基于空间和多用户分集的MIMO系统性能分析
基于空间分集技术的多用户多天线系统性能分析
基于空间分集技术的多用户多天线系统性能分析现代通信系统中，随着移动通信需求的不断增长，多用户多天线系统的设计变得越来越重要。
基于空间分集技术的多用户多天线系统被广泛应用于未来的5G通信系统中，以提高系统的传输效率和用户体验。
本文将对基于空间分集技术的多用户多天线系统进行性能分析，探讨其在提高系统容量和覆盖范围方面的优势。
首先，我们将介绍多用户多天线系统的基本原理。
在传统的单用户系统中，由于每个用户在独立的信道上进行通信，多用户干扰会导致系统性能下降。
而在多用户多天线系统中，每个用户可以利用多个天线进行通信，同时在空间上分集，从而提高了系统的容量和覆盖范围。
多用户多天线系统通过利用空间上的多样性来抵消多用户干扰，从而提高系统的性能。
其次，我们将分析基于空间分集技术的多用户多天线系统的性能优势。
通过利用空间分集技术，系统可以同时传输多个用户的数据流，从而提高系统的频谱效率。
此外，多用户多天线系统还可以通过波束赋形技术来增强信号的覆盖范围，减少信号的衰减和多径效应，从而提高系统的覆盖范围和可靠性。
基于空间分集技术的多用户多天线系统具有较高的容量和覆盖范围，可以更好地满足未来5G通信系统的需求。
接着，我们将讨论多用户多天线系统中的关键技术和挑战。
在实际应用中，多用户多天线系统需要解决多个用户之间的干扰和共享天线的问题。
为了有效抵消多用户干扰，系统需要设计合适的信号处理算法和多用户调度策略。
此外，多用户多天线系统还需要考虑天线之间的协作和联合传输，以实现更高效的数据传输和资源利用。
多用户多天线系统的设计需要综合考虑各种因素，从而实现系统性能的最优化。
最后，我们将给出多用户多天线系统性能分析的实验结果和总结。
通过对实际系统的仿真和测试，我们可以验证基于空间分集技术的多用户多天线系统在提高系统容量和覆盖范围方面的优势。
同时，我们还可以评估系统在不同场景和参数下的性能表现，为系统的优化和升级提供参考。
通过对多用户多天线系统的性能分析，我们可以更好地理解系统的工作原理和优势，为未来5G通信系统的设计和部署提供重要参考。
mimo 分集增益 条件
mimo 分集增益条件
MIMO (多输入多输出) 是一种无线通信技术，可以同时使用多个天线进行数据传输和接收。
MIMO 技术的分集增益是指通
过使用多个天线传输和接收数据，可以在一定程度上提高信道容量和传输速率的增益效果。
MIMO 的分集增益条件包括以下几个方面：
1. 空间多样性：在 MIMO 系统中，通过使用多个天线，可以
获得来自不同方向的多条信道，这样就可以利用空间多样性来提高信号强度，从而减小信号受到干扰和衰落的影响。
2. 独立信道：MIMO 系统中的每个天线都应该有独立的信道，这样可以避免信道之间的相关性，从而提高系统的性能。
当信号通过不同的路径传输时，可以实现多个独立信道，从而提供更多的传输选择。
3. 空间分集：在 MIMO 系统中，通过多个天线的组合使用，
可以将传输的数据分成多个子流，然后在接收端重新组合这些子流。
这样可以提高系统对抗干扰和衰落的能力，增加传输的可靠性和速率。
4. 软分集：MIMO 系统中的软分集技术可以利用接收端的信
号处理算法，在接收阶段降低噪声和干扰的影响。
通过使用最大比合并等算法，可以有效地提高系统的接收性能和信道容量。
综上所述，MIMO 系统的分集增益是通过利用空间多样性、
独立信道、空间分集和软分集等技术来实现的。
这些技术可以提高系统的抗干扰和传输速率，从而提高整个系统的性能。
分集技术在MIMO系统中的性能分析
分集技术在MIMO系统中的性能分析随着通信技术的不断发展，无线通信系统中的多天线技术逐渐成为一种重要的解决方案。
多输入多输出（MIMO）系统作为一种能够显著提高信号传输效果的技术，得到了广泛的应用。
分集技术作为MIMO 系统中的一种关键技术，能够进一步提高系统的性能。
本文将就分集技术在MIMO系统中的性能进行详细分析。
一、MIMO系统简介MIMO系统是一种通过在发送和接收端分别使用多个天线来增加无线通信信道容量的技术。
通常情况下，MIMO系统中发送和接收端的天线数目不相同，被称为单输入多输出（SIMO）或多输入单输出（MISO）系统。
MIMO系统通过多条独立子信道同时传输数据，并利用空间分集和信号处理技术来增加系统的吞吐量和数据传输速率。
二、分集技术概述分集技术是一种通过在接收端使用多个天线来减小信号传输过程中的多径衰落和干扰的技术。
在MIMO系统中，通过接收多个相互独立且空间上相关性较小的信号，可以减小信号质量损失和信息传输过程中的信号干扰。
分集技术能够使系统在相同的信噪比条件下，获得更好的性能表现。
三、分集技术对MIMO系统性能的影响1. 多路径效应减小：在无线信道传输中，由于多径效应的存在，信号会经历多个不同路径的传播，导致信号质量损失。
分集技术通过接收多个信号，能够减小多径效应对信号的影响，进而提高信号传输质量。
2. 抗干扰能力提高：在无线通信系统中，干扰是一种常见的问题。
分集技术通过接收多个独立的信号，在接收端对这些信号进行处理和合并，能够减小干扰的影响，提高系统的抗干扰性能。
3. 提高系统容量和覆盖范围：MIMO系统中使用分集技术，可以使系统的容量和覆盖范围得到显著提高。
通过接收多个相互独立的信号，能够增加系统的有效传输速率，提高信号覆盖范围，从而满足更多用户的通信需求。
四、分集技术的实现方式在MIMO系统中，分集技术可以通过多种方式来实现，具体的实现方式取决于系统的需求和实际应用场景。
基于MIMO的通信系统仿真与分析研究
仿真工具介绍
性能评估指标
衡量系统在给定频谱资源下传输数据的能力，包括频谱效率/频谱利用率。
频谱效率
容量
误码率/错误率
鲁棒性
衡量系统在特定信道条件下的最大传输速率，包括空间信道容量、自由度容量等。
衡量系统传输数据的错误率，包括硬错误率、软错误率等。
衡量系统在信道条件变化下的性能表现，包括信道估计误差、干扰等对系统性能的影响。
基于MIMO的通信系统仿真实验与结果分析
06
总结词
本实验主要研究了在不同信道模型下，MIMO系统的性能变化。
详细描述
首先，我们选择了三种典型的信道模型，包括Rayleigh、Rician和Log-normal模型。在每个模型下，我们通过仿真生成了大量的信道矩阵，并利用这些矩阵进行MIMO系统的调制和解调。通过对比各个模型下的误码率和频谱效率，我们发现Rayleigh模型下的性能表现最为优秀，其次是Rician模型，最后是Log-normal模型。这一结果表明，信道模型的选取对MIMO系统的性能有着重要影响。
03
确定仿真目标和参数
明确要研究的MIMO通信系统的性能指标和参数范围。
开始仿真
运行仿真模型，收集仿真数据。
建立仿真模型
根据MIMO通信系统的原理和模型，建立相应的仿真模型。
数据分析与处理
对仿真数据进行处理和分析，提取有用的信息。
配置仿真环境
设置仿真工具的相关参数，如仿真时间、信道模型等。
结果可视化
在城市高楼大厦的环境中，空间复用技术能够更好地利用空间资源，提高无线通信系统的性能。
多用户MIMO技术是一种利用多天线技术提高系统容量的方法，允许多个用户在同一时间和频率上同时通信。
通过多用户MIMO技术，可以增加系统容量和频谱效率，同时减少用户之间的干扰。
MIMO技术介绍
空间分集技术
空间分集技术原理
空间分集技术是一种利用多个天线在不同空间位置上传输相同数据流的技术。 通过增加天线数量，降低多径衰落的影响，提高信号质量和可靠性。
空间分集技术应用场景
广泛应用于无线通信系统，如4G、5G等，以及Wi-Fi、蓝牙等短距离无线通信 技术。
最大比合并技术
最大比合并技术原理
