【正文】 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. 。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?！〈蟪叨人ヂ湓撃Ｐ瓦m用于描述發(fā)送方和接收方之間的距離達(dá)到幾百或幾千米內(nèi)的信號強(qiáng)度的改變。無線通信條件下，信號傳播過程中可能會(huì)經(jīng)過很多的障礙，比如建筑物、街道、大樹以及移動(dòng)的汽車等等。無線通信鏈路對信息傳輸?shù)挠绊懼饕ù蟪叨人ヂ浜托〕叨人ヂ洌蟪叨人ヂ溆职窂綋p耗和陰影衰落，小尺度衰落包括頻域選擇性衰落、時(shí)間選擇性衰落和空間選擇性衰落?；?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。當(dāng)傳輸信道為瑞利衰落和單獨(dú)存在，MIMO 收發(fā)器是 N M，其容量可表示為式（21）: ??HzbpsMICN/detlog2?????????(21)上式中， ?是接收端收到信息的平均信噪比， ??nmhH?是信道的系數(shù)矩陣，基于 MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析13其元素 nmh是其中一條路徑的衰落系數(shù)?！IMO 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)MIMO 技術(shù)利用多天線配置，充分利用時(shí)空資源，改善在衰落信道下的系統(tǒng)容量。它的工作原理如圖 28 所示。在體系的回收端，因?yàn)樾盘柕膫鬏斖緩讲恢挂粭l，因此不光要保證天線組數(shù)不少于發(fā)射天線數(shù)目，還應(yīng)該準(zhǔn)確地估算出來信道的特色和子碼流間的干系。122h 2 2h 1 1h 1 2h 2 111發(fā)射端 接收端圖 26　天線發(fā)射端口的發(fā)射分集（3）空間復(fù)用模式空間復(fù)用就是發(fā)射端的多根天線同時(shí)發(fā)送不同的信號，接收端的多根天線分別接收，提高了傳輸數(shù)據(jù)量和系統(tǒng)的有效性?！IMO 系統(tǒng)常見的幾種傳輸模式（1）單天線模式單天線模式就是傳統(tǒng)無線傳播信道，也就是理解意義上的一發(fā)一收，即單個(gè)發(fā)射天線發(fā)送數(shù)據(jù)流，經(jīng)由信道，再由單個(gè)接收天線接收。 （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(yù)編碼技術(shù)或是波束成形技術(shù)，把一個(gè)甚至多個(gè)指定方向上的能量集合起來。一個(gè)發(fā)射天線的傳送途徑中的數(shù)據(jù)體驗(yàn)了深度削弱的假設(shè)的情況下，其他一個(gè)相對來說獨(dú)立的傳送途徑很可能有一個(gè)較強(qiáng)烈的信號輸送。然后，再由接收端的多條天線單獨(dú)的收到多個(gè)不同的數(shù)據(jù)流，在接收終端將其辨認(rèn)判別，而且是使用 MIMO 解調(diào)技巧，最后規(guī)復(fù)出來發(fā)射端天線的原數(shù)據(jù)流?！IMO 系統(tǒng)的概念MIMO 技術(shù)的出現(xiàn)為無線移動(dòng)通信開創(chuàng)了一個(gè)嶄新的領(lǐng)域，可以在很大程度上提高系統(tǒng)的頻譜效率。MIMO 技巧因?yàn)榭臻g中具備多個(gè)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(dú)到的復(fù)雜性。MIMO 無線通信體系是使用時(shí)空處置為根本方式對信號舉行剖析的。在上面的兩種開關(guān)周期處境中，子幀 0 和子幀 5 以及 DwPTS 牢固的用于下行傳輸。當(dāng)切換周期是 10ms 時(shí)，DwPTS 在兩個(gè)半報(bào)文中生存，然而 UpPTS 和 GP 僅僅在第一個(gè)半報(bào)文中生存，在第二個(gè)半報(bào)文中的 DwPTS 計(jì)量尺度為 1ms。在 LTEA 中，上、下行子幀報(bào)文切換時(shí)間蘊(yùn)含 5ms 和 10ms 兩種情形，此中U 示意用于朝上傳輸?shù)淖訄?bào)文，D 是以朝下傳輸?shù)淖訄?bào)文，蘊(yùn)含 GP、UpPTS 以及DwPTS 的特別子報(bào)文用 S 來表現(xiàn)。每個(gè)無盡的數(shù)據(jù)幀包括兩個(gè)半幀，每一半幀長是 15360sdTms??，含有 8 個(gè)時(shí)隔（即 4 個(gè)子幀）和一個(gè)特別地域[12]，這個(gè)特殊的地域由下行導(dǎo)入頻時(shí)隔(DwPTS，Downlink Pilot Time Slot)、上行導(dǎo)入頻時(shí)隔(UpPTS，Uplink Pilot Time Slot)和保護(hù)間隔(GP，Guard Period)組成的。所以對于每一幀，10 幀可以分為下行也可以用來傳送上行，依靠 FDD 頻分和資源下行單方向在時(shí)間上是連續(xù)的。如圖 23 所示[11]。每個(gè)無線報(bào)文共有 20 個(gè)時(shí)隙，是時(shí)隙 0 到 19，它們的總長為 10ms，每個(gè)長為 ??。所以 LTEA 分別設(shè)計(jì)了用于 FDD 的幀構(gòu)造范例 1 和用于 TDD 的幀構(gòu)造范例 2。LTEA 系統(tǒng)的上行和下行信道都以無線幀結(jié)構(gòu)傳輸數(shù)據(jù)，一個(gè)無線子幀的長度為： 30710f dTms??。