【正文】 、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。本人授權　　 　 　大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或?qū)W歷而使用過的材料。我所得到的任何成果，都包含了了你們無數(shù)的關心和幫助，我的任何成果，都是和你們一起的共同成果！再次把最衷心的謝意送給所有給過我?guī)椭睦蠋?、同學、朋友與親人! 感謝你們，有你們的存在，才讓我變得更好。在生活上，高佛設老師作為朋友也給與我無盡的幫助和關心愛護，讓我收獲了除了學業(yè)之外的另一種受用一生的精神財富。基于 MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析29致謝光陰荏苒，在我即將完成自己多年的學業(yè)，在我準備寫這篇致謝的時候，我的腦海中浮現(xiàn)出無數(shù)的身影，在我求學的路上，你們給了我無數(shù)的關愛、鼓勵和幫助?；?MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析285　結束語最后，本節(jié)將對本論文的工作進行歸納，列出了尚存在和有待解決的問題，并提出進一步的鉆研目標。0 1 2 3 4 5 6 701不不不不不bits/s/Hz不不不不不MISO不不不不不不不不不不不不不不,不不不不10dB不不不不不不不1,3,5,7,9圖 45 　MISO 系統(tǒng)信道容量累計分布概率曲線上圖反映了信道容量累計分布與發(fā)射天線數(shù)目的變化關系。仿真假定信道系數(shù)服從瑞利分布，接收天線數(shù)分別取 9，信噪比取 10dB，迭代次數(shù)為10000，從圖中可以看到隨著接收天線數(shù)的增加，信道容量也在增加，但是如果天線數(shù)已經(jīng)很大，這時再增加天線的數(shù)量，信道容量的改善就不是很大。　單輸入多輸出 SIMO 系統(tǒng)SIMO 系統(tǒng)就是單個天線發(fā)送，多個天線接收的通信系統(tǒng)，也即接收分集系統(tǒng)?！ISO、SIMO 和 MISO 信道容量本節(jié)論述 MIMO 系統(tǒng)的幾種特殊情況，包含了 SISO 系統(tǒng)，MISO 系統(tǒng)和 SIMO系統(tǒng)。此時，信道矩陣為： LIH,LI為 ?階的單位陣， L是為了做歸一化處理而引入的系數(shù)。 21log/mii rCbpsHzN????????????(44)信道的特征數(shù)值用 i?表示。然而如前所述，很多時候，發(fā)送方并不知道相關的信道狀態(tài)信息，所以發(fā)送端不知道信道狀態(tài)信息的條件下，對MIMO 信道容量的研究具有重要意義。而在相同遍歷容量的條件下，MIMO 系統(tǒng)的信噪比最小，SIMO系統(tǒng)的信噪比大于 MIMO 系統(tǒng)，MISO 系統(tǒng)的信噪比大于 SIMO 系統(tǒng)，SISO 系統(tǒng)的信噪比則最大?；?MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析200 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200123456789SNR(dB)10%不不不不不bits/s/Hz不不不不不不10%不不不不 1X12X11X22X2圖 41　不同系統(tǒng)的 10%中斷容量所有信道取平均后的可以達到的最大信息傳輸速度被稱為遍歷容量，遍歷容量的大小由 H 的分布決定。中斷概率和中斷容量是成對出現(xiàn)的。下文中將對平均功率分配下的 SISO、SIMO、MISO 和 MIMO 系統(tǒng)的信道容量進行分析、比較，并且對正交信道和全 1 信道這兩種特別的 MIMO 信道容量進行求解，并且 matlab 平臺上對系統(tǒng)的容量進行了仿真和分析。文章詳盡描述了瑞利衰落信道模型和萊斯衰落信道模型。Rice 分布的概率密度函數(shù)為： ??22e0rApr??????????????????(36)其中，A 表示主信號幅度的最大值， ???是零階第一類修正貝塞爾函數(shù)。包絡檢波器的檢波輸出就會多出一個直流分量。1) Rayleigh 衰落接收信號可以看作是由很多的平面波組合而成的，這種接收信號即是廣義平穩(wěn)復高斯的平穩(wěn)隨機過程，所以可以利用廣義平穩(wěn)復高斯隨機過程對信道進行建模。 