最大比合并技术是一种利用多个天线在同一频段上传输相同数据流的技术。通过 加权合并各个天线上接收到的信号，最大化合并比，从而提高信号强度和信噪比 。
最大比合并技术应用场景
广泛应用于无线通信系统，如4G、5G等，以及Wi-Fi、蓝牙等短距离无线通信技 术。
等效基带处理技术
等效基带处理技术原理
等效基带处理技术是一种将MIMO信道转换为等效基带信号进行处理的技术。通过基带处理实现信号的调制解调 、编码解码等操作，从而降低系统复杂度和成本。
等效基带处理技术应用场景
频谱效率
MIMO技术通过空间复用和空间分集等技术，提高频谱利用效率，从而在有限的频谱资源中实现更高 的数据传输速率。通过在多个天线之间进行信号的并行传输，可以增加数据传输的并行度，提高频谱 效率。
MIMO系统的误码率性能
误码率性能
在MIMO系统中，通过增加天线数量和采用 复杂的信号处理技术，可以显著降低误码率 ，提高数据传输的可靠性。例如，通过采用 空间调制、空时编码等技术，可以在一定程 度上抵消多径效应和干扰，从而降低误码率 。
02
MIMO技术原理及实现
空间复用技术
空间复用技术原理
空间复用技术是一种利用多个天线在同 一频段上传输不同数据流的技术。通过 增加天线数量，提高空间分辨率和频谱 效率，从而提升系统容量和数据传输速 率。
大规模MIMO系统性能分析及实现
大规模M I M O系统性能分析及实现第一部分大规模MIMO 系统介绍 (2)第二部分系统模型与性能指标 (4)第三部分MIMO 技术原理与优势 (9)第四部分大规模MIMO 信道特性分析 (11)第五部分性能评估方法及关键技术 (15)第六部分实现方案与硬件挑战 (18)第七部分仿真结果与性能比较 (23)第八部分展望与未来研究方向 (27)第一部分大规模M I M O系统介绍大规模多输入多输出（ Massive Multiple Input Multiple Output, 简称 MIMO）系统是现代无线通信技术中的一个重要分支，其主要目标是在有限的频谱资源下提高无线通信系统的传输速率和可靠性。
大规模 MIMO 系统通过部署大量天线来实现空间分集、空间复用以及干扰抑制等特性，从而显著改善无线通信系统的性能。
在传统的单天线或多天线系统中，受限于可用的天线数，通常只能利用单一的空间维度进行信号处理。
而在大规模 MIMO 系统中，由于天线数量庞大，可以充分利用多个空间维度来进行信号处理，使得系统能够同时支持多个用户的高速数据传输。
大规模 MIMO 系统的发展也得益于近年来射频硬件技术的进步，如低成本、低功耗的射频芯片以及高精度的数字信号处理器件，这些技术使得部署大规模 MIMO 系统变得更加可行。
大规模 MIMO 系统的关键技术之一是波束赋形（Beamforming），这是一种利用多个天线共同发射或接收信号的技术，可以通过调整各个天线的权重系数来控制信号的方向性。
在发送端，波束赋形可以将发射能量集中到某一特定方向，以增强信号强度并降低干扰；在接收端，波束赋形可以将接收到的信号从多个方向进行合成，以提高信噪比并减少多径衰落的影响。
另一个关键技术是预编码（Precoding），它是一种用于控制信号在空间维度上的分布的技术。
在大规模 MIMO 系统中，由于天线数量众多，因此可以使用复杂的预编码算法来实现精细化的信号控制。
MIMO系统中基于有限反馈的多用户调度技术的开题报告
MIMO系统中基于有限反馈的多用户调度技术的开题报告一、研究背景现代通信中，MIMO系统（多输入多输出）被广泛应用于增强信道容量以及提升系统性能。
而多用户调度技术则是一种有效的资源优化方法，可以实现多个用户之间的公平竞争，并且提高系统效率。
如何将多用户调度技术应用于MIMO系统中，以进一步提升系统的性能和容量，成为了当前通信领域的研究热点。
基于有限反馈的多用户调度技术是一种常见的方法，可以通过反馈信息，对用户进行调度，以达到最大化系统容量的目的。
因此，本文将对基于有限反馈的多用户调度技术在MIMO系统中的应用进行研究。
二、研究内容本文将研究以下内容：1. MIMO系统与多用户调度技术的简介。
介绍MIMO系统的特点和多用户调度技术的相关概念和原理。
2. 基于有限反馈的多用户调度技术研究。
分析反馈技术的原理，结合现有的反馈算法，探讨如何选择合适的反馈方式和反馈周期，以提高系统性能和容量。
3. 多用户调度算法的研究。
研究多用户调度算法的原理和实现方法，包括最大和最小MIMO处理和固定比例多种方法的比较分析。
4. 仿真实验。
根据以上研究内容，进行仿真实验，验证基于有限反馈的多用户调度技术在MIMO系统中的有效性和性能。
三、研究意义1. 本文将探讨如何将多用户调度技术应用于MIMO系统中，以提高系统性能和容量，为通信领域的发展提供新思路和解决方案。
2. 通过对基于有限反馈的多用户调度技术的研究，可为实际应用提供具体的技术支持和实践指导。
3. 本文的研究成果可为未来的MIMO系统和多用户调度技术研究提供参考和借鉴，推动通信领域的发展和进步。
四、预期成果1. 对基于有限反馈的多用户调度技术在MIMO系统中的研究，探索出一种合理的反馈方式和反馈周期，以达到最大化系统容量的目的。
2. 通过对多用户调度算法的研究，提出一些新的调度算法并进行比较分析，为实际应用提供具体的技术支持和实践指导。
3. 对基于有限反馈的多用户调度技术在MIMO系统中的有效性和性能进行仿真实验，验证其在实际应用中的可行性，为未来的研究提供基础和参考。
基于MMSE检测的MIMO及大规模MIMO系统性能精确分析
2. 推导MMSE检测算法的表达式。
3. 分析MMSE检测算法在不同系统配置下的性 能，包括信噪比、多径效应等。
4. 与现有算法进行性能比较，评估MMSE检 测算法的优势和局限性。
02
基于mmse检测的 mimo系统性能分析
mimo系统基本原理
多入多出（MIMO）技术
利用多个发射和接收天线同时传输数据，提高 系统容量和可靠性。
02
缺乏关于MMSE检测算法在 MIMO和大规模MIMO系统中 性能的精确分析。
03
现有研究主要集中在其他检测 算法或简化模型的分析上。
研究目标与内容
研究目标：分析MMSE检测算法在MIMO和大 规模MIMO系统中的性能表现，并与现有算法 进行比较。 研究内容
1. 建立MIMO和大规模MIMO系统的数学模型。
系统性能仿真与分析
仿真场景设置
设定不同的信道条件、发射和接收天 线数量、调制阶数等参数，构建系统
模型。
系统容量性能分析
分析不同仿真场景下系统的容量性 能，比较不同检测算法的优劣。
误码率（BER）性能分析
分析不同仿真场景下系统的误码率 性能，验证MMSE检测算法的有效 性。
对比分析
将基于MMSE检测的MIMO系统与 传统的单天线系统进行对比分析， 评估其性能优势。
硬件限制
大规模MIMO系统的硬件限制问题，如通道非理想情况 、高功率放大器等，需要采用预编码、功率控制等技术 进行优化。
基于mmse检测的优化算法设计
MMSE检测器设计
根据MMSE准则，设计出适合MIMO系 统的检测器，能够有效地降低误码率。
VS
优化算法
采用优化算法，如梯度下降法、牛顿法等 ，对检测器参数进行迭代优化，提高系统 性能。
mimo的原理及应用
mimo的原理及应用1. MIMO的简介多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）是一种无线通信技术，通过在多个天线之间传输和接收数据，提高无线信号的传输效率和可靠性。
MIMO技术在现代无线通信系统中得到了广泛应用，包括LTE、Wi-Fi和5G等。
2. MIMO的原理MIMO技术基于空间分集原理，利用多个天线同时发送和接收独立的数据流，通过多径传播的特性，将数据流在空间中分离出来，从而提高信号的传输速率和抗干扰能力。
MIMO系统的原理可以简单描述为以下几个步骤：1.信号发射端：将要发送的数据流分为多个独立的子流，并通过不同的天线同时发送。