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，物理層將提供下面的一些功能[9]：在傳輸信道進(jìn)行差錯(cuò)檢測并向高層提供提示信息；前向糾錯(cuò)（FEC，F(xiàn)orward Error Correction）編碼/解碼的傳輸通道；混合自愿重傳(HARQ)申請；編碼的傳輸通道與物理信道之間的速度配合；編碼的傳輸通道向物理通道的映射；物理通道的功率相加；物理通道的調(diào)制與解調(diào)；頻率同步和時(shí)間同步；無線功能(radio characteristics)測量朝上提供指示信息；多輸入多輸出(MIMO)天線處理；傳輸分集；波束賦形；射頻處理等等。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?shù)氖鞘裁葱畔ⅰ?。無線資源控制 （ R R C ）物理層介質(zhì)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(zhì)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。對 LTEA 物理層技術(shù)的介紹，結(jié)合以上規(guī)格。LTEA 引入了多輸入多輸出、正交頻分多址復(fù)用/SCFDMA 等技能，因而物理層布局相比于原來的其它通信準(zhǔn)繩有太大的分歧，主要體現(xiàn)在無線幀結(jié)構(gòu)、參考信號配置等方面。在 LTE 中采納 HFDD 的法子基于以下幾點(diǎn)思考。在半雙工 FDD 中，基站應(yīng)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(shí)進(jìn)行。近年來隨著 TDSCDMA(Time 基于 MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析7DivisionSynchronous Code Division Multiple Access，時(shí)分同步碼分多址)產(chǎn)業(yè)的不斷完善以及 TDD 設(shè)備的日趨成熟，蜂窩移動(dòng)通信領(lǐng)域加大了對 TDD 系統(tǒng)的研究力度，在隨后的演進(jìn)系統(tǒng)中 TDD 雙工模式將會(huì)扮演更加重要的作用。同時(shí)，因?yàn)樯舷滦行盘栒加玫臒o線信道資源能夠通過調(diào)節(jié)上下行時(shí)隙間的比例靈活更改，非常適應(yīng)于 3G 和 B3G 等以 IP 分組業(yè)務(wù)為主要特性的移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)?！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(shí)間段內(nèi)的發(fā)送來識別。HDD 使用上下行成對頻段，信號的發(fā)射與接收可以同時(shí)進(jìn)行，因而減少了上下行信號間的反饋時(shí)延?！DD 雙工方式FDD 雙工方式是指在蜂窩通信系統(tǒng)中的上行鏈路信號下兩不同頻段的信號分別發(fā)送，某些特定頻段保護(hù)間隔是上行和下行頻段之間留。是以，LTE體系需求支撐 TDD 和 FDD 兩雙工模式。其中接收端處理流程可以認(rèn)為是發(fā)射端反向操作。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。正交頻分復(fù)用(OFDM)的子載波間堆疊分布，并且子載波之間相互正交，用來防止各個(gè)子載波之間形成的干預(yù)。（3）同時(shí)支持 FDD 和 TDD 系統(tǒng)，并要求兩種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)差異盡量小?！TE 系統(tǒng)和物理層相關(guān)的性能指標(biāo)（1）對變通系統(tǒng)支持寬帶范圍 。提供 IMS 等高速數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。4G(LTE)——使用正交頻分復(fù)用及多輸入多輸出技術(shù)。3G——TDSCDMA、CDMA202WIMAX、WCDMA、 ，技能指示標(biāo)準(zhǔn)：室內(nèi)的速度達(dá)到2Mbps，室外的速度達(dá)到 385kbps，行車的速度達(dá)到 144kbps。采用模擬技術(shù)和頻域劃分多址(FDMA)等技術(shù)。分析了無線信道的基本特征和無線信道的多徑效應(yīng)，推導(dǎo)了描述多徑衰落的頻率選擇性和信道響應(yīng)時(shí)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，并且給出了典型模型的具體數(shù)學(xué)表達(dá)。信道相關(guān)聯(lián)的性質(zhì)很高深度上會(huì)改變 MIMO 體系的機(jī)能。然而，MIMO 體系高容量目標(biāo)實(shí)現(xiàn)和體系其它本能指標(biāo)和 MIMO 體系使用的各類信息計(jì)算方法的好壞很高程度上仰仗 MIMO 信道特色，特別是各個(gè)天線之間的相關(guān)性00。跟隨各類寬帶數(shù)據(jù)交易和無線通訊業(yè)務(wù)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(shù)量稀少的通訊條件已經(jīng)變成了無線通訊技能變化的關(guān)注點(diǎn)?！IMO 的研究意義未來移動(dòng)通訊要滿足無論何時(shí)、無論何地、向無論何人供給迅速牢靠的通訊辦事的要求。我國踴躍投身于中國，日本和韓國(CJK)準(zhǔn)則的共同項(xiàng)目。