MIMO信道容量的研究与仿真
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系统容量仿真说明
MIMO系统容量仿真仿真操作步骤1.安装MATLAB6.5软件2.打开MATLAB6.5，在桌面上会弹出两个窗口：记事本窗口（如图4-1）和命令窗口（如图4-2）图4-1图4-23.在弹出的命令窗口中依次单击File|New|Mfile(见图4-3)打开编辑窗口图4-34.在编辑窗口中编程5.保存该程序，单击Debug|Run 运行。
这时程序的结果将显示在命令窗口上6.依次选择不同的天线数和信噪比，得出多组数据7.用plot 命令绘图程序实现根据第三章对MIMO 系统容量的推导，得出了信道容量公式：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=Q n P I W C T m 22det log σW 为每个子信道的带宽。
则每单位带宽上的信道容量为：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=Q n P I C T m 22det log σ其中：n R 为接收端天线数，n T 为发射端天线数Im 是min(n R ,n T )阶单位矩阵H 为n R ×n T 阶随机矩阵，数值服从正态分布⎩⎨⎧=H H HH Q H H TR T R n n n n ≥< P/2σ为信噪比，我们用SNR 来表示为了便于用MATLAB 编程，我们定义单位信道容量2log det m T A C I Q n ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭，其中SNR=1010log A ，推出()1010SNR A =。
发射天线数T n 为4，接收天线R n 逐渐增大（1）信噪比SNR=0dB当R n =1时， R T n n < Q=H*H'程序代码如下：SNR=0; %定义信噪比为0HZA=10^(SNR/10); %信噪比的单位转换关系式Im=eye(1); %这里的"1"为发射天线和接收天线两者数目少的根数sum=0; %初始化sum 为0for i=1:10000 %程序循环10000次H=randn(1,4); %产生高斯信号源Q=H*H'; %求威沙特矩阵sum=sum+log2(det(Im+A*Q/4)); %10000次循环得到的信道容量总和 endC=sum/10000 %10000次循环的平均值运行可以得到第一组数据：R n =1时，C=0.9267当R n =2时 R T n n < Q=H*H'只需把程序代码的R n 换掉即可，运行可以得到第二组数据：R n =2时，C=1.7682依次可以得到：R n =3时，C=2.5436R n =4时，C=3.2482R n =5时，C=3.8977R n =6时，C=4.5062R n =7时，C=5.0686R n =8时，C=5.5634R n =9时，C=6.0534R n =10时，C=6.5123Rn=30时，C=11.0734R（2）信噪比SNR=5dB依次可以得到：n=1时，C=1.8720Rn=2时，C=3.5384Rn=3时，C=5.0226Rn=4时，C=6.3022Rn=5时，C=7.4272Rn=6时，C=8.4336Rn=7时，C=9.2894Rn=8时，C=10.0768Rn=9时，C=10.7693Rn=10时，C=11.4027Rn=20时，C=15.1084Rn=30时，C=17.0578R（3）信噪比SNR=10dB依次可以得到：n=1时，C=3.1524Rn=2时，C=5.9879Rn=3时，C=8.3914Rn=4时，C=10.4579Rn=5时，C=12.1479Rn=6时，C=13.5424RRn=8时，C=15.6897Rn=9时，C=16.5322Rn=10时，C=17.0927Rn=20时，C=20.9439Rn=30时，C=22.4942R（4）信噪比SNR=15dB依次可以得到：n=1时，C=4.6711Rn=2时，C=8.9050Rn=3时，C=12.5479Rn=4时，C=15.4908Rn=5时，C=17.6953Rn=6时，C=19.4381Rn=7时，C=20.7939Rn=8时，C=21.9145Rn=9时，C=22.8506Rn=10时，C=23.6258Rn=20时，C=27.0859Rn=30时，C=28.8846R根据上面得到的四组数据用MATLAB绘图：程序代码为：x=[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,20,30];y1=[0.9267,1.7682,2.5436,3.2482,3.8977,4.5062,5.0686,5.5634,6.0534,6.5123,9.42 06, 11.0734];plot(x,y1)hold ony2=[1.8720,3.5384,5.0226,6.3022,7.4272,8.4336,9.2894,10.0768,10.7693,11.4027,15.1084,17.0578];plot(x,y2)hold