2.多径传播：由于无线信号在传播过程中会经历多条路径，每条路径上的传播特性不同，因此到达接收端的信号会被分为多个不同的子信号。
3.空间分离：接收端的天线接收到的信号会受到多径效应的影响，通过对接收信号进行处理，可以将各个子信号分离出来。
4.信号处理：接收端对接收到的子信号进行处理和解调，恢复原始数据。
3. MIMO的优势和应用MIMO技术具有以下几个优势，使其在无线通信系统中得到广泛应用：3.1 增强信号传输速率通过多个天线同时发送和接收多个子信号，MIMO技术可以大大增加信号的传输速率。
每个天线都可以发送不同的数据流，从而增加了系统的总传输能力。
3.2 提高系统容量和覆盖范围MIMO技术通过空间分集原理，可以在有限的频谱资源下提高系统的容量。
通过合理设计和布置天线，可以达到更好的信号覆盖范围，提供更稳定和高质量的无线通信服务。
3.3 抗干扰和抑制多径衰落由于MIMO系统利用了多个天线和多径传播的特性，可以利用接收信号的空间分离性质抑制干扰信号和多路径信号的衰落。
这使得MIMO系统在复杂的无线信道中具有较好的抗干扰能力和稳定性。
3.4 支持多用户和多任务传输MIMO技术可以同时为多个用户提供高速和可靠的无线通信服务，支持多用户之间的同时传输。
基于空间分集技术的多用户多天线系统性能分析
基于空间分集技术的多用户多天线系统性能分析随着通信技术的发展和普及，无线通信系统的容量需求不断增加。
传统的无线通信系统在面对大量用户同时连接时往往面临容量瓶颈。
为了解决这一问题，空间分集技术被引入到多用户多天线系统中，以提高系统的容量和性能。
空间分集技术是一种利用多个天线接收不同传输路径上的信号，并将它们进行组合处理的技术。
通过将多个接收天线部署在不同的位置上，系统可以利用多径传输路径带来的信号多样性，从而提高信号的可靠性和通信质量。
在多用户多天线系统中，空间分集技术可以帮助系统更有效地分配资源，降低干扰，提高系统容量，提升用户体验。
本文将对基于空间分集技术的多用户多天线系统进行深入研究和性能分析。
首先，将介绍多用户多天线系统的基本原理和系统架构，包括用户接入过程、信道估计、资源分配等关键技术。
然后，将详细探讨空间分集技术在多用户多天线系统中的应用和优势，以及其对系统性能的影响。
接着，将通过数学建模和仿真实验，对基于空间分集技术的多用户多天线系统进行性能分析。
利用实际数据和场景，评估系统在不同信道条件下的传输效果和容量表现。
通过比较分析不同参数和算法对系统性能的影响，找出优化方案和改进途径，为系统的设计和部署提供参考。
在实验部分，将利用Matlab等工具进行仿真实验，模拟多用户多天线系统在不同场景下的性能表现。
通过调节参数和算法，观察系统在高负载和不同信道环境下的表现，验证空间分集技术在提升系统容量和性能方面的有效性。
最后，将总结研究的成果和发现，分析空间分集技术在多用户多天线系统中的应用前景和挑战。
探讨未来的研究方向和发展趋势，为进一步提高无线通信系统的容量和性能提出建议和展望。
通过本文的研究与分析，可以更全面地了解基于空间分集技术的多用户多天线系统的性能特点与优势，为无线通信系统的设计和优化提供理论支持和实践指导。
希望本文能够为相关领域的研究者和工程师提供参考，推动无线通信技术的发展与应用。
分集技术在多用户MIMO系统中的性能研究
分集技术在多用户MIMO系统中的性能研究随着无线通信技术的不断发展，多输入多输出（MIMO）系统已经成为提高无线通信性能的一项重要技术。
MIMO系统利用多个天线进行数据传输，可以显著提高信号容量和系统性能，但同时也引入了信号传输过程中的复杂性和干扰问题。
为了解决这些问题，分集技术被广泛应用于多用户MIMO系统中。
本文将研究分集技术在多用户MIMO系统中的性能表现。
首先，我们需要了解多用户MIMO系统的基本原理。
多用户MIMO系统将多个用户的数据同时传输到多个接收天线上。
由于用户之间的信号会相互干扰，这会影响系统的性能。
因此，分集技术被引入以提高多用户MIMO系统的传输质量和可靠性。
在多用户MIMO系统中，空时分集（STBC）是一种常用的分集技术。
STBC通过在发送端将数据编码成多个时间连续的信号流，然后在接收端通过将这些信号流进行解码和合并，从而提高系统的抗干扰能力。
STBC的核心思想是利用多个天线的独立性，将信号分发到不同的天线上，并通过接收端的合并技术来还原原始信号。
在多用户MIMO系统中，采用STBC技术可以显著提高系统的性能。
通过合理设计编码和解码算法，可以减小用户之间的互干扰。
此外，STBC技术还可以提高系统的传输速率和频谱效率，从而实现更高的数据传输容量。
除了STBC技术，还有其他一些分集技术被用于多用户MIMO系统中。
例如，垂直空间分集（VSD）技术利用天线间的垂直方向差异来实现信号的分集。
水平空间分集（HSD）技术则利用天线间的水平方向差异。
这些分集技术可以根据系统需求和性能要求进行灵活选择，以实现更好的性能表现。
除了分集技术外，多用户MIMO系统还需要考虑其他因素对系统性能的影响。
例如，系统的天线配置和天线数量对系统的性能有重要影响。
合适的天线配置可以提高系统的覆盖范围和信号传输质量。
此外，系统中用户数量和用户间的距离也会对多用户MIMO系统的性能产生影响。
较大的用户数量和较小的用户间距离会增加系统的复杂性和干扰程度，从而影响系统的性能。
基于OFDM的MIMO系统的空间复用增益和分集增益研究
僻
娑 丑 愁
万方数据
Ｆｉｇ．４
图４对于（２，１）和（２，２）ＳＴＢＣ ＯＦＤＭ系统模拟结果 Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｆｏｒ ａ（２，１）ａｎｄ ａ（２，２）ＳＴＢＣ ＯＦＤＭ ｓｙｓｔｅｍ
２８
广西师范大学学报（自然科学版）
第２３卷
２结论
本文研究和比较了ＭＩＭＯ ＯＦＤＭ系统的分集增益和空间复用增益．（２，２）０ＦＤＭ空间复用可以获得 大小为２的空间复用增益，即相对于ＳＩＳＯ ＯＦＤＭ有两倍的传输速率，但相对于ＳＴＢＣ ＯＦＤＭ仅有一半 的分集增益．引入空时分组编码可使ＯＦＤＭ系统获得满分集增益，其代价是方数据
基于OFDM的MIMO系统的空间复用增益和分集增益研究
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
刘文珂， 金梁， LIU Wen-ke， JIN Liang 解放军信息工程大学,信息工程学院,河南,郑州,450002
广西师范大学学报（自然科学版） JOURNAL OF GUANGXI NORMAL UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION) 2005，23(1) 1次
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＭＩＭ０ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｗｉｔｈ ＯＦＤＭ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｒａｔｅ．Ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ａｍｏｎｇ ａｌｌ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ ＯＦＤＭ－－ＭＩＭＯ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ｆｕｌｌ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｒ ｍａｘｉ—－ ｍｕｍ ｓｐａｔｉａｌ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｇａｉｎ ａｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ，ｉｆ ＯＦＤＭ ｉｓ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｏｔｈｅｒ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ
MIMO系统的原理及容量分析
MIMO系统的原理及容量分析MIMO系统的原理基于空间多样性和空间复用的概念。
通过在发送端和接收端使用多个天线，MIMO系统可以利用信道中存在的空间多径传播效应，以增加系统的容量和减小传输误差。
具体而言，MIMO系统通过同时发送多个独立数据流，每个数据流通过不同的天线进行发送，并且每个数据流通过信道的不同路径传播，从而实现在同一频率和时间资源上的多路信号传输。
MIMO系统的原理涉及到两个重要概念：空间复用和空间多样性。
空间复用是指多个独立的数据流通过不同的天线进行传输，从而在相同的频带宽度上同时传输多个数据。
空间多样性是指通过多个天线多径传播，增加信道的容量，并减小传输误差。
通过在发送端和接收端使用矩阵运算，MIMO系统可以对每个数据流进行编码和解码，从而使得系统可以同时传输和接收多个数据流。
MIMO系统的容量分析是评估MIMO系统性能的重要方法。
容量是指在给定的信道条件下，系统可以传输的最大数据速率。
对于MIMO系统来说，容量的计算需要考虑信道矩阵的特征值分解和均衡功率分配。
通过特征值分解，可以得到信道矩阵的奇异值分解（SVD），并通过SVD可以计算系统的容量。
具体而言，假设MIMO系统中有Nt个发射天线和Nr个接收天线，那么系统的信道矩阵H的维度为NrxNt。
通过对信道矩阵H进行奇异值分解，可以得到信道矩阵H的奇异值分解矩阵U、奇异值矩阵Σ和奇异向量矩阵V。
系统的容量C可以通过下式计算得到：C = log2(det(I + ρH*H')),其中，ρ为信道功率分配系数，I为单位矩阵。
容量分析可以帮助我们了解MIMO系统在特定信道条件下的性能和传输能力。
通过调整天线数量、功率分配和调制方式等参数，可以优化系统的容量。
此外，容量分析还可以帮助我们评估系统的可靠性和抗干扰性能。
综上所述，MIMO系统的原理和容量分析是深入了解和评估MIMO系统性能的重要内容。
通过了解MIMO系统的原理，我们可以了解到MIMO系统是如何利用空间多样性和空间复用来提高系统容量的。
mimo 效果分类 空间分集 空间复用 波束赋形
mimo 效果分类空间分集空间复用波束赋形标题：深度探讨MIMO技术在无线通信中的应用与发展一、MIMO技术概述MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技术是指利用多个发射天线和多个接收天线来进行无线通信的技术。
它可以大幅提高无线通信系统的容量和覆盖范围，为用户提供更加稳定和高速的通信体验。
在当今的无线通信领域，MIMO技术已经成为了一种主流的技术，并且在5G时代有望发挥更为重要的作用。
1. MIMO效果分类根据MIMO系统中天线配置和通信方式的不同，MIMO效果可以分为空间分集（Spatial Diversity）、空间复用（Spatial Multiplexing）、波束赋形（Beamforming）等多种分类。
其中，空间分集主要用于提高系统的可靠性和覆盖范围，空间复用可用于提高系统的容量和频谱利用效率，而波束赋形则可以用于精确定位和定向通信。
2. 空间分集技术空间分集技术是一种通过多天线接收来抵抗信号衰减的技术。
它利用接收端的多个天线接收到的信号间的差异，通过信号处理算法来抵消多径效应和时延扩展的影响，从而提高系统的可靠性和抗干扰能力。
空间分集技术在移动通信系统和室内无线通信系统中得到了广泛的应用，有效地提高了系统的覆盖范围和通信质量。
3. 空间复用技术空间复用技术是一种通过多天线传输来提高系统的通信容量和频谱利用效率的技术。
它利用发射端的多个天线同时发送不同的信号流，通过接收端的信号处理算法来将这些信号流分离开来，从而实现了多用户之间的独立传输，大幅提高了系统的频谱利用效率。
在5G时代，空间复用技术将成为提高系统容量的重要手段，为大规模物联网和高清视频传输提供了重要支持。
4. 波束赋形技术波束赋形技术是一种通过调整天线的辐射方向来实现定向通信的技术。
它利用信号处理算法对天线的相位和幅度进行精确控制，从而将信号能量聚集在特定的方向上，实现了对特定用户或特定区域的精确覆盖和通信。
基于多用户调度的闭环MIMO系统中断性能分析
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（ ．Ｄｅ ａｔ ｎ ｆＥｌ ｔｏ ｉ ｏ １ ｐ ｒｍｅ ｔｏ ｅ ｒｎｃ Ｃ ｍｍｕ ｉａｉｎＥｎ ｉｅｒｎ ，Ｓ ｅ ｚ ｅ ｎ ｔ ｕｅｏ ｎｏｍａｉｎ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｃ ｓ ｎｃ ｔ ｇｎ ｅｉｇ ｈ ｎ ｈ ｎＩ ｓｉ ｔ ｆＩｆｒ ｔ ｅｈ ｏｏ ｙ，Ｓ ｅ ｚｅ １ ０ ９ ｈｎ ； ｏ ｔ ｏ ｈ ｎ ｈ ｎ ５ ８ ２ ，Ｃ ｉａ
２１ ０ ２年 ５ 月
计 算 机 工程 与设 计
Ｃ ０Ｍ ＰＵＴＥＲ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＡＮＤ ＤＥＳ ＧＮ Ｉ
Ｍ ａ Ｏ１ ｙ２ ２
第 ３ ３卷
第 ５ 期
Ｖｏ ． ３ Ｎｏ ５ １３ ．
基 于 多用 户 调 度 的 闭环 ＭＩ ＭＯ 系 统 中断 性 能 分 析
ｉ ｐ ｏ ｏ ｅ ｔ ｌ — ｓ ｒｄｖ ｒ ｉ ｎ ｌｉ ｓ ｒｓ ｈ ｄ ｌ ｇ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ．Ｗ ｉ ｒ ｓ －ａ ｅ ｈ ｏ ｙ ａ ｄ ｔ ｅ ｔ ｒ ｅ ｆｐ ｃ ｅ ｒ ｏ ｓ ｒ ｐ ｓ ｄ ｗｉ ｍｕ ｔ － ｅ ｉ ｅ ｓｔ ａ ｄｍｕ ｔ－ ｅ ｃ ｅ ｕ ｉ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｈ ｉｕ ｙ — ｕ ｎ ｔ ｃ ｏ ｓｌ ｙ ｒｔ ｅ ｒ ｎ ｈ ａ ｇ ｔ ９ ｉ ａ ．Ｄｅ ａｔ ｎ ｆＩｆｒ ｔ ｎ Ｓ ｉｎ ｅａ ｄＴ ｃ ｎ ｌｇ ｐ ｒｍｅ ｔ ｎｏ ｍａｉ ｃｅ ｃ ｅｈ ｏｏ ｙ，Ｄａｉ ｒｔ ｉｅｓ ｙ，Ｉ ｉ １ ０ ６ ｏ ｏ ｎ ｌ ｎ Ｍａ ｉ Ｕｎｖ ｒｉ ａ ｉ ｍｅ ｔ Ｎｌ ｎ １ ６ ２ ，Ｃｈｎ ） ａ ｉ ａ
MIMO系统信道容量分析
摘要当今时代移动通信越来越离不开人们的生活，但是目前移动通信技术发展遇到了瓶颈。
有限的频率资源和日益增长的用户需求成为移动通信技术中最主要的矛盾。
在未来的移动通信发展中,如何有效大幅度提高无线链路的数据传输速率成为充满挑战性的关键问题。
MIMO技术能在不增加传输信道带宽的前提下使得整个系统容量呈线性增长,这使得该技术成为了现代无线通信中的必选技术之一。
MIMO技术是无线通信中实现了高速率数据传输、改善传输质量、提高系统容量的重要途径。
MIMO技术彻底打破传统的无线通信模式，它要求系统使用多根发射和接收天线同时地发射和接收数据，使得无线通信系统结构、分析方法、调制、编码、信道估计、检测和多址方式等各个方面面临挑战。
本文在国内外相关研究工作的基础上，针对MIMO信道容量理论进行深入研究。
本文综述了MIMO技术信道容量的分析并进行了合理的MIMO信道仿真,并总结了现代无线信道传输的特点，包括无线信道的传播方式、衰落特性。
