【正文】 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度大幅度增高，不能充分發(fā)揮MIMO技術(shù)的優(yōu)勢。MIMO系統(tǒng)的使用可以追溯到20世紀(jì)Marconi時(shí)代。MIMO系統(tǒng)能夠大大提高頻譜利用率和系統(tǒng)的容量，在有限的無線頻帶下傳輸更高速率的數(shù)據(jù)信息，更是新一代移動(dòng)通信的核心技術(shù)。后來，20世紀(jì)90年代ATamp。無線MIMO系統(tǒng)的研究主要集中在發(fā)送分集、空時(shí)復(fù)用、空時(shí)編碼、波束成形、定時(shí)同步、信道估計(jì)、自適應(yīng)編碼調(diào)制和多用戶MIMO系統(tǒng)等技術(shù)上。由信息論香農(nóng)公式出發(fā)，對(duì)于發(fā)射天線數(shù)為M，接收天線數(shù)為N 的MIMO 系統(tǒng)，假定信道為獨(dú)立的瑞利衰落信道，并設(shè)M、N 很大，則信道容量C 近似為：公式全部編號(hào)，注意大小大小全部一致，下同其中為信號(hào)帶寬，為接收端平均信噪比，min(M,N)為M,N的較小者。具有相同信息的信號(hào)通過不同的路徑被發(fā)送出去，在接收機(jī)端可以獲得數(shù)據(jù)符號(hào)多個(gè)獨(dú)立衰落的復(fù)制品，從而獲得更高的接收可靠性。包絡(luò)一般服從瑞利分布、萊斯分布兩種。 Nakagami衰落模型Nakagami分布由Nakagami在20世紀(jì)40年代初提出，用來描述長距離HF信道中的快衰落上的大尺度實(shí)驗(yàn)。對(duì)相關(guān)衰落下MIMO系統(tǒng)的性能分析必須要克服的困難就是提出一種能產(chǎn)生具有互相關(guān)特性，并且衰落滿足一定特性的相關(guān)信道的方法。因此，41圖可以簡單表示如下：圖44 分解合成法過程 相關(guān)Nakagami信道產(chǎn)生步驟如圖42所示，利用分解合成技術(shù)產(chǎn)生Nakagami序列時(shí)，首先由推導(dǎo)出 然后間接得到，接著利用產(chǎn)生個(gè)獨(dú)立的高斯矩陣，通過一定的方式組合這個(gè)高斯矩陣產(chǎn)生Gamma矩陣，最后直接開方獲得Nakagami矩陣 。進(jìn)行迭代之前首先得選一個(gè)迭代初始值。 可由式()和式()得到 ()根據(jù)式()、()的分布特性和式()的分解方法，可以得到()此處的表示其左右兩端描述的概率分布是相同的。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于它能產(chǎn)生具有任意(大于0. 5的實(shí)數(shù))階的、任意互相關(guān)系數(shù)Nakagami衰落信道。從圖中可以觀察到理論值與仿真結(jié)果具有很好的匹配性。可以運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的定理：獨(dú)立卡方變量之和可以用Gamma變量近似表示。分解合成法需要利用Nakagami協(xié)方差矩陣與Gamma協(xié)方差矩陣之間的關(guān)系。高斯協(xié)方差矩陣與Nakagami協(xié)方差矩陣之間的直接關(guān)系不太明顯，因此，可以先找出高斯協(xié)方差矩陣與伽馬協(xié)方差矩陣的關(guān)系，再通過伽馬協(xié)方差矩陣與Nakagami協(xié)方差矩陣之間的關(guān)系間接求得。4 互相關(guān)Nakagami衰落信道的產(chǎn)生方法在研究MIMO通信系統(tǒng)性能時(shí)，通常都將MIMO信道建立為各子信道相互獨(dú)立。 萊斯分布的概率密度表示： () 式中，是主信號(hào)的峰值；是衰落信號(hào)的包絡(luò)；為的方差； 是0階第一類修正貝塞爾函數(shù)。另一方面，通信系統(tǒng)中的編解碼、調(diào)制解調(diào)和各種接收技術(shù)等通信模塊都是針對(duì)特定的信道特征來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。小尺度衰落信道根據(jù)其頻率選擇性，可分為平坦衰落信道和頻率選擇性衰落信道。傳輸信息流S(k)經(jīng)過空時(shí)編碼形成M 個(gè)信息子流C(k),k=1,2,……，M,這M個(gè)子流由M個(gè)天線發(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由N 個(gè)接收天線接收。日前，華為宣布完成全球首個(gè)LTE44 MIMO系統(tǒng)的商用網(wǎng)測試，該測試在德電開通的LTE商用網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行，呈現(xiàn)了完美的LTE性能，數(shù)據(jù)下載速率超過250Mbps。 receiving antenna1 緒論 無線MIMO系統(tǒng)概述目前，各國已經(jīng)開始新一代移動(dòng)通信技術(shù)，爭取在未來的移動(dòng)通信領(lǐng)域內(nèi)打下半壁江山，而作為新一代移動(dòng)通信的關(guān)鍵性技術(shù)——多輸入多輸出技術(shù)（Multiple Input Multiple Output, MIMO），在發(fā)射端和接收端分別使用多個(gè)發(fā)射天線和接收天線，能較大的提高用戶的服務(wù)質(zhì)量，在不增加帶寬的情況下成倍的提高系統(tǒng)容量和頻譜利用率。