ony3=[3.1524,5.9879,8.3914,10.4579,12.1479,13.5424,14.6978,15.6897,16.5322,17.0927, 20.9439,22.4942];plot(x,y3)hold ony4=[4.6711,8.9050,12.5479,15.4908,17.6953,19.4381,20.7939,21.9145,22.8506,23.6258,27.0859,28.8846];plot(x,y4),grid onxlabel('接收天线数nR');ylabel('容量/(bit/s/Hz)');结果如图4-4：图4-4接收天线R n 为4，发射天线数T n 逐渐增大（1）信噪比SNR=0dB依次可以得到： T n =1时，C=2.1177Tn=3时，C=3.0877Tn=4时，C=3.2612Tn=5时，C=3.3472Tn=6时，C=3.4298Tn=7时，C=3.5241Tn=8时，C=3.5681Tn=9时，C=3.5964Tn=10时，C=3.6174Tn=20时，C=3.7560Tn=30时，C=3.7899T（2）信噪比SNR=5dB依次可以得到：n=1时，C=3.4491Tn=2时，C=4.9309Tn=3时，C=5.9981Tn=4时，C=6.4075Tn=5时，C=6.6011Tn=6时，C=6.7730Tn=7时，C=6.9885Tn=8时，C=7.1010Tn=9时，C=7.2006Tn=10时，C=7.3069TTn=30时，C=7.6546T（3）信噪比SNR=10dB依次可以得到：n=1时，C=5.0124Tn=2时，C=7.7014Tn=3时，C=9.5183Tn=4时，C=10.5682Tn=5时，C=11.1156Tn=6时，C=11.5987Tn=7时，C=11.9483Tn=8时，C=12.1547Tn=9时，C=12.3633Tn=10时，C=12.5237Tn=20时，C=13.0893Tn=30时，C=13.3259T（4）信噪比SNR=15dB依次可以得到：n=1时，C=6.6068Tn=2时，C=10.7773Tn=3时，C=13.7736Tn=4时，C=15.5987Tn=5时，C=16.5676Tn=6时，C=17.2934TTn=8时，C=18.1088Tn=9时，C=18.3576Tn=10时，C=18.5360Tn=20时，C=19.2798Tn=30时，C=19.4907T用MATLAB绘图结果为图4-5：图4-5。
MIMO信道容量的仿真分析
MIMO信道容量的仿真分析数字移动通信与个人通信论文题目：MIMO系统信道容量的研究学生姓名李其信学号201120952院系信息科学与技术学院专业信号与信息处理MIMO系统信道容量的研究李其信（西北大学信息科学与技术学院，陕西西安710127）摘要：本文首先对MIMO技术进行了简要介绍。
其次，从信息论角度研究了MIMO系统的信道容量，对平均分配天线发射功率下的几种典型系统(SISO、MISO、SIMO、MIMO)的平均信道容量进行了分析和比较，并对两类特殊的MIMO信道（全1信道和正交信道）的容量进行了特殊的分析，得到了信道容量的计算公式。
同时给出了当发射天线和接收天线数很大时的MIMO信道极限容量的估算方法。
关键词：多输入多输出（MIMO）系统；信道容量；中图分类号：文献标识码：A 文章编号：1001-2400(2XXX)0X-0-0Research on the Capaity for MIMO SystemLI QI-xin( College of Information Science and Technology, Northwest University, Xi’an 710127, China)Abstract: In this paper,firstly,it gives a brief introduction of MIMO technology. Secondly,some average capacities of several typical systems，such as SlSO，MISO，SIMO，MIMO，are theoretically analyzed and simulated from the point ofview of information theory．The difference among those typical systems is compared and the relationship between the capacity and different schemes of distributing power are discussed．And two types of special MIMO channel (all channels and orthogonal channel) capacity for a special analysis was calculated channel capacity.It gives the limit estimating method when the mumber of the transmitting and receiving antennas of MIMO.Key Words: MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) channel capacity随着信息技术，尤其是互联网技术的迅猛发展，信息的载体形式由传统的文字形式向多媒体形传统的无线通信系统是采用单一发射天线和单一接收天线的通信系统，即所谓的SISO天线系统。