在此基础上，对MIMO系统信道相关性问题进行详细描述了并进行了合理的分析。
【关键词】MIMO 无线信道信道容量信道仿真相关性ABSTRACTIn modern times mobile communication has become more and more inseparable from the people's life, but the mobile communication technology development encountered bottleneck. Limited frequency resource, and the increasing user demand become the main contradiction in the mobile communication technology. In the development of future mobile communication, how to effectively raise the data transfer rate of the wireless link becomes the key issue in the challenging. MIMO technology can without any increase in the transmission channel bandwidth is linear growth under the premise of making the whole system capacity, which makes the technology become one of the choice of the modern wireless communication technology. MIMO technology is realized the high speed data transmission in wireless communication, improve the transmission quality and important way to increase the system capacity.MIMO technology thoroughly breaks the mode of traditional wireless communications, since it requires multiple transmit and receive antennas to simultaneously transmit and receive data information in the same time, which challenges all the aspects of wireless communications including system architecture, analytical methods, modulation, coding, detection, channel estimation, multiple access, and so on. On the basis current research works, this paper investigates MIMO channel capacity. This paper reviews the technology of MIMO channel capacity analysis and reasonable simulation of MIMO channel and summarizes the characteristics of modern wireless channel transmission, including the mode of transmission, fading characteristics of wireless. On this basis, the channel correlation problem of MIMO system are described in detail and analyzed reasonably.【key words】MIMO Wireless channel Channel capacity Correlation Channel simulation目录前言 (1)第一章MIMO技术概述 (3)第一节MIMO系统发展概述 (3)一、MIMO技术研究背景 (3)二、MIMO应用前景 (3)三、MIMO技术发展存在的问题 (4)第二节MIMO技术简介 (6)本章小结 (7)第二章无线信道传播的基本特征 (8)第一节无线信道传播特点 (8)一、无线信道传播方式 (8)二、无线信道传播扩展方式 (9)第二节无线衰落信道的基本特征 (11)一、大尺度衰落特性 (11)二、小尺度衰落特性 (12)第三节两种典型的无线衰落信道 (13)一、瑞利衰落信道 (13)二、莱斯衰落信道 (14)本章小结 (16)第三章MIMO系统的容量 (17)第一节MIMO信道建模的概述 (17)第二节恒参信道条件下的MIMO信道容量分析 (17)第三节信道容量的仿真结果比较 (21)本章小结 (23)第四章MIMO信道的相关性研究 (24)第一节MIMO系统相关性的概述 (24)第二节MIMO相关信道模型 (27)第三节相关信道下容量的分析 (28)本章小结 (29)结论 (33)致谢 .................................................................................................... 错误!未定义书签。
空间分集技术在MIMO系统中的应用
空间分集技术在MIMO系统中的应用随着无线通信技术的快速发展，多输入多输出（MIMO）系统成为提高信号传输性能的重要技术之一。
而在MIMO系统中，空间分集技术的应用更是为系统的可靠性和容量提供了有效的解决方案。
本文将对空间分集技术在MIMO系统中的应用进行详细介绍。
一、MIMO系统简介MIMO系统是利用多个天线对信号进行传输和接收的技术，通过在空间上增加多个天线，可以大幅度提高传输速率和信号质量。
MIMO 系统通过利用通道的多样性，对信号进行空间多样性编码和解码，从而实现可靠性和容量的提升。
二、空间分集技术概述空间分集技术是利用接收端的多个天线对信号进行并行处理，并在接收端进行最大比合并，从而提高系统的信号质量和可靠性。
空间分集技术可以通过多路径传播中的多个天线接收到的多个副本信号，构造多个独立的接收路径，从而减少传输信号的误差和干扰。
三、空间分集技术在MIMO系统中的应用1. 空时分组码技术空时分组码技术（STBC）是一种利用空间分集技术在多个天线间进行编码和解码的方法。
在STBC中，发送信号通过空间编码矩阵进行编码，接收端利用最大比合并技术进行解码。
STBC技术可以显著提高系统的可靠性，在多径衰落和干扰的环境下仍能保持较高的传输性能。
2. 垂直波束成形技术垂直波束成形技术是利用多个接收天线对信号进行波束成形的技术。
通过对接收信号进行加权相加，可以使信号在特定方向上增益增加，从而提高系统的信号质量和传输速率。
垂直波束成形技术可以降低多径信道带来的干扰和衰落，提高系统的可靠性。
3. 分集复用技术分集复用技术是通过利用多个天线传输不同副本的信号，从而提高系统的容量和可靠性。
在多个副本信号传输过程中，可以通过空间分集技术实现信号的复用和同时传输，从而提高系统的频谱利用率和传输效率。
分集复用技术可以在不增加功率和带宽的情况下，提高系统的信号质量和容量。