本文首先研究和分析了MIMO系統(tǒng)及其發(fā)展現(xiàn)狀和研究趨勢，然后對(duì)MIMO技術(shù)的基本組成原理和技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行闡明，并概述MIMO系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和原理模型，然后使用軟件Matlab對(duì)MIMO系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，在此研究理論基礎(chǔ)上，分析MIMO系統(tǒng)中Nakagami衰落信道的算法，并比較不同算法之間的優(yōu)劣，最后得出結(jié)果。T實(shí)驗(yàn)室Tarokh等人提出空時(shí)編碼的思想。目前關(guān)于MIMO技術(shù)一個(gè)研究熱點(diǎn)是MIMOOFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）系統(tǒng)，被視為B3G/4G最具潛力的解決方案，該系統(tǒng)可通過OFDM調(diào)制把頻率選擇性MIMO的衰落信道換成并行的平坦衰落信道，再利用MIMO技術(shù)提高系統(tǒng)信道容量。由公式可見，系統(tǒng)的信道容量受信號(hào)帶寬、信噪比和最小天線數(shù)三個(gè)因素的限制，表明在信噪比和信號(hào)帶寬固定時(shí)，MIMO系統(tǒng)的最大容量隨最小天線數(shù)的增加而線性增加，由此得到，MIMO技術(shù)對(duì)于提高無線通信系統(tǒng)的信道容量具有極大的作用 。對(duì)于發(fā)射分集技術(shù)來說，利用多條路徑的增益來提高系統(tǒng)的可靠性。在移動(dòng)無線信道中，瑞利衰落分布是常見的用于描述平坦衰落信號(hào)或獨(dú)立多徑分量接收中包絡(luò)的時(shí)變統(tǒng)計(jì)特性的一種衰落模型；萊斯衰落分布是由于在瑞利衰落分布的基礎(chǔ)上，存在一條直射路徑的影響而造成的。其后，對(duì)Nakagamim分布的研究引起許多學(xué)者的研究興趣。 Brute force法n個(gè)零均值獨(dú)立同分布的高斯序列衰落指數(shù)為n/2的Nakagamim序列圖41 Brute force法過程文獻(xiàn)[4]給出了 個(gè)零均值獨(dú)立同分布的高斯隨機(jī)變量和的均方根服從 的Nakagami—m分布，其表達(dá)式為式中：為均值為零、方差為 的獨(dú)立同分布的高斯隨機(jī)變量；為參數(shù) 、二階矩 的Nakagami—m 隨機(jī)變量。產(chǎn)生步驟如下：綜合之前的理論分析，將生成Na}Cagami信道的實(shí)現(xiàn)步驟歸納如下：輸入：①lakagarni信道的互相關(guān)矩陣； ②Nakagami信道的衰落系數(shù)m。出于與v相差較小，選用作為迭代的初始值，即：太大()采用上述迭代方法求解互相關(guān)矩陣一般在幾步內(nèi)即可收斂解出Gamma系數(shù)v。 在求解時(shí)，可用如下方法：對(duì)上式符號(hào)兩邊同時(shí)求一二階矩，可得() ()解方程可得：()顯然，有兩個(gè)取值，此處建議選擇較接近1的值，因?yàn)楫?dāng)m為整數(shù)時(shí)，這樣的取值方法能使式(3. 34)等號(hào)兩端的概率分布相同。主要介紹信道分解合成方法的基本原理、具體步驟以及公式的推導(dǎo)過程，并且給出部分仿真結(jié)果(衰落系數(shù)分別為整數(shù)和非整數(shù))，通過比較仿真結(jié)果得出方法可靠性結(jié)論：該方法能有效、可靠地產(chǎn)生任意階、任意相關(guān)系數(shù)的相關(guān)Nakagami衰落信道。相應(yīng)的Nakagami信道概率密度的理論值與仿真結(jié)果在圖53中給出。然后利用均值為零、協(xié)方差矩陣為單位陣的獨(dú)立同分布的高斯矩陣： ()生成相應(yīng)的高斯矩陣：()太大如前式()，在2m為整數(shù)的情況下，相應(yīng)的Gamma矩陣可以分解為： ()而對(duì)于2m不為整數(shù)的情況，則不能簡單表示成以上這種形式。Nakagarni信道的n階互相關(guān)系數(shù)和相應(yīng)的Gamma信道的互相關(guān)系數(shù)存在如下關(guān)系：()其中，() 超函數(shù)定義為：()其中，式()的表明Nakagami隨機(jī)變量的任意階相關(guān)系數(shù)都可以用相應(yīng)的Gamma變量的相關(guān)系數(shù)表示。高斯矩陣可以由高斯協(xié)方差矩陣通過簡單方法求出，因此，只要找出高斯協(xié)方差矩陣與Nakagami協(xié)方差矩陣之間的關(guān)系就可得出Nakagami協(xié)方差矩陣間接求出Nakagami矩陣。m越大，信道衰落情況越輕。所以，在接收信號(hào)中沒有主導(dǎo)分量時(shí)，萊斯分布就轉(zhuǎn)變?yōu)槿鹄植?。之所以需?