【正文】 耗 14　 陰影衰落 14　 小尺度衰落 15　 頻率選擇性衰落 15　 時間選擇性衰落 15　 空間選擇性衰落 15　 Rayleigh 和 Rice 衰落 17　 本章小結 184　 MIMO 信道建模 19　 信道容量的分類 19　 發(fā)送端未知信道 CSI 時 MIMO 信道容量 21　 SISO、SIMO 和 MISO 信道容量 23　 單輸入單輸出 SISO 系統(tǒng) 23　 單輸入多輸出 SIMO 系統(tǒng) 24　 多輸入單輸出 MISO 系統(tǒng) 255　 結束語 28致謝 29參考文獻 30I摘要近年來，隨著無線通信的迅猛發(fā)展，多輸入多輸出(Multiple．Input Multiple．Output，MIMO)技術已逐漸成為核心技能之一。因此，如何構建準確的 MIMO 信道模型來仿真現實的信道環(huán)境成為目前研究的重點。然而，MIMO 系統(tǒng)大容量的實現和系統(tǒng)其它性能的提高以及 MIMO 系統(tǒng)中用的各種信號處理算法的性能優(yōu)劣都極大地依賴于 MIMO 信道的特性，特別是個天線之間的相關性。 畢 業(yè) 設 計（論 文）題 目： 基于 MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量 及性能分析 畢業(yè)設計（論文）誠信聲明書本人聲明：本人所提交的畢業(yè)論文《基于 MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道及其性能分析》是本人在指導教師指導下獨立研究、寫作的成果，論文中所引用他人的文獻、數據、圖件、資料均已明確標注；對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。最初對MIMO 系統(tǒng)性能的研究與仿真通常都是在獨信道的假設下進行的，這與實際的 MIMO 信道大多數情況下具有一定的空間相性是不太符合的。 工作思路和方案（怎么做） MIMO 球形譯碼檢測算法性能，主要的技術指標如下：信道容量：它代表每秒或每個信道符號能傳送的最大信息量，或者說小于這個數的信息率必能在此信道中無錯誤地傳送。首先不加多帶寬，其次不增加分外發(fā)射功率的前提條件下，信息的傳輸可以實現高速率，因而在有限的頻率帶寬上可以完成更高速度信息傳輸的要求，這對稀缺的頻譜資源的解決方案提供了強有力的技術條件，因此具有廣闊的應用前景的移動通訊體系。 derived and described the frequency selective of multipath fading and the parameters of channel response timevarying characteristics。第 3 章主要介紹了無線衰落信道的基本特征，小尺度衰落影響著本地區(qū)域接收機天線上的時延和信號電平動態(tài)衰落范圍。從 2G 開始,移動通信系統(tǒng)開始了第一次重大變革，引入了數字化的概念。在眾多 4G 標準中,LTE 系統(tǒng)標準占據了一個舉足輕重的位置。包括相關的數學，物理，無線電工程，也是通信理論、信號處理、無線資源管理和其他方面的理論積累。同時，在全球寬帶移動通信的研究，我們也組織相關的研究，并積極參與國際交流和標準化工作。跟隨各類寬帶數據交易和無線通訊業(yè)務的不停開發(fā)，通訊資源，特別是頻帶資源變得愈來愈重要，高速效率地使用數量稀少的通訊條件已經變成了無線通訊技能變化的關注點。采用模擬技術和頻域劃分多址(FDMA)等技術?！TE 系統(tǒng)和物理層相關的性能指標（1）對變通系統(tǒng)支持寬帶范圍 。其中接收端處理流程可以認為是發(fā)射端反向操作?！DD 雙工方式TDD 雙工方式中，發(fā)射與接收信號在同一頻帶，上行信號和下行信號由不同的時間段內的發(fā)送來識別。在 LTE 中采納 HFDD 的法子基于以下幾點思考。而層 2 的無線鏈路控制(RLC，Radio Link Control)亞層的邏輯信道則由MAC 亞層提供，邏輯信道描述了信息的類型，即定義了“傳輸的是什么信息” 。每個無線報文共有 20 個時隙，是時隙 0 到 19，它們的總長為 10ms，每個長為 ??。在 LTEA 中，上、下行子幀報文切換時間蘊含 5ms 和 10ms 兩種情形，此中U 示意用于朝上傳輸的子報文，D 是以朝下傳輸的子報文，蘊含 GP、UpPTS 以及DwPTS 的特別子報文用 S 來表現。MIMO 技巧因為空間中具備多個發(fā)射的天線和接收的天線，因此在信道模式、信道系統(tǒng)的容量等方面都有其特別獨到的復雜性。 （2）陣列增益基于 MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析11就是通過預編碼技術或是波束成形技術，把一個甚至多個指定方向上的能量集合起來。它的工作原理如圖 28 所示。無線通信鏈路對信息傳輸的影響主要包括大尺度衰落和小尺度衰落，而大尺度衰落又包括路徑損耗和陰影衰落，小尺度衰落包括頻域選擇性衰落、時間選擇性衰落和空間選擇性衰落。不管收發(fā)距離取何值，大尺度的路徑損耗都可以用下面的式子表示 Error! Reference source not found. 。經測試可知，對于隨意的 d，特定位置的路徑損耗的統(tǒng)計特性將服從隨機正態(tài)分布?！r間選擇性衰落無線通信中發(fā)射方和接收方的相對運動或無線信道中其它物質的運動導致無線通信信道具有時變性。較短的相干距離，角度擴展越大，相反，較長的相干距離，角基于 MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析16度擴展越小。,.pqjpqrtHreMq????? (33)pqr代表信道增益； pq?代表相位，假設相位服從 ??,??上的均勻分布，由于幅度分布的不同，信道又可以劃分服從不相同的衰落分布，比如萊斯衰落分布和銳利衰落分布 Error! Reference source not ! Reference source not found.。所以說，當主信號分量減弱時，萊斯分布轉換為瑞利分布。由信道容量的定義可以看出，它定義了在特定的傳輸條件下傳信率的上界。而當系統(tǒng)的中斷容量相同時，MIMO 系統(tǒng)的信噪比最小，SIMO 系統(tǒng)次之，MISO 系統(tǒng)再次之，SISO 系統(tǒng)信噪比則最大。之所以討論信道狀態(tài)信息，是因為只要知道了 CSI，就可以在發(fā)送功率約束的條件下，實現互信息的最大值。假設發(fā)送方和接收方都有 L個天線。在確定性的 SISO 信道中，即 1?RTN，代入上面的式子（） ，可知SISO 的信道容量為：基于 MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析24 ??22log1|/SIOChbpsHz????(48)該信道容量是一個隨機變量，SISO 系統(tǒng)的信道容量累積分布的仿真結果在圖 中有所表示，從圖中可以看出由于受到衰落的影響 SISO 信道的容量值都較小。假如信道的幅度固定是一個定值，那么這個信道的信道容量可以表示為： ?????????????????????????1log1log1log 2222 TNiTTHhC(410)基于 MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析26其中，??RNjTh12，因為有歸一化和信道系數是定值的假設，這個信道的信道容量將不會隨著發(fā)射機發(fā)射天線數量的增大而增加。待做的工作：推導平坦瑞利衰落信道、頻率選擇性衰落信道上的多天線系統(tǒng)容量，并進行仿真比較性能。還要感謝我的所有的親人，你們對我的期冀、對我的鼓勵以及對我的批評，都不斷鞭策我努力前行。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 基于 MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析32學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件） 。涉密論文按學校規(guī)定處理。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。所有的一切都讓我深深敬佩和感謝我的老師。 4G LTE 的基礎理論知識； MIMO 技術原理及其技術性能分析方法； MATLab/Simulink 的應用；，推導和描述了多徑衰落的頻率選擇性和信道響應時變特性的參數，推導了萊斯信道模型和瑞利信道模型的使用條件，并并給出典型模型的具體數學表達?！《噍斎雴屋敵?MISO 系統(tǒng)MISO 系統(tǒng)就是多個發(fā)射天線、單個接收天線的通信系統(tǒng)，即發(fā)送分集系統(tǒng)，發(fā)送端可獲得分集增益。我們假設信道系數是確定的，討論發(fā)送方不知道信道狀態(tài)信息條件下的信道容量。若 MIMO 體系的信道矩陣全為“1” ，若接收機采納相干的檢測合并的技術，那末每根天線上的信號經由處理后就是頻率相同相位也是相同的，此時可以認為發(fā)射自 TN根發(fā)射天線上的信號是一樣的?！