四、空间分集技术的优势和挑战空间分集技术在提高系统性能方面具有显著优势，可以提高系统的可靠性、容量和覆盖范围。
基于空间相关性的大规模多用户MIMO预编码
Ｖｏ１．４５ № ．１ Ｆｅｂ．２Ｏ１８
基 于 空 间相 关 性 的大 规 模 多 用户 ＭＩＭＯ预 编 码
张卓 ，刘彤
哈 尔滨 工程 大学 信 息与通信 工程学院 ，黑龙 江 哈 尔滨 １５０００１
摘 要 ：由于 ＦＤＤ（ｆ ｒｅｑｕｅｎｃｙ—ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｄｕｐｌｅｘ）系统 的信 道不具 有互 易性 ，使得大 规模 ＭＩＭＯ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｉｎｐｕｔ ｍｕｌｔｉｐｌｅ—ｏｕｔ—
文 章 编 号 ：１００９－６７１Ｘ（２０１８）０１一ｏ７３—０４
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｍ ａｓｓｉｖｅ ｍ ｕｌｔｉ－ｕｓｅｒ Ｍ ＩＭ Ｏ ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｐａｔｉａｌ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ
ＺＨＡＮＧ Ｚｈｕｏ，ＬＩＵ Ｔｏｎｇ
Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈ ａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ
性的用户进行分组 ，并将分组后 的用户 的信道矩 阵与基于空间相关性 的相 同的预处理矩 阵相乘 ，使预编码信号空 间的维
度降低 。
关键词 ：大规模 ＭＩＭＯ；预 编码 ；空间相关性 ；级联 ；双重结构 ；ＦＤＤ；信道状态信息 ；和速率
中 图分 类 号 ：ＴＮ９１１．７２
文 献 标 志 码 ：Ａ 源自Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ Ｏ±ＦＤＤ ｓｙｓｔｅｍ ｌａｃｋｓ ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ， ｉｔ ｂｅｃｏｍ ｅｓ ｖｅｒｙ ｄｉｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ—ａｎｔｅｎ－ ｎａ ｃｈａｎｎｅｌ ｉｎｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ｂｙ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｓｓｉｖｅ Ｍ ＩＭ Ｏ ｓｙｓｔｅｍ ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｏｂｔａｉｎｓ ｔｈｅ ｓｔａｔｅ ｉｎｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈａｎｎｅｌ，ａ ｄｕａｌ—ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ．Ｔｈｅ ｌｏｎｇ— ｔｅｒｍ ＣＳＩＴ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔ－－ｔｅｒｍ ＣＳＩＴ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｒｅ ｃａｓｃａｄｅｄ ｔｏ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅ·－ ｄｕｃｅ ｔｈｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｏｖｅｒｈｅａｄ．Ｔｈｅ ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ ｍａｔｒｉｘ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍ ｉｎｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐｒｅ－ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｍａｔｒｉｘ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｐａｔｉａｌ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ ｍ ａｔｒｉｘ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｈｏｒｔ—ｔｅｒｍ ＣＳＩＴ．Ｂｙ ｇｒｏｕｐｉｎｇ ｔｈｅ ｕｓｅｒｓ ｗｉｔｈ ｓｐａｔｉａｌ ｃｏｒｒｅ— ｌａｔｉｏｎ，ｍｕｌｔｉｐｌｙｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｍ ａｔｒｉｘ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｏｕｐｅｄ ｕｓｅｒｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｐｒｅ—ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍａｔｒｉｘ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｐａｔｉａｌ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ ｓｐａｃｅ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ；ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ；ｓｐａｔｉａ ｌ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ；ｃｏｎｃａｔｅｎａｔｅ；ｄｕａｌ ｓｔｒ ｕ ｃｔｕｒｅ；ＦＤＤ；ｓｔａｔｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈａｎｎｅｌ；ｓｕｍ ｓｐｅｅｄ
MIMO系统中多用户分集技术
MIMO系统中多用户分集技术作者：栾泰珍王亚芳朱丽华张志彬来源：《无线互联科技》2014年第02期摘要：MIMO技术可以在不增加系统带宽和发射功率的前提下大大增加系统容量，提高系统频谱利用率，改善系统性能。
多用户分集是多用户无线通信中固有的分集，合理的利用多用户分集增益可以有效的提高系统性能。
关键词：MIMO下行链路；多用户分集；MU-MIMO1 引言多用戶MIMO系统与单用户MIMO系统相比，充分利用空间资源，系统和容量得到很大提升。
多用户分集增益的大小是信道增益波动分布决定的，信道增益波动的幅度越大、速度越快，多用户分集增益也就越大。
2 多用户下行MIMO系统模型单用户MIMO系统中，有多天线带来的额外空间自由度只是被用来扩展用于信号处理和检测的维度，因此MIMO主要用于提高物理层的性能，被认为是一种物理层技术，而链路层多址接入协议（上行和下行）只是间接地获得MIMO多天线带来的好处。
我们考虑的是一个具有N个发送天线M个接收用户的系统模型，且第m个接收用户有Km个天线的多用户MIMO系统。
