真變得直觀簡單化，容易上手。第二章 MATLAB/Simulink仿真工具介紹第一節(jié) 概述由于通信系統(tǒng)越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的手工分析和電路板實(shí)驗(yàn)已經(jīng)不能滿足實(shí)際的需求，各種通信系統(tǒng)仿真軟件應(yīng)運(yùn)而生。第六節(jié) 本章小結(jié) 本章首先介紹了MIMO技術(shù)的發(fā)展歷史、發(fā)展現(xiàn)狀和以后的發(fā)展趨勢，正是由于大量的研究人員將時間和精力放在了MIMO技術(shù)上，才使得MIMO技術(shù)從提出到理論研究再到商用，以迅猛的速度發(fā)展。不過無論哪種模型都可以用衰落因子來表示： （115）其中是大尺度衰落因子，是小尺度衰落因子。如圖是該信道模型的示意圖[5] 。一般情況下，在傳統(tǒng)的SISO通信系統(tǒng)中，信道建模時常使用瑞利分布（收發(fā)間不存在直接傳輸時）與萊斯分布。 在接收端使用最大似然準(zhǔn)則。在繼續(xù)接下來的討論前，我們需要確定研究的MIMO通信模型選用哪種信道矩陣，考慮到無線通信信道一般選用瑞利衰落模型與萊斯衰落信道模型。如果設(shè)總發(fā)射功率都為P，則無論如何取值，都會有： （16）其中為的跡，如果我們假設(shè)每一個天線發(fā)射的功率都為，則發(fā)射信號的協(xié)方差矩陣可以表示為： （17） 其中為的單位矩陣，如果假設(shè)它有足夠?qū)挼膸挘瑒t信道頻率響應(yīng)是平坦的（無記憶信道）。第四節(jié) MIMO通信系統(tǒng)模型我們假設(shè)一個MIMO通信系統(tǒng)具有個發(fā)射天線與個接收天線。現(xiàn)在的空時編碼技術(shù)有三類：分層空時編碼（LSTC）、空時分組碼（STBC）和空時格形碼（STTC）。其原理是將不同天線發(fā)射的信號進(jìn)行空間分集和時間分集（信道編碼與交織），同時應(yīng)用時間和空間兩個維度來進(jìn)行編碼，并且同時獲得分集增益與編碼增益。則MIMO通信系統(tǒng)的信道容量可以表示為[12] ： （14） 根據(jù)上述公式，通過我們粗略地計(jì)算就會發(fā)現(xiàn)了MIMO技術(shù)對提高信道容量方面起到的作用是相當(dāng)可觀的。如圖，為這些系統(tǒng)的基本構(gòu)架： (a)SISO (b)SIMO (c)MISO (d)MIMO (e)MIMOMU根據(jù)香農(nóng)定理，SISO的信道容量C： （11）而MIMO通信系統(tǒng)是在基站和用戶終端都配置陣列天線，利用空間分集技術(shù)將接收信號的信噪比增加。智能天線是指利用空間資源將天線分集，然后按照需求通過一定的方式進(jìn)行加權(quán)，從而獲得增益。第三節(jié) MIMO技術(shù)原理一、天線分集技術(shù)前面已經(jīng)講過MIMO技術(shù)是將空間分集和空時編碼相結(jié)合的技術(shù)，所以首先介紹空間分集技術(shù)。二、發(fā)展趨勢雖然在現(xiàn)階段MIMO技術(shù)仍存在還未解決的問題，但是由于MIMO技術(shù)能與許多技術(shù)相結(jié)合，其在無線寬帶移動通信、傳統(tǒng)蜂窩移動通信、可見光通信、雷達(dá)等領(lǐng)域具有廣闊的前景，被稱為是目前無線通信系統(tǒng)最為關(guān)鍵的技術(shù)之一。所以在研究系統(tǒng)性能或者評估算法前，必須建立符合實(shí)際的動態(tài)模型。而對于手機(jī)來說加入兩根天線就已經(jīng)達(dá)到極限。下圖是在不同調(diào)制方式下使用MIMO技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率對比[1] 。(Wireless Fidelity)在公共場合的接入數(shù)據(jù)傳輸速率大約在11Mb/s左右，而引入了MIMO技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)使得在公共場合的接入數(shù)據(jù)傳輸速率超過了100Mb/s，現(xiàn)在有研究者正在試驗(yàn)使用多個MIMO配置，以進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)傳輸速率[1] 。1998年首次采用VBLAST算法的MIMO通信系統(tǒng)被建立，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)具有很高的頻譜利用效率。本