MIMO无线通信系统容量的研究与仿真(杨同学)
目录中文摘要 .................................................................................................................. 错误！未定义书签。
Abstract ..................................................................................................................... 错误！未定义书签。
第一章绪论 ............................................................................................................ 错误！未定义书签。
引言 .................................................................................................................. 错误！未定义书签。
1.1MIMO的概念 ........................................................................................... 错误！未定义书签。
1.2无线MIMO技术的研究现状 .................................................................. 错误！未定义书签。
1.2.1已取得的进展................................................................................. 错误！未定义书签。
MIMO系统的信道容量分析及Matlab仿真剖析
学校代码 14199 学号 00909002 分 类 号 密级本科毕业论文（设计）教 学 部 信息工程教学部专业名称 通信工程年 级 2009级学生姓名 包宇坤指导教师 黄 威2013 年 5月 21 日 MIMO 系统的信道容量分析 及Matlab 仿真MIMO系统的信道容量分析及Matlab仿真摘要：MIMO技术是在通信系统的收发两端放置多根天线的一种通信技术。
多输入多输出技术是近年来无线通信领域理论研究的一个重大突破。
该技术能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、提高系统频带利用率、改善系统的性能,从而成为新一代高数据率、多数据类型无线通信系统的关键技术。
众所周知,信道容量表示一个通信系统的极限传输率。
由于对容量分析结果会对实际通信系统的设计提供理论依据和指导。
因此,对MIMO系统信道容量的分析无疑是一个重要而基本的研究课题。
本文对MIMO系统进行了研究,主要集中在MIMO系统的信道容量分析。
首先从MIMO的概念入手，介绍了当前的无线通信技术。
然后围绕MIMO无线通信系统进行了展开，介绍了MIMO技术的基本原理、空时编码技术和MIMO系统的模型与容量。
随后对仿真软件MATLAB做了简单的介绍。
最后应用MATLAB软件对不同发射天线、不同接收天线、不同信噪比下的MIMO系统容量进行计算机仿真，并对仿真结果进行了分析。
关键字：MIMO技术,信道容量,空时编码,无线通信Channel capacity of MIMO systems analysis and Matlab simulationAuthor ：Bao YukunTutor ：Huang Wei Abstract：Multiple-input-multiple-output (MIMO) is a communication technology that multiple antennas are set transmitters and receivers. It is an important breakthrough in the area of wireless communication. The system capacity and frequency spectrum efficiency of communication systems can be improved by this technology without extra frequency bandwidth and with no additional power expenditure. MIMO is becoming a key technology of the new generation high data rate wireless mobile communication system. As well known , the channel