3 多用户分集多用户分集的基本原理是利用无线信道的随机性，当存在大量信道衰落相互独立的用户时，在任意时刻存在某个用户拥有较强信道增益的概率将大大提高。
因此，如果基站总是选择信道质量最好的用户发射信号，那么系统将会以最高效的方式利用共享信道资源，从而使总的系统容量最大化，用户数越多，拥有最强信号信道的机率也就越大，是多用户分集增益就越大。
从多用户分集的角度来看，衰落却被视为一种有利的随机化因素，是可以被利用的，并通过调度信道质量最好的用户来实现。
信道波动的动态范围越大，峰值越高，多用户分集增益也就越大。
4 获取多用户分集增益为了获取多用户分集增益，系统需要满足如下两个要求：（1）基站能够进行信道质量的测量：在下行链路中，要求接收机利用下行链路公共导频信号跟踪其各自信道的信噪比，并将瞬时信道质量反馈给基站；在上行链路中，需要来自用户的发射信号，从而能够对他们的信道质量进行跟踪。
基于多用户MIMO-OFDM系统资源分配的优化研究的开题报告
基于多用户MIMO-OFDM系统资源分配的优化研究的开题报告一、选题背景及意义随着移动通信技术的不断发展，多用户MIMO-OFDM系统逐渐成为了一种重要的通信技术。
在多用户MIMO-OFDM系统中，系统的负载和资源的分配会对系统的性能和可靠性产生非常大的影响，如何进行合理的资源分配成为了系统性能优化的重要问题。
目前，多用户MIMO-OFDM系统的资源分配问题已经成为了研究的热点，并涉及到诸多方面，如多用户MIMO-OFDM系统中的功率分配、子载波分配、信道分配等。
针对这些问题，许多学者已经做出了很多有价值的研究成果。
但是在实际应用中，多用户MIMO-OFDM系统的资源分配问题还面临着一些挑战，比如分配效率低、网络吞吐量低等问题，因此对多用户MIMO-OFDM系统的资源分配问题进行优化研究，对于提升系统性能和实现资源的高效利用至关重要。
二、研究内容本文主要研究基于多用户MIMO-OFDM系统资源分配的优化问题，具体内容包括：1、研究多用户MIMO-OFDM系统的资源分配策略，包括功率分配、子载波分配、信道分配等方面，深入探讨各种策略的优劣及其适用范围。
2、针对多用户MIMO-OFDM系统中的资源分配问题，提出一种适用于多用户MIMO-OFDM系统的有效的资源分配算法，该算法能够针对不同的场景进行优化处理，通过分析分配效率、网络吞吐量等指标对算法进行评估和改进。
3、对所提出的算法进行测试和验证，通过实验数据的分析和评估，验证算法在提升多用户MIMO-OFDM系统性能方面的有效性和可行性。
三、研究方法本文主要采用文献资料法和实验方法相结合的方式进行研究，主要研究方法包括：1、通过查阅相关文献，深入探讨多用户MIMO-OFDM系统资源分配的研究现状、存在的问题以及改进方向等。
2、在理论研究的基础上，结合实际应用场景，提出一种可行的多用户MIMO-OFDM系统资源分配算法，并通过实验对算法进行验证和评估。
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Candidate： Supervisor： Academic Degree Applied for： Speciality： Affiliation： Date of Defence： Degree-Conferring-Institution：
Wu Huaming Assoc. Prof. Su Yanyong Doctor of Engineering Information and Communication Engineering School of Electronics & Information Engineering June, 2011 Harbin Institute of Technology
Classified Index: TN929.5 U.D.C: 654
Dissertation for the Master Degree in Engineering
PERFORMANCE ANALYSIS OF MIMO SYSTEMS BASED ON SPATIAL DIVERSITY AND MULTIUSER DIVERSITY
-I-
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
With the high-speed development of wireless multimedia communications network development and the rapid growth of the number of users, the demond for high-speed rate and high reliability of date transmission services in wireless communication system is increasing. MIMO systems at both the transmitter and receiver sites with multiple users seems to meet these demands by offering increased date rate and link reliability through spatial multiplexing gain and diversity gain, resperctively. STBC and SM are two dominate techniques in MIMO systems, which separately offers diversity gain and spatial multiplexing gain. Among the ways to improve deiversity gain, opportunistic scheduling could improve performance through multiuser diversity by allocating the channel to the user with maximum SNR and in the meantime delaying scheduling those in deep fading, while antenna subset selection could improve spatial diversity and reduce hardware cost induced by radio frequency chains by always selecting antenna subset with best channel condition. According to the limitations in current research of MIMO, through the direct way based on polynomial expansion and the asymptotic way based on Taylor series, three aspects are mainly analyzed as follows. First, we analyze the impact of opportunistic scheduling on STBC-MIMO systems based on spatial diversity and multiuser diversity. From the point of practical system, the closed-form and asymptotic expressions of the BER, the outage