基于MATLAB的MIMO系统信道容量与性能分析毕业论文

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1、 毕业 设 计（论 文）题 目：基于MATLAB的MIMO系统信道容量 与性能分析 毕业设计（论文）诚信声明书本人声明：本人所提交的毕业论文基于MATLAB的MIMO系统信道与其性能分析是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注；对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。论文 （签字）时间：2015年6月5日指导教师已阅：（签字） 时间：2015年6月5日邮电大学毕业设计(论文)开题报告通信与信息工程 学院电子信息科学与技术专业10级 03班课题名称：基于MATLAB的

2、MIMO系统信道 容量与其新能分析学生： 易海博 学号：03102085指导教师： 高佛设报告日期：2015年3月26日邮电大学本科毕业设计（论文）开题报告学号03102085易海博导师高佛设题目基于MATLAB的MIMO系统信道容量与其性能分析选题目的（为什么选该课题） 多输入多输出(MIMO)系统是近十年来现代数字通信领域最重大的技术突破之一。该技术催生了许多先进通信技术，被认为是解决未来无线通信领域信道容量和频谱传输速率的的关键技术之一。MIMO系统发明之后，在短短几年被广泛应用，其优势在于潜在容量巨大，且随着收发天线数目较小的一方呈线性增长。MIMO通信系统可以在不需要增加额外带宽和额

3、外功率的条件下，显著地提高信道容量和频谱利用率，这一特性使它成为无线通信领域研究的热点。但由于使用多根天线同时发射信号，这就增加了接收端信号检测的难度，信号检测的好坏直接关系到该系统的整体性能，所以信号检测技术的研究是该领域研究的一个热点之一。然而，MIMO系统大容量的实现和系统其它性能的提高以与MIMO系统中用的各种信号处理算法的性能优劣都极依赖于MIMO信道的特性，特别是个天线之间的相关性。最初对MIMO系统性能的研究与仿真通常都是在独信道的假设下进行的，这与实际的MIMO信道大多数情况下具有一定的空间相性是不太符合的。MIMO系统的性能在很大程度上会受到信道相关性的影响。因此，建立有效的

4、能反映MIMO信道空间相关特性并且适用于系统级和链路级仿的MIMO信道模型对于选择合适的处理算法来评估系统性能就显得相当重要。前期基础（已学课程、掌握的工具，资料积累、软硬件条件等）已学课程：线性代数A，概率论与随机过程B，基于Simulink的通信系统，信号分析仿真，数字信号处理A，信息论与编码A，数字信号处理器原理B，数字通信系统设计，信号检测与估值，软件无线电掌握工具：VC+6.0和visual studio编译器，Matlab资料积累：1.熟悉MATLAB2.4G LTE物理层的MIMO技术3. SISO、SIMO、MISO、MIMO系统在慢衰落瑞利信道条件下的信道容量表达式进行理论推

5、导4. MIMO系统信道容量的分析和计算机仿真软件条件：Windows系统 ,matlab硬件条件：PC机一台（为软件提供基础）要解决的问题（做什么）1.对MIMO无线衰落信道模型和衰落统计特性的研究是设计空时处理和编码法、进行MIMO无线链路性能仿真和系统容量评估的首要问题。目前的研究主包括两个方面：一方面是对MIMO信道衰落空时统计特性的测量和理论分析；一方面是对MIMO信道建模方法的研究。2.MIMO信道模型的多天线的拓扑结构和摆放方式已不仅局限于阵列形式，还包括小尺度围的分集形式和扩展到大尺度的分散布置形式。此外，影响MIMO信道衰落特征的因素将同时包括接收和发送端周围的空间和时间的衰

6、落统计特性，这导致了从理论上描述MIMO信道空时衰落特征的统计特性的困难，也引发了MIMO信道建模的合理性、准确性和复杂度等问题。因此，如何构建准确的MIMO信道模型来仿真现实的信道环境成为目前研究的重点。工作思路和方案（怎么做）1.本课题主要研究MIMO球形译码检测算法性能，主要的技术指标如下：信道容量：它代表每秒或每个信道符号能传送的最大信息量，或者说小于这个数的信息率必能在此信道中无错误地传送。是描述系统有效性的标准。2.选定题目，并开始查找相关资料了解题目含义；确定研究容并完成开题报告；重点学习MIMO相关知识，对基于瑞利信道的多天线系统进行建模，并着手论文的相关部分容。3. 查阅相关