capacity of a communications system is the limit of the transmission rate. The analysis results of capacity can provide the theoretical basis and guidance to the actual capacity communications system designed. Therefore, the MIMO system channel capacity analysis is an important and basic research topics.This paper investigates the MIMO system, mainly concentrated in the capacity of the MIMO system.First of all, from the perspective of the concept of MIMO, this paper introduces the current wireless communication technologies.Then revolves around MIMO wireless communication system, introduces the basic principle of MIMO technology space-time coding technique and model and the capacity of MIMO system. After this, the paper makes a simple introduction about the simulation software MATLAB.At last, applies MATLAB software to simulate this system in different transmitting antenna, different receiving antenna and different signal to noise ratio. And make some analysis of the simulation results.Keywords：MIMO technology，channel capacity，Space-Time Coding，wireless communication目录第1章绪论 11.1MIMO的概念 11.2无线MIMO技术的研究现状 21.3 论文的主要内容 3 第2章MIMO无线通信系统 42.1 MIMO技术的基本原理 42.2空时编码技术 52.2.1 空时编码技术及其分类 52.2.2 空时编码技术的应用前景 62.3 MIMO系统信道容量 62.3.1 MIMO系统信道模型 62.3.2 MIMO系统信道容量推导9 第3章MIMO系统容量仿真143.1 MATLAB简介143.2搭建MATLAB仿真平台143.3 MIMO系统信道容量的仿真和结果分析16 结论18 致谢19 参考文献20 附录21第1章绪论未来移动通信的目标是，能在任何时间、任何地点、向任何人提供快速可靠的通信服务。
MIMO信道建模仿真与容量研究
点 之间 的径 向距 离 。 为 径 向方 向ｒ 与 正方 向 之
间 的夹 角 ， 为径 向ｒ ｏ 平 面 内 的投影 与 轴 正 ： ｙ ￣ｘ 方 向之 间 的夹角 。
２１ Ｌ Ｓ ． Ｏ 下仿 真 图
功 率跟 距 离 的 关系
、
‘
．
带 宽 为 １０ Ｍ的情 况 下 的仿 真 ，算是 宽带 的情 况 ． ００ 所 以容 量 随 着频 率 的变 化 会 有 不 同 的衰 落 ．出现
了浮 动 ，符 合 ＭＩ 信 道 频 率 选 择性 衰落 的 特 性 ， ＭＯ
在 接 收 点将 能 到 达 的有 效 的各 射 线 合 并 ，从 而 实
现 传 播 预测 。射 线 跟 踪 技术 还 可 以结合 天 线 的辐 射 图 ．分别 的考 虑 辐 射 图对 每 条 射 线 的影 响 。在 射 线 跟 踪 技 术 中 最 重 要 的就 是 射 线 路 径 的确 定 ， 而 利 用 镜像 法 可 以简 单 有效 的解 决 这 个 问题 ，比 较 适 用 于 室 内无 线 传 播 的 环境 ，这 也 是本 文 选 自 镜 像 法 的 原 因 ，本 文 研 究 的基 础 就 是射 线 跟 踪 中
＝
一
（） ３
１ ． 容 量 的 归 一 化 处 理 ４
在 用 射 线 追 踪 方 法进 行 计 算 时 ．必 须进 行 归 化 的 处理 ， 目的是 为 了平 衡 距 离 因素 引起 的 容
Ｎ ｏ
量损失， 体过 具 程为： 求 ｈ ∑、 ． ． 先 ， ／ ｅ ｅ ＝ 百 Ｊ
MIMO无线信道建模分析与仿真实现
MIMO无线信道建模分析与仿真实现MIMO无线信道建模分析与仿真实现摘要：近年来，随着无线通信技术的迅猛发展，MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技术逐渐成为无线通信领域的热门研究方向之一。
本文通过对MIMO无线信道的建模分析与仿真实现进行研究，探讨了MIMO技术的基本原理、信道模型和系统性能评价等关键问题，为今后在MIMO技术研究领域的进一步深入工作提供了重要的参考。