“l(fā)送端未知信道 CSI 時 MIMO 信道容量通常情況下，發(fā)送方的情況比較復雜，不能夠通過信道估計還獲得信道的狀態(tài)消息，而接收端則可以獲得。這句話的意思是說，無線通信系統(tǒng)信道容量大于 outC的概率為 1out?，信道容量小于 outC的概率為 outP，所以說中斷概率 outP和中斷容量 是一一對應的?；?MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析194　MIMO 信道建模信道容量是無線信道中一個非常重要的性能指標，也是評價 MIMO 信道模型好壞的一個參考指標，所以研究 MIMO 信道，信道容量也同樣重要。主要的信號到來是伴隨著許多薄弱的多徑信號，形成萊斯分布。 信號帶寬 多普勒擴展標量信道 單天線系統(tǒng)角度擴展 矢量信道 角度擴展不為零的多天線系統(tǒng)基于 MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析17　Rayleigh 和 Rice 衰落無線通信的信號在傳輸路徑上要受到各種物體的干擾和影響，最終接受端接收到的信號是多個路徑信號的疊加。角度擴展告訴了接收信號的集中能量的角度范疇，發(fā)生空間的選擇性的衰落，也就是說信號幅值與天線的空間地位有一定的聯系。它包括了頻率選擇性衰落、時間選擇性衰落和空間選擇性衰落。它是由大尺度衰落模型來衡量的，統(tǒng)計特性往往服從的是對數正態(tài)分布。無線通信信道對傳輸信號的大尺度形象是通過途徑損耗和陰影衰落一起反映出來的。基于 MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析143　無線衰落信道的基本特征無線通信都是通過電磁波來傳遞消息的。在體系的回收端，因為信號的傳輸途徑不止一條，因此不光要保證天線組數不少于發(fā)射天線數目，還應該準確地估算出來信道的特色和子碼流間的干系。一個發(fā)射天線的傳送途徑中的數據體驗了深度削弱的假設的情況下，其他一個相對來說獨立的傳送途徑很可能有一個較強烈的信號輸送。MIMO 無線通信體系是使用時空處置為根本方式對信號舉行剖析的。每個無盡的數據幀包括兩個半幀，每一半幀長是 15360sdTms??，含有 8 個時隔（即 4 個子幀）和一個特別地域[12]，這個特殊的地域由下行導入頻時隔(DwPTS，Downlink Pilot Time Slot)、上行導入頻時隔(UpPTS，Uplink Pilot Time Slot)和保護間隔(GP，Guard Period)組成的。所以 LTEA 分別設計了用于 FDD 的幀構造范例 1 和用于 TDD 的幀構造范例 2。無線資源控制 （ R R C ）物理層介質訪問控制 （ M A C ）層 1層 2層 3傳輸信道邏輯信道基于 MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析8圖 22　物理層周圍的無線接口協(xié)議架層 2 的介質訪問控制(MAC，Medium Access Control)子層與層 1 的物理層和層3 的無線資本掌管(RRC，Radio Resource Control)子層之間具有接口。在半雙工 FDD 中，基站應用全雙工 FDD 形式，盡管采用成對頻譜終端的發(fā)射信號與接收信號在不同的頻帶上傳輸，但其接收和發(fā)射信號卻不能夠同時進行。HDD 使用上下行成對頻段，信號的發(fā)射與接收可以同時進行，因而減少了上下行信號間的反饋時延。LTE 的上下行鏈路分別采納單載波頻分多址(SCFDMA)技能[21]和正交頻分多址(OFDMA)技能。提供 IMS 等高速數據傳輸任務。分析了無線信道的基本特征和無線信道的多徑效應，推導了描述多徑衰落的頻率選擇性和信道響應時變特性的參數，推導了萊斯信道模型和瑞利信道模型的使用條件，并且給出了典型模型的具體數學表達。　MIMO 的研究意義未來移動通訊要滿足無論何時、無論何地、向無論何人供給迅速牢靠的通訊辦事的要求。2022 年，數學國外移動通訊運營商共同建樹了下一代移動網絡（Next Generation Mobile Network,NGMN）論壇，它引頸了新一代寬帶移動通信的趨勢，促進 NGMN 論壇變?yōu)闊o線通訊領域最具影響非標準化組織。但是一次偉大的技術變革，不是一朝一夕就能夠實現的。源委大批高級優(yōu)秀的技術人才進行研發(fā)和考證，LTE 項目在許多方面都符合了第四代通訊技能的要求和具有第四代通信技巧的特征，我們稱之為“準 4G”技能?；?MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析21　緒論　選題背景通過幾十年的發(fā)展