【正文】 圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔1）設(shè)計（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它。：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件） 。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。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標明。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(xué)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(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。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。(3)沈嘉等， 《3GPP 長期演進(LTE)技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計》[M]，人民郵電出版社(4)Alimohammad, S. Fard, and B. Cockburn, “Improved layered MIMO detection algorithm with nearoptimal performance,” Electron. Lett.,vol. 45, no. 13, pp. 675–677, June 2022.(5)D. Gesbert, M. Shafi, Dashan Shiu, et al. From theory to practice: an overview of MIMO spacetime coded wireless systems. IEEE Journal on Selected Areas in Communications. April 2022, , :281302.(6)A. J. Paulraj, R. U. Nabar, D. A. Gore. Introduction to spacetime wireless munications. Cambridge University Press, 2022.(7)王旭東, 潘廣幀. Matlab 及其在 FPGA 中的應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社， 2022.(8)譚晉. MIMO_OFDM 通信機中 MIMO 檢測算法及實現(xiàn)技術(shù)研究[D].電子科技大學(xué)，成都，2022 年 4 月.(9)曾紹華. LTE 基礎(chǔ)原理與關(guān)鍵技術(shù) [M]. 西安, 電子科技大學(xué), 2022 年 4 月.(10)周恩, 張興等. 下一代寬帶無線通信 OFDM 和 MIMO 技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2022.(11)Yi Jiang，M．K Varanasi, Jian Li．Performance Analysis of ZF and MMSE Equalizers for MIMO Systems：An InDepth Study of the High SNR Regime[J]．IEEE Transactions on Information Theory,USA,2022,57(4)：20222026 ．基于 MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析31畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） ，是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果?；?MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析30參考文獻(1)沈嘉，索士強，全海洋等，3GPP 長期演進(LTE)技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計[M]，人民郵電出版社，2022 年，131。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。所有的一切都讓我深深敬佩和感謝我的老師。特別是在我遇我困難挫折時，高佛設(shè)老師總是不斷的支持和鼓勵，讓我能夠重新鼓足勇氣堅持下去。首先，我要特別感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師高佛設(shè)，從方案到具體仿真實現(xiàn)寫論文都離不開您無微不至的關(guān)懷和指導(dǎo)。待做的工作：推導(dǎo)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。 4G LTE 的基礎(chǔ)理論知識； MIMO 技術(shù)原理及其技術(shù)性能分析方法； MATLab/Simulink 的應(yīng)用；，推導(dǎo)和描述了多徑衰落的頻率選擇性和信道響應(yīng)時變特性的參數(shù)，推導(dǎo)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(shù)學(xué)表達。然而從 8根天線增加到 19 根天線性能并沒有得到明顯的改善，這是由于空間分集的效果很快就趨于穩(wěn)定，而且由 SNR 的增加而獲得的平均信道容量的改善也是有限的，因為信噪比 SNR 和信道容量 C 是呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系的。仿真假定信道系數(shù)服從瑞利分布，發(fā)射天線數(shù)分別取 9，信噪比取 10dB，迭代次數(shù)均為10000，從圖中可以看到隨著發(fā)射天線數(shù)的增加，信道容量也增加，但如果天線數(shù)已經(jīng)很大，在增加數(shù)量，信道容量的改善并不明顯。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(shù)是定值的假設(shè)，這個信道的信道容量將不會隨著發(fā)射機發(fā)射天線數(shù)量的增大而增加。　多輸入單輸出 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。基于 MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析250 1 2 3 4 5 6 7 8 901不不不不不bits/s/Hz不不不不不SIMO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 44　SIMO 系統(tǒng)信道容量累計概率分布曲線上圖反映了信道容量累積分布與接收天線數(shù)的變化關(guān)系。