一、引言随着电子设备的普及和无线通信需求的增加，无线通信技术的研究与应用也日益重要。
MIMO技术作为一种提高无线通信系统传输速率和可靠性的重要技术手段，受到了广泛的关注。
MIMO技术的基本原理是利用多个天线来传输和接收信号，并通过合理的处理和信号分配方式来提高系统的性能。
本文主要通过建模分析和仿真实现来探讨MIMO无线信道的基本特点和系统性能。
二、技术概述1. MIMO技术的原理MIMO技术利用多个发射天线和接收天线，通过多个独立的信道传输数据，从而提高了系统的传输速率和可靠性。
MIMO技术主要包括空时编码和空分复用两种方式。
2. MIMO信道建模MIMO信道建模是对信号在无线信道中传输过程进行描述的数学模型。
常用的MIMO信道模型有瑞利信道模型、高斯信道模型和纯频率选择性信道模型等。
本文主要以瑞利信道模型为例进行分析和仿真。
三、MIMO无线信道的建模分析1. 瑞利信道模型介绍瑞利信道模型是一种广义的无线信道模型，能够较好地描述实际无线信道中的多径效应。
瑞利信道模型的特点是具有时变性、时延离散性和频谱选择性。
2. 瑞利信道模型的数学描述瑞利信道模型可以通过复信道增益矩阵和复高斯白噪声进行描述。
复信道增益矩阵是一个矩阵，每个元素代表了信号在不同天线之间的传输增益；复高斯白噪声模拟了信道中的噪声干扰。
3. MIMO信道容量分析MIMO信道容量是衡量MIMO系统传输速率的重要指标。
通过对瑞利信道模型进行分析，可以得到MIMO信道的容量公式，并测量系统的信道容量。
MIMO系统中的信道建模与容量分析
MIMO系统中的信道建模与容量分析随着无线通信技术的不断发展，多输入多输出（MIMO）系统已成为提高无线信号传输效率和可靠性的重要技术手段。
MIMO系统通过在发送和接收端同时使用多个天线来实现多路传输和接收，并利用信道状态信息来优化信号传输。
为了有效地设计和优化MIMO系统，需要对信道进行准确的建模和容量分析。
首先，在MIMO系统中，信道建模是非常重要的一步。
信道建模即通过建立数学模型来描述信号在传输过程中所经历的衰落、延迟和失真等特性。
常用的信道模型包括射线模型、瑞利衰落模型和莱斯衰落模型等。
在MIMO 系统中，由于存在多个天线，信道建模需要考虑天线之间的空间相关性。
通常可以使用复正态分布来描述MIMO信道的相关性，其中的相关矩阵反映了天线之间的相关性和功率分配。
其次，容量分析是评估MIMO系统性能的重要指标。
容量分析可用于确定MIMO系统在给定条件下所能达到的最高数据传输速率。
基于信道状态信息的MIMO系统容量分析通常采用信息论的方法进行，而信息论关注的是在给定的信道条件下，数据可以以多快的速率传输而不发生误差。
因此，容量分析可以帮助我们确定有效的调制和编码方案，以最大化MIMO系统的数据传输速率。
在进行MIMO系统容量分析时，常用的性能指标包括信噪比、误码率和中位数吞吐量等。
信噪比是信号功率与噪声功率之比，可以衡量信号传输的质量。
误码率是指在给定信噪比条件下传输的错误比特数量，通常用于评估系统的可靠性。
中位数吞吐量是指在给定的信道条件下达到50%的数据传输速率，可以作为容量分析的参考指标。
进行MIMO系统容量分析时，需要先确定信道状态信息，即利用已有的信道测量数据或通过信道估计算法获取信道矩阵。
然后，根据所采用的调制和编码方案，通过信息论的方法计算出MIMO系统的容量。
常用的容量分析方法包括水容量法、差分熵和最大固定速率等。
除了信道建模和容量分析，还有一些其他方面需要考虑。
例如，天线选择和配置、功率控制、信道估计和预编码等都会影响MIMO系统的性能。
MIMO系统信道容量与传输性能仿真研究
ｈ ｌ ｈ Ⅳ ２
ｈ Ｎ
其 中 ， 为是第 个发 射 天线 到第 个接 收 天线 之 间的信道 衰 减 系数 。 在等 功 率 分 配 的 前 提 下 ， Ｉ Ｍ ＭＯ信 道 容 量
为：
Ａ ａ ｏ ｔ空 时编码 是对 双发 射 天线 系统 提 供完 ｌ ｕｉ ｍ
全发 射 分 集 增 益 的 一 种 空 时 编 码 ， 已成 为 与 现
收 天线 ， 发射 信号 为 ： ＝ ［ ，： … ， ］， 收信 。 ， 接
２ ＭＩ 系统 信 道 容 量 与仿 真 ＭＯ
２ １ ＭＩ ． ＭＯ 系 统 信 道 容 量
号 为 ： ＝ ［ 。Ｙ ，… ， Ｙ Ｙ ，： Ｙ ］。对 于瑞利 平坦 衰落 信 道 ， 收信号 与发 射信 号 为乘积 关 系 ， ： 接 即
第 １ １卷 第 １期
２１ ０ ２年 ３ 月
广 东 轻 工 职 业 技 术 学 院 学 报
Ｊ ＯＵＲＮ ＡＬ Ｆ ＧＵ ＡＮ ＧＤ ＯＮＧ ＮＤ ＵＳＴＲＹ Ｏ Ｉ ＴＥＣＨＮ Ｉ ＣＡＬ ＣＯＬＬＥＧＥ
Ｖｏ１ １ ．１
ＮＯ．１
Ｍ ａ． ２ ２ ｒ ０１
ＭＭ Ｉ Ｏ系统信道容量与传输性能仿真研究
伴 随 着 用 户 数 的 激 增 以及 对 无 线 Ｉｔｒｅ 接 ｎｅｎ ｔ
人、 宽带 多媒 体业 务 需求 的 日益增 长 ， 线 通信 对数 无 据 传 输 速 率 和 通 信 质 量 的 要 求 越 来 越 高 。ＭＩ ＭＯ （ ｌｐｅＩｐ ｔ ｌｐｅＯ ｔｕ ） 线 传输 技 术 是 新 Ｍｕｔ ｌ ｎ ｕ ｔ ｌ ｕｐ ｔ 无 ｉ Ｍｕ ｉ