信號帶寬 多普勒擴展多普勒擴展 慢衰落信道 信號周期相干時間。 表 31　衰落信道的特性信道選擇性信道擴展 相干參數(shù)頻率選擇性時延擴展 相干帶寬時間選擇性多普勒擴展相干時間空間選擇性角度擴展 相干距離綜合三種小尺度衰落特性，表 31 歸納了三種衰落信道的特性，表 32 歸納了三種衰落信道的分類。一樣，多徑的反射和散射造成的發(fā)射角的擴展變寬被認為發(fā)射機的角度的擴展。而無線通信信道是時變性引起了時間選擇性衰落，信號的頻帶寬度被展寬。由以上定義可知，小尺度衰落反映的是在較短的距離或者時間內(nèi)接收信號所呈現(xiàn)的快速起伏特性。 ??????00[]1logdPLdBdnXt?????????? (32)其中， X?是單位為 dB 的均值為零的高斯隨機變量； 是標準差，單位 dB?！￡幱八ヂ潆姶判盘栐趥鬏斶^程中由于受到高山、高大建筑物等的的阻礙，在這些障礙物基于 MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析15后面會產(chǎn)生電磁場的陰影，引起場強中值的波動，進而導致信號的衰減，這種現(xiàn)象就被稱作是陰影衰落。 ????00[]1logdPLdBdn????????(31) N 表示路徑損耗指數(shù)，表征了路徑損耗隨著距離增長的速度，n 的值取決于傳輸環(huán)境。一般而言，大尺度衰落表示的是接收信號的平均值在一定的時間內(nèi)隨著傳輸距離和環(huán)境的變化而展現(xiàn)出來的緩慢的變化。這些衰落并非獨立的，大尺度衰落和小尺度衰落往往是同時存在的。如果 M， N很大，那么信道容量可以近似為： ????2/log,min?NMC?(22)由式（22）知，當 min{M,N}線性增大時，MIMO 體系的信道容量也會相互對應的呈線性增長的趨勢變大?？諘r處理RXRXRX空時處理TXTXTX多徑信道圖28　MIMO系統(tǒng)的原理圖恰是基于 MIMO 體系通道能夠為多數(shù)并行子通道的突出特點，抵抗信息衰落和抵抗信息干擾的能力體系能夠提高，傳輸速率和利用帶寬率比較好?；?MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析12　1122發(fā)射端 接收端圖 27　空間復用模式MIMO 體系在輸入訊息的過程中，首先利用空時的處理的技術將串行比特流變換為幾個并行子數(shù)據(jù)流，然后在相同頻率下通過不同天線發(fā)送出去。 （3）空間復用增益 　　　 它使用了空間中信道彼此之間的強和弱的互相關聯(lián)性，同時傳輸有差別的信號數(shù)據(jù)流分別在多個彼此獨立的空間信道上，如此能夠使數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆逯邓俣却蟠蟮纳?。?）分集增益 多徑衰落信道的傳輸?shù)目煽啃钥梢酝ㄟ^由每個天線的空間分集改善。介紹了 MIMO 系統(tǒng)的 MIMO 結構。　LTE 的關鍵技術 MIMOMIMO 是 LTE 的關鍵技術之一，由于本文要介紹 MIMO 信道容量，所以一下部分著重介紹 MIMO。當切換周期為 5ms 時，子幀 子幀 7 和 UpPTS 將用來進行上行傳輸。　幀結構類型 2如圖 24 所示，幀結構類型 2 適用于 TDD 模式。每個子幀由兩個連續(xù)的時隙組成，即子幀 i包括第 2i和第 i?時隙。LTEA 系統(tǒng)支持 TDD 和 FDD 雙工模式，由于 TDD 使用向上和向下之間的時間差，資源是不連續(xù)的，有必要引入保護間隔避免上下之間的干擾。物理層完成了傳輸通道向物理傳輸通道的映照，落成了經(jīng)歷傳輸通道為接入口朝上層提供數(shù)據(jù)傳送的服務。LTE 無線接口是指用戶與網(wǎng)絡之間的接口，包括三個亞層，協(xié)議結構如圖 22所示，子層環(huán)說服務接入點之間的不同的層或?qū)?SAPs，Service Access Points)。首先，從能帶結構的角度來看，因為很多零碎的頻段的存在，全雙工 FDD 方法是不可能滿足所有的部署；其次，在 HFDD 終端收發(fā)雙工模式?jīng)]有 FDD 嚴格，所以最終的價格相對較低；再次，對于一些業(yè)務，數(shù)據(jù)傳輸速率相對較低，HFDD 方式可以減少功率損耗，延長電池的使用時間。　