7、文献，了解无线衰落信道的基本特征，分析无线通信系统的大尺度衰落和小尺度衰落的类型，同时完成此部分论文。查阅相关文献，研究发生频率选择性衰落时间选择性衰落和空间选择性衰落的条件，以与慢衰落和快衰落的概念，同时完成此部分论文。4. 在MATLAB仿真软件上实现SISO、SIMO、MISO、MIMO系统在慢衰落瑞利信道条件下的信道容量仿真。5. 完成论文，并仔细修改，准备答辩；毕业答辩。指导教师意见签字： 2015年 3月30日邮电大学毕业设计 (论文)成绩评定表学生易海博性别男学号03102085专 业班 级电科1003班课题名称 基于MATLAB的MIMO系统信道容量与其性能分析指导教师意见评分

8、（百分制）：指导教师(签字)：年月日评阅教师意见评分（百分制）：评阅教师(签字)：年月日验收小组意见评分（百分制）：验收教师(组长)(签字)：年月日答辩小组意见评分（百分制）： 答辩小组组长(签字)：年月日评分比例指导教师评分20() 评阅教师评分30() 验收小组评分30() 答辩小组评分20()学生总评成绩百分制成绩等级制成绩答辩委员会意见毕业论文(设计)最终成绩(等级)：学院答辩委员会主任(签字)：年月日 / 页码为阿拉伯数字，引言为第一页目录摘要IABSTRACTII引言11绪论21.1选题背景21.2LTE的研究背景21.3MIMO的研究意义31.4论文的主要工作和贡献42LTE系统

9、介绍52.1LTE的关键技术52.1.1LTE系统和物理层相关的性能指标52.1.2多载波技术52.2LTE的工作方式62.2.1FDD双工方式62.2.2TDD双工方式62.2.3H-FDD双工方式72.3无线帧结构82.3.1帧结构类型182.3.2帧结构类型292.4LTE的关键技术MIMO102.4.1MIMO系统的概念102.4.2MIMO系统常见的几种传输模式112.4.3MIMO系统的优点123无线衰落信道的基本特征143.1大尺度衰落143.1.1路径损耗143.1.2阴影衰落143.2小尺度衰落153.2.1频率选择性衰落153.2.2时间选择性衰落153.2.3空间选择性衰

10、落153.2.4Rayleigh和Rice衰落173.3本章小结184MIMO信道建模194.1信道容量的分类194.2发送端未知信道CSI时MIMO信道容量214.3SISO、SIMO和MISO信道容量234.3.1单输入单输出SISO系统234.3.2单输入多输出SIMO系统244.3.3多输入单输出MISO系统255结束语28致29参考文献30摘要近年来，随着无线通信的迅猛发展，多输入多输出(MultipleInput MultipleOutput，MIMO)技术已逐渐成为核心技能之一。首先不加多带宽，其次不增加分外发射功率的前提条件下，信息的传输可以实现高速率，因而在有限的频率带宽上可

11、以完成更高速度信息传输的要求，这对稀缺的频谱资源的解决方案提供了强有力的技术条件，因此具有广阔的应用前景的移动通讯体系。不过，在现实通讯情况中MIMO的通讯机能长受到无线信道衰落特色的影响，是以MIMO的大围使用仍面临着大批尚待解决的问题。故需要对无线MIMO容量进行深入的研究。LTE物理层的MIMO技术使了用空间的自由度，在发射端和接收端采纳多天线技术，充分发掘了潜在的空间资源，能够在不增添频率资源和天线发射功率的条件下，成倍的升高系统的频带利用率和吞吐量。本论文调查研究了4G LTE物理层的MIMO技术，包括LTE体系网络结构、关键技术和帧结构等。对MIMO体系的信道容量进行了剖析和计算机

12、仿真，在理论角度上推导和剖析对比了SISO、SIMO、MISO、MIMO系统信道容量表达式，这个推导的过程是在在慢衰落瑞利信道条件下进行的。文章还分析了无线信道的基本特征和无线信道的多径效应，推导和描述了多径衰落的频率选择性和信道响应时变特性的参数，推导了莱斯信道模型和瑞利信道模型的使用条件，并且要给出典型模型的具体数学表达。关键字：多输入多输出；衰落ABSTRACTMIMO(Multiple-Input Multiple-Output)technology is one of the key technologies to realize the high-speed broadband w

13、ireless communication in the future，with a broad application prospectHowever, compared to the conventional single-antenna communication system，the multi-antenna application of MIMO encounters with a large number of issues to be examinedThe performance of MIMO communication depends largely on the fad

14、e characteristics of the radio channelsHence，researches on the modeling of the wireless MIMO fading channel and the simulation technology ale needed in order to facilitate the development of the wireless MIMO communication techniquesThe MIMO technology of LTE physical layer use the spatial degrees of freedom, and utilize the multi antenna technology at transmitting end and receiving end, fully exploit the space resources, could increase thesystembandwidthutilization and thr