徐 献 灵 黄 军 辉 黄 晓红
（ ．广 东 农 工 商 职业 技 术 学 院 机 电 系 ， 东 广 州 ５ ０ ０ ；．广 东 轻 工 职 业 技 术 学 院 ， 东 广 州 ５ ０ ０ ） １ 广 １ ５７ ２ 广 １ ３０
MIMO信道容量的研究与仿真。
其中ｙ 是接收端第 ｍ根天线上的信号＇ １表示转置。 ］
Ｃ＝ｌ ２１ ） ｏ （ ｇ ＋
（） ６
该容量 的取得 一般不受编码 或信号设计 复杂性 的限制 ， 即只要信 噪比每增加 ３ Ｂ， ｄ 信道容量每秒每赫兹就增加 １ 比特。
） ＇ 和 的关系如下式 ： ｆ
（ ＝月 ） （ ＋聆ｆ ｆ ） （ ｆ （） ｆ ）
ｔｏ ｎ ｎ ｌｓｓｗｉ ＴＬ ｉｎａ ｄａ ａｙ ｉ ｔ ＭＡ ＡＢ． ｈ ｏ ｇ ｉ ｌｔ ｎ ｗｅｋ ｏ ＭＩ ｈ Ｔ ｒ ｕ ｈｓｍｕａｉ ， ｎ ｗ， ＭＯ ａ ｒｖ ｏ ｎｙｔｅｃ ｐ ｃｔ ｆ ｈ ｈ ｎ ｅ， ｕ ｏ ｃ ｎｉ ｏ ｅｎ ｔ ｌ ａ ａ ｉ ｏ ｅｃ ａ ｎ ｌｂ ｔ ｍｐ ｏ ｈ ｙ ｔ ａｓ ａ ｅｉ ｒ ｖ ｄｔｅａ ｅａ ｅｃ ａ ｎ ｌ ａ ａ ｉ ｎ ｔｒｕ ｔ ｈ ｎ ｅ ａ ａ ｉ ｆｈ ｈ ｎ ｅ． ｌｏＣ Байду номын сангаас ｎ ｍｐｏ ｅ ｖ ｒｇ ｈ ｎ ｅ ｐ ｃｔ ａ ｄｉ ｅｒｐ ａ ｎ ｌ ｐ ｃｔ ｏ ｔｅｃ ａ ｎ １ ｈ ｃ ｙ ｎ ｃ ｃ ｙ Ｋｅ ｒ ｓ ＭＩ ｙｗｏ ｄ ： ＭＯ； ｈ ｎ ｅ ａ ａ ｉ ；Ｓｍｕａｉｎ ｃ ａ １ ｐ ｃｔ ｃ ｙ ｉ ｌｔ ｏ
远 距 离 （６公 里 ） 量 子 隐 形 传 态 ， １ 的 比此 前 的世 界 纪 录 提 高 了 ２ ０多 倍 。 ２ ０ 年 ２月 ， 拿 大 Ｄ— ｖ 公 司成 功 研 制 出世 界 上 第 一 ０７ 加 Ｗａ ｅ
［］ 侯 林林． ４ 量子 密码 通信 原理及应用前景探究［］ 学之 友 Ｊ． 科
ｔａ ｓ ｔ ｒ ｏ ｒ Ｉ ｉ ａ ｅ ， ｓａ ｌ ｈ ｄ Ｓ Ｓ Ｓ Ｍ Ｏ， Ｉ Ｏ， Ｉ Ｏ ｒ ｌ ｓ ｈ ｎ ｅ ｕ ｈ ａ ｏ ｒ ｈ ｎ ｉ ｅｓｍｕ ａ ｒ ｎ ｍｉ ｅ ｗｅ ． ｎｔ ｓ ｐ ｒ ｗｅｅ ｔ ｂ ｉ ｅ Ｉ Ｏ， Ｉ ｔ ｐ ｈ ｐ ｓ Ｍ Ｓ Ｍ Ｍ ｗｉ ｅ ｓｃ ａ ｎ ｌ ｃ ｓ ｃ ｍｐ ｅ ｅ ｓ ｉ ｌ－ ｅ ｓ ａ ｖ
MIMO信道建模与信道容量研究解析
重庆邮电大学研究生堂下考试答卷2013-2014学年第2学期考试科目移动通信系统姓名肖冬冬年级2013级专业信息与通信工程2014 年6月20日MIMO信道建模与信道容量研究肖冬冬①陈发堂②①(重庆邮电大学大学通信与信息工程学院重庆 400065)②(重庆邮电大学移动通信重点实验室重庆400065)摘要:多输入多输出(MIMO)技术被认为是现代通信技术中的重大突破之一，越来越成为无线通信领域的研究热点。
MIMO 技术是未来无线通信系统中实现高数据速率传输、改善传输质量、提高系统容量的重要途径。
然而，MIMO无线系统大容量的实现和其他性能的提高极大地依赖MIMO信道的模型。
因此需要建立相应的无线 MIMO 信道仿真模型来研究和评估 MIMO系统性能。
本文首先阐述了论文的研究背景和 MIMO 信道模型的发展现状，然后对 MIMO 信道的建模方法进行了分类，并介绍了基于相关矩阵法的信道建模方法和基于射线法的空间信道模型(SCM 信道模型)方法。
本文最后研究了 SCM 信道模型的空时相关性，信道特征值分布特性，并且分析了角度扩展，天线间隔和信道特征值分布与信道相关性的关系。
关键词：MIMO；信道容量；空间信道模型；相关性MIMO channel modeling and channel capacity studyXiao Dong-dong①Chen Fa-tang②①(Communication and Information Engineering college, Chongqing University of Posts andTelecommunications Chongqing 400065)②(Mobile Communications Research Laboratory, Chongqing University of Posts and Telecommunications Chongqing 400065)Abstract:The Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) technology is the most promising breakthroughs in improving system performance, capacity and spectrum efficiency. The performance promised by MIMO is highly depended on the propagation channel models. So the corresponding MIMO radio channel models are established to study and evaluate the system performance.At the beginning of this