在實(shí)施基礎(chǔ)研究項(xiàng)目的同時(shí)，我國十分重視 B3G 等寬帶移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)化工作。同時(shí)，在全球?qū)拵б苿?dòng)通信的研究，我們也組織相關(guān)的研究，并積極參與國際交流和標(biāo)準(zhǔn)化工作。2022 年，數(shù)學(xué)國外移動(dòng)通訊運(yùn)營商共同建樹了下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（Next Generation Mobile Network,NGMN）論壇，它引頸了新一代寬帶移動(dòng)通信的趨勢，促進(jìn) NGMN 論壇變?yōu)闊o線通訊領(lǐng)域最具影響非標(biāo)準(zhǔn)化組織。日本 NTT DoCoMo 公司在 2022 年的外場試驗(yàn)選用 OFDM 技能，在 100MHZ 帶寬中抵達(dá)了 100Mbits/s 數(shù)據(jù)傳輸速度，表現(xiàn)出了OFDM/MIMO 技能在供應(yīng)高的帶寬傳輸和岑嶺速度方面的巨強(qiáng)本領(lǐng)。在 IMTAdvanced 名目開動(dòng)以前，國際上曾經(jīng)對B3G 進(jìn)行了寬泛的鉆研，并得到了一期期重大進(jìn)展。包括相關(guān)的數(shù)學(xué)，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。但是一次偉大的技術(shù)變革，不是一朝一夕就能夠?qū)崿F(xiàn)的?；凇耙苿?dòng)通訊寬帶化”的認(rèn)識以及應(yīng)答“寬帶接入移動(dòng)化”挑釁的要求，3GPP 起頭了“長期演進(jìn)”的過程[3]。早期的寬帶無線接入定位于替換有線寬帶接入（如數(shù)字用戶線（Digital Subscriber Line） ）技術(shù)，它的發(fā)展經(jīng)歷了固定本地接入，游牧城域接入到廣域移動(dòng)接入的過程，體現(xiàn)出了明顯的“寬帶接入移動(dòng)化”的趨勢，以因特網(wǎng)（Inter）為代表的信息技術(shù)（IT ）行業(yè)移動(dòng)普及帶來了新的機(jī)遇，也為傳統(tǒng)的移動(dòng)通信行業(yè)已經(jīng)形成了競爭和挑戰(zhàn)。在眾多 4G 標(biāo)準(zhǔn)中,LTE 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)占據(jù)了一個(gè)舉足輕重的位置。源委大批高級優(yōu)秀的技術(shù)人才進(jìn)行研發(fā)和考證，LTE 項(xiàng)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(zhǔn) 4G”技能。這個(gè)版本也被稱為 LTEAdvanced，并有很多的傳輸速率的提高，等等。長期演進(jìn)(LTE, Long Term Evolution)系統(tǒng)[1][2]是 4G 系統(tǒng)。從 2G 開始,移動(dòng)通信系統(tǒng)開始了第一次重大變革，引入了數(shù)字化的概念?；?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)展演進(jìn)的移動(dòng)通信系統(tǒng)，從開始到現(xiàn)在已經(jīng)過了幾次。第 4 章是 MIMO 信道建模，并分別對 SISO,SIMO,MISO 系統(tǒng)進(jìn)行仿真。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(jìn)行詳細(xì)研究。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(jī)天線上的時(shí)延和信號電平動(dòng)態(tài)衰落范圍。在第 1 章的最后討論了本篇文章的各章的主要研究內(nèi)容與論文的主要架構(gòu)及其貢獻(xiàn)。研究表明，多天線的 MIMO 技術(shù)可以在不增加系統(tǒng)帶寬和天線總發(fā)送功率的情況下，充分使用空間資源，有效的對抗無線信道的衰落，大大提高系統(tǒng)的信道容量和頻譜利用率。 and given a detailed mathematical expression of a typical model.Keywords:MIMO fade 基于 MATLAB 的 MIMO 系統(tǒng)信道容量及性能分析1引言 未來移動(dòng)通信要滿足在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、向任何人提供快速可靠的通信服務(wù)的要求，將擁有高的數(shù)據(jù)傳輸率、高的頻譜利用效率、低的發(fā)射功率、靈活的業(yè)務(wù)支撐能力，會(huì)把無線通信的傳輸容量和速率提高十倍乃至數(shù)百倍。 derived and described the frequency selective of multipath fading and the parameters of channel response timevarying characteristics。文章還分析了無線信道的基本特征和無線信道的多徑效應(yīng)，推導(dǎo)和描述了多徑衰落的頻率選擇性和信道響應(yīng)時(shí)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，并且要給出典型模型的具體數(shù)學(xué)表達(dá)。本論文調(diào)查研究了 4G LTE 物理層的 MIMO技術(shù)，包括 LTE 體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)和幀結(jié)構(gòu)等