probability and ergodic capacity with imperfect channel estimation error in rayleigh channels are derived. Simulation results show that the diversity gain is improved in proportion to spatial diversity and multiuser diversity, whereas the SNR gain worsens as spatial diversity increases and in the meantime, imperfect channel state information limits finite-SNR diversity gain and brings the capacity loss. Second, we investigate the performance improvement of SM-MIMO systems with opportunistic scheduling based on multiuser diversity. Exact close-form expressions of the outage probability and error rate for the M-ary QAM and PSK modulations and the sum-rate capacity expression for arbitrary numbers of transmit and receive antennas are derived. The analytical results are verified through simulation results. It is indicated that the diversity gain of this scheme is in proportion to the number of users, which plays a great impact on performance. Since users can be treated as equivalent to “virtual” transmit antennas, therefore, multiuser diversity should be fully utilized to improve system performance in the design of multi-antenna systems. Finally, we investigate the impact of a joint scheme that combing antenna subset selection and opportunistic scheduling on MIMO systems based on spatial diversity and multiuser diversity. Error rate, outage probability and sum-rate capacity both under perfect channel estimation and imperfect channel estimation are presented. Analysis and
- II -
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
simulation results show that the reliability is limited by channel estimation error but improved by multiuser diversity and antenna selection diversity, and in special SNR region, capacity can be improved by choosing the number of the best transmit antennas. Further, it is found that the number of antenna subset increases with the number of transmit antennas, which can improve system performance at no additional burden. Keywords: MIMO; Spatial Diversity; Multiuser Diversity; Antenna Subset Selection; Opportunistic Scheduling
国内图书分类号：TN929.5 国际图书分类号：654
学校代码：10213 密级：公开
工学硕士学位论文
基于空间和多用户分集的 MIMO 系统 性请 学 位： 工学硕士 学 科： 信息与通信工程
所 在 单 位： 电子与信息工程学院 答 辩 日 期： 2011 年 6 月 授予学位单位： 哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘 要
随着无线多媒体通信网络的高速发展以及用户数目的迅速增长，人们对无线 通信系统中的高速率和高可靠性的数据传输业务的需求量与日俱增。在发射端和 接收端拥有多个用户的 MIMO 系统，可以通过空间复用增益和分集增益分别提供 的更高的数据速率和链路可靠性来满足需求。 STBC 和 SM 分别能提供空间分集增 益和空间复用增益，是 MIMO 系统中最重要的两种技术。在提高分集增益的方法 中， 机会调度方案通过总是把信道分配给拥有最大信噪比的用户， 延迟调度那些处 在深衰落的用户， 能利用多用户分集来提高性能； 而天线子集选择可通过选择信道 条件最佳的天线子集来提高空间分集、降低由射频链路产生的硬件消耗。本文主 要针对目前在 MIMO 系统中存在的局限性，通过基于多项式展开的直接方法和基 于泰勒级数的渐近方法，研究了以下三方面的内容： 首先，基于空间分集和多用户分集，分析了机会调度对STBC-MIMO系统的影 响。从实际系统出发，推导了在非理想的瑞利信道下结合机会调度与STBC的方案 的误码率、中断概率以及信道容量的封闭表达式和渐近形式。仿真结果表明，分 集增益的改善与多用户分集和空间分集的大小成正比，相反，信噪比增益却随着 空间分集的增加而恶化，同时，非理想信道状态信息限制了基于有限信噪比的分 集增益，并带来了容量的损失。 接着，基于多用户分集，分析了机会调度对SM-MIMO系统的性能改善程度。 推导了采用多进制QAM和PSK调制的中断概率和误码率的表达式和渐近形式，以 及针对任意数目发射和接收天线的总速率容量表达式，并通过仿真验证了理论分 析的正确性。该方案的分集增益与用户数成正比，因此，用户数越多，系统的性 能越好。由于用户可以看成是等价的“虚拟”传输天线，故在设计多天线系统时， 多用户分集应该被充分的利用来提高系统的性能。 最后，基于空间分集和多用户分集，研究了天线子集选择和机会调度的联合 方案及其对 MIMO 系统的性能影响。给出了理想信道和非理想信道下的误码率、 中断概率以及总速率容量。分析和仿真结果表明，多用户分集和天线选择分集改 善了系统的性能，但信道估计误差的存在却限制了系统可靠性地进一步提高，且 在特定的信噪比范围，可通过选择最佳传输天线数来提高系统容量。此外，天线 子集数会随着发射天线数的增加而增加，在不增加额外负担的情况下可以提高系 统的性能。 关键词：MIMO；空间分集；多用户分集；天线子集选择；机会调度