thesis, the background of this thesis and the current development situation of MIMO channel model are introduced. The methods of channel modeling including the correlation-based one and the ray-based one are also described. Finally, the spatial-temporal correlation properties and distribution of the spatial channel model are studied the effect of channel correlation on MIMO system capacity through the aspect of angle spread, antenna configuration and diversity is well analyzed.Keyword：MIMO; Channels capacity; Spatial Channels Model; Correlation1 绪论本章首先简述了论文工作的研究背景，回顾了 MIMO 信道模型的发展现状，然后介绍了两种信道建模方法，最后介绍了MIMO中的信道容量分析。
MIMO系统各态历经信道容量的分析与仿真
收稿日期：2006-03-06；修订日期：2006-04-29作者简介：贺中堂（1971-），男，江苏丰县人，讲师，博士研究生，主要研究方向：通信信号处理、空时信号处理； 张力军（1942-），男，浙江文章编号：1001-9081（2006）08-1799-03MIMO 系统各态历经信道容量的分析与仿真贺中堂1，张力军1，陈自力2（1.南京邮电大学通信与信息工程学院，江苏南京210003；2.徐州空军学院电工电子教研室，江苏徐州221000）(hezta@)摘 要：以信息论的观点为基础，在假设信道状态信息仅收端已知的情况下，采用等功率发射方案，研究了瑞利衰落信道下MIMO（多输入多输出）系统各态历经信道容量，推导了三种特殊MIMO 信道的各态历经信道容量表达式，以及在小信噪比下等收发天线MIMO 系统的容量近似公式，并通过仿真进行了验证，仿真结果表明该近似公式比较精确。
关键词：多输入多输出；各态历经信道容量；Wishart 分布函数；Gamma 函数中图分类号：TP393.03 文献标识码：AAnalysis and simulations for ergodic capacity channel of MIMO systemsHE Zhong-tang 1,ZHANG Li-jun 1,CHEN Zi-ii 2（1.School of Communication and Information Engineering,Nanjing Uniuersity of Posts and Telecommunications,Nanjing Jiangsu 210003,China ；2.Electrical and Electronic Teaching and Researching Offices,Xuzhou Airforce College,Xuzhou Jiangsu 221000,China ）Abstract:Under the assumption that the channei state information was avaiiabie oniy at the receiver,the capacity of MIMO systems in Rayieigh fading channei was investigated on the basis of information theory.Three speciai expressions for the MIMO capacity over ergodic fiat fading channei were derived.An asymptotic formuia for MIMO systems with eguai number of transmit and receive antennas in smaii SNR was aiso given.Simuiation resuits show that this approximation is reiativeiy accurate.Key words:MIMO;ergodic channei capacity;Wishart distribution function;Gamma function0 引言采用MIMO （多输入多输出）的无线通信系统可以带来比SISO （单发单收）系统更多的优点，比如增加通信系统容量、提高频谱利用效率，下一代（4G ）无线移动通信已考虑在移动台和基站设置多个收发天线。
MIMO系统无线信道容量的实验仿真
图３ Ｓ Ｉ Ｓ Ｏ 和 ＭＩ ＭＯ信 道 容 量 比较 图