這種情況下 1?TN，是一種接收分集系統(tǒng)，信道由 RN個系數(shù) ??TNRhH,21??構(gòu)成，其中 jh表示從發(fā)射機到接收機的第 j根天線的信道系數(shù)。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(jié)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。我們假設(shè)信道系數(shù)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。仿真的時候假定信道系數(shù)服從瑞利分布，信噪比取 10dB，從圖中可以看到隨著天線數(shù)的增加，信道容量也不斷增加，而且多輸入多輸出系統(tǒng)與單輸入單輸出系統(tǒng)相比，信道容量有了大幅度的提升。在這些條件下，我們可以得到： ????????????????? ???????????????????????? 1log1log1detlogdet222 LiaIHLICL(47)由上面得式子，正交傳輸 MIMO 系統(tǒng)和單天線相比較，信道容量可以得到 倍的增益，這個增益得益于天線子信道直接的解耦和。假設(shè)發(fā)送方和接收方都有 L個天線。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(shù)，那末每根天線上的信號經(jīng)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。因為信道矩陣 H可以進行奇異值分解，所以我們可以用信道特征值來表示信道容量。在接收端可以獲得信道的狀態(tài)信息且信道為獨立同分布的瑞利衰落信道時，在發(fā)送端對發(fā)送功率進行等功率分配發(fā)。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(xiàn)互信息的最大值。　發(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(fù)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?；?MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析210 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20024681012SNR(dB)不不不不不bits/s/Hz不不不不不不不不不不 1X12X11X22X2圖 42　不同系統(tǒng)的遍歷容量由上圖可知，在相同信噪比的條件下，MIMO 系統(tǒng)的遍歷容量最大，SIMO 系統(tǒng)的遍歷容量小于 MIMO 系統(tǒng)，MISO 系統(tǒng)的遍歷容量小于 SIMO 系統(tǒng)，SISO 系統(tǒng)的遍歷容量則最小。發(fā)送方通過在特定的功率約束條件下對信道輸入?yún)f(xié)方差矩陣進項優(yōu)化可以使系統(tǒng)達到遍歷容量。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。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(yīng)的。平均容量用來衡量系統(tǒng)整體意義上的信道容量性能；中斷容量，它是指系統(tǒng)能以某一較高確定概率保證信息傳輸?shù)乃俾?，定義如下：定義：如果系統(tǒng)信道容量小于固定值 outC的概率是一個很小的數(shù) outP，即有 ??outrtC??(41)則稱 outP為中斷概率，而稱 out為中斷容量?！⌒诺廊萘康姆诸愂軅鬏敪h(huán)境的多徑效應(yīng)和時變性的影響，無線通信系統(tǒng)的信道容量不是一個定值，而是成為隨機變量。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。基于 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。本章著重描述了無線信道的基本特征類型，并對大尺度衰落和小尺度衰落模型中的進行詳細研究?；?MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析18　本章小結(jié)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。所以說，當主信號分量減弱時，萊斯分布轉(zhuǎn)換為瑞利分布。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。在這種情況下，從不同的角度而來的多徑分量疊加在靜態(tài)主要信號。瑞利分布的概率密度函數(shù): ??22exp0rr????????????(34)公式中， ?是接收機接收到的電壓信號的 RMS 值， 即是接收信號的平均功率。,.pqjpqrtHreMq????? (33)pqr代表信道增益； pq?代表相位，假設(shè)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.。 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。 信號周期 時延擴展快衰落信道 信號周期相干時間 。表 32　 衰落信道的分類基于參數(shù)衰落信道分類滿足條件平坦衰落信道信號帶寬相干帶寬。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。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(lián)系。多徑信號到天線陣列的到達的角度的擴展變寬稱之為接收機的角度擴展。多普勒擴展和相干時間是描述信道事變性的參數(shù)?！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(zhì)的運動導(dǎo)致無線通信信道具有時變性。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。如果發(fā)送方和接收方的距離在小尺度上變化能引起接收信號功率的劇烈變化，這種現(xiàn)象被稱作小尺度衰落?！⌒〕叨人ヂ湓跓o線信號的傳輸過程中，因為不同路徑的電磁波傳輸?shù)木嚯x不同，所以不同路徑的電磁波到達接收方的時間和相位都不一樣。經(jīng)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。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(shù)正態(tài)分布。式(31)中的上劃線的含義是對于給定的 d 的全部可能路徑損耗的綜合平均值。在自由空間條件下，n 的值取為 2。不