HFDD 雙工方式HFDD 是相對于現(xiàn)有的 FDD 而言的另一種雙工方式。TDD 雙工方式的信號能夠在不是成對的頻段內(nèi)發(fā)送，因而相比于 FDD 系統(tǒng)擁有配置靈活的特點。為了避免干擾之間的上行鏈路和下行鏈路信號。碼字 解調(diào)解擾解資源粒子映射信道估計O F D M解調(diào)并串變換MIMO檢測O F D M解調(diào)圖 21　 LTE 下行鏈路接受端信號處理示意框圖　LTE 的工作方式定義 LTE 項目為 3G 技術的演進，按照 3GPP 的要求，LTE 既要支持在成對頻譜中的部署，又要支持在非成對頻譜中的部署，以此來使用現(xiàn)在所有的 3G 頻段，并在未來當?shù)诙苿油ㄓ嶓w系退出網(wǎng)絡后，它可以重復使用留出的頻段。有一部分重疊分布的子載波能夠在很大程度上增進進頻譜效率的提升。（2）支撐下行峰值速度高達 100Mbit/s，上行峰值速度也達 50Mbit/s。在 200MHZ 體系帶寬下，下行峰值速度達到 100Mbps，上行峰值速度達到 50MHZ[18]。2G——IS95，數(shù)字技術，GSM，使 TDM、FDM、CDMA 提供數(shù)字語音業(yè)務和低速數(shù)據(jù)業(yè)務。　論文的主要工作和貢獻本文重點研究 LTEA 系統(tǒng)中的 MIMO 信道容量，文中對 MIMO 系統(tǒng)的信道容量進行分析和計算機仿真，在理論角度上推導和剖析對比了 SISO、SIMO、MISO、MIMO 系統(tǒng)信道容量表達式，這個推導的過程是在在慢衰落瑞利信道條件下進行的。研究表明，多根天線的 MIMO 技術可以在不加多系統(tǒng)帶寬和天線總發(fā)送功率的情形下，充分使用空間資源，有用的抗衡無線信道的衰敗，大幅度提升體系的信道數(shù)據(jù)容量和頻譜條件利用率。我國的一些單位還參與了歐洲 winner 項目，并且承擔了部分的研究工作[4] 。在“十五”期間，以高校為主的國家的“863”計劃在未來的大學為基礎的國家已表現(xiàn)出對中國 B3G 關鍵技術的研究實現(xiàn)。2022 年，F(xiàn)larion 公司研發(fā)了 FlashOFDM 系統(tǒng)，經(jīng)歷商用組網(wǎng)測試初步考證了 OFDM 系統(tǒng)具有大規(guī)模組網(wǎng)本領。OFDM 和 MIMO 技術一直被認為是 B3G/4G 的關鍵技術。在 LTE 項目的推出是對移動通信的寬帶行業(yè)的共識。　LTE 的研究背景在低層面上，為了對付 WIMAX 標準的市場之間的競爭，在高層面上，為了融合寬帶無線接入與移動通訊，3GPP 驅(qū)動了 LTE 項目。3GPP (3rd Generation Partner Project)機構，全稱為第三代合作伙伴計劃，根本掌管促成 LTE 項目（通用移動通訊體系技術的長期演進項目） 。3G 移動通信系統(tǒng)是一種創(chuàng)新，這種創(chuàng)新具有寬帶高速移動通信的世界。第 5 章致謝。無論信號帶寬為多少，本地區(qū)域的平均信號電平都是不變的。第 1 章設置為緒論，主要陳述了 LTE 的研究背景及 MIMO 是研究意義。 deduced the Ricean channel model and Rayleigh channel model using conditions。對 MIMO 體系的信道容量進行了剖析和計算機仿真，在理論角度上推導和剖析對比了 SISO、SIMO、MISO、MIMO 系統(tǒng)信道容量表達式，這個推導的過程是在在慢衰落瑞利信道條件下進行的。不過，在現(xiàn)實通訊情況中 MIMO 的通訊機能長受到無線信道衰落特色的影響，是以 MIMO 的大范圍使用仍面臨著大批尚待解決的問題。 MATLAB 仿真軟件上實現(xiàn) SISO、SIMO、MISO、MIMO 系統(tǒng)在慢衰落瑞利信道條件下的信道容量仿真。是描述系統(tǒng)有效性的標準。 信道模型的多天線的拓撲結構和擺放方式已不僅局限于陣列形式，還包括小尺度范圍的分集形式和擴展到大尺度的分散布置形式。MIMO 系統(tǒng)的性能在很大程度上會受到信道相關性的影響。MIMO 通信系統(tǒng)可以在不需要增加額外帶寬和額外功率的條件下，顯著地提高信道容量和頻譜利用率，這一特性使它成為無線通信領域研究的熱點。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。論文作者：