容量比较图 接 收元 素 （ ， 丫 ＋１ ， ＋２ ， …ｎ ， ） 与 发 射 信 号无 关 ，即 信 道 增益 为零。 可以认为 ， 通过式（ ４ ） 得到的等效 ＭＩ ＭＯ信道是 由 个去耦平 （ １ ） 在 同 一 信 噪 比条 件下 ， Ｓ Ｉ ＭＯ系 统 比 Ｓ Ｉ Ｓ Ｏ 系 统 容 量 有 一 定 行子信道组成的， 为每个子信道分配的矩阵 Ｈ的奇异值相 当于信道 的提 高 ， 其中 Ｓ Ｉ ＭＯ （ １ × ２ ） 容量约为 Ｓ Ｉ Ｓ Ｏ容量的 １ ． ２倍 ， ｓ Ｉ Ｍ ０（ １ ｘ ４ ） 幅度 增益 。 所以， 并 行独 立 信 道 的总容 量 为各 子 信道 的容量 之 和 ， 从 容量 约 为 Ｓ Ｉ Ｓ Ｏ容量 的 １ ． ６ 倍， 这 和 理论 结 果 基本 一 致 。 而得出 Ｍ Ｉ ＭＯ系统 容量 为 ： （ ２ ）在 同一 信 噪 比条件 下 ， ＭＩ Ｓ Ｏ系 统较 Ｓ Ｉ Ｓ Ｏ系 统 的 容 量几 乎 没 有提 高 ，这 主要 是 因 为发 射 总 功率 被 平 均 分 到所 有 发 射 天线 上 ， 导 致 各 发射 天 线 的 功 率有 所 下 降 ， 在此 情 况 下 ， 其 信道 容量 变 化 就 不 明显 。 式 中， ｗ 为各子信道的带宽 ； Ｐ 是在第 ｉ 个子信道 中接收 的信 ３ ． ２ Ｓ Ｉ Ｓ Ｏ和 ＭＩ Ｍ Ｏ的仿真比较与分析 下面对 Ｓ １ Ｓ Ｏ、 Ｍ Ｉ ＭＯ （ ２ ｘ ２ ） 和 ＭＩ Ｍ Ｏ（ ４ ｘ ４ ） 的确定性信道 容量 进 号功率 ， Ｐ 。 Ｐ ／ ｎ ，其 中、 ／ 为信道矩 阵 Ｈ的奇异值 ， Ｐ为发射 总功 行 了仿 真 比较 。假设 发 射 天 线 和接 收 天线 互 不 相关 ， 仿 真结 果 如 下 率， 盯为信道系数 ， 则信道容量可写成 ： 图３ 所 示 。通 过 仿 真结 果 分 析 比较 可 知 ： 在 Ｍ＝ Ｎ ＝ ２和 Ｍ ＝ Ｎ ＝ ４的情 Ｍ Ｉ ＭＯ系统 的信道 容 量 近似 为 Ｓ Ｉ Ｓ Ｏ的 ２ 倍 和 ４倍 ，这 一 结 果 ｃ： １ ｏ ｇ ～ （ １ ＋ ） Ｂｉ ｔ ／ （ ６ ） 况下 ， ｎｔ ｏ－ 是 由于 ＭＩ ＭＯ系统 通 过 空 间复 用 在 空 间 产 生 了 Ｍ 条并 行 的子 空 间 其 总的容量等于各个 子信道之和 ， 从而大大地提高 了信道容 从式（ ６ ） 可 以看 出 ， Ｍ Ｉ ＭＯ链 路 的 信道 容量 很 大程 度 上 取决 于矩 信道 ， 阵 Ｈ的秩 ＾ ｙ 。可认 为， ＭＩ ＭＯ系统可利用多径这种在传统通信中被 量 。 ４ 结 束语 认为是有害的因素 ， 创造 了多个子空间并行信道 ， 且 各发射信号 占 文章 从 Ｍ Ｉ ＭＯ系统 信 道 模 型 人手 ， 采 用 对 信道 矩 阵 进 行 奇异 值 用 同一频带 ， 因而可在不增加带宽的前 提下 ， 通过并行信道传输 大 分解方法，推导 了信道无衰落时 Ｍ Ｉ ＭＯ系统的信道容量表达式 ， 并 大提高信息传输速率。
MIMO信道容量的研究与仿真
１５
信息通信
定，则该信道容量可以表示为： （7）
可以看出，SIMO 信道与 SISO 信道相比获得了 n 倍的分 集增益。
假定信道系数服从瑞利分布，蒙特卡洛迭代次数为 10000， 接收天线分别取 1,2,4,6,8 根，信噪比为 10dB，进行仿真，该信 道容量的仿真结果如图 2 所示。可以看出随着接收天线数的 增加（从左到右），信道容量也增加了，但是如果天线数已经很 大，这时再增加天线的数量，信道容量的改善也不是很大。
MIMO 信道容量的研究与仿真
张 蓥，赵慧元，喻武龙 （北京理工大学珠海学院，广东 珠海 519085）
摘要：MIMO 技术可以在不增加带宽和发射功率的情况下提高信道容量和频谱利用率。本文使用 MATLAB 建立 SISO、 SIMO、MISO、MIMO 等无线信道，进行综合仿真并分析。通过仿真，我们得知，MIMO 不但能有效地提高信道的容量，同 时可以改善信道的平均信道容量和中断信道容量。 关键词：MIMO；信道容量；仿真 中图分类号：TN919.72 文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2012）01-0015-03
张蓥等：MIMO 信道容量的研究与仿真
对于不同发送天线方案，由于发射机事先不知道信道的 状态信息，无法在多根发送天线中采用波束形成技术和自适 应分配发射功率，因此系统平均容量没有改善，而中断容量却 得到了改善，但这种改善效果随着天线数增加而很快趋于饱 和。 2.4 MIMO 系统信道的容量
多输入多输出（MIMO）信道，即发射端有 m 根天线，接收 端有 n 根天线，发射端在不知道传输信道的状态信息条件下， 如果信道的幅度固定，则该信道容量可以表示为：
同的参数进行仿真后得到各自的信道容量累积分布曲线，如
本科毕业设计---移动通信中mimo信道的仿真研究
浙江师范大学本科毕业设计(论文)正文目录摘要 (1)关键词 (1)英文摘要 (1)英文关键词 (1)1绪论 (2)1.1无线MIMO系统概述 (2)1.2MIMO通信系统仿真的发展现状和研究背景 (2)1.2.1 无线MIMO系统的发展现状 (2)1.2.2 无线MIMO系统的研究趋势 (3)1.3本文的主要工作及内容安排 (3)2无线MIMO通信系统理论基础 (4)2.1 MIMO技术基本原理 (4)2.2无线信道 (5)2.3 MIMO通信系统模型 (6)3 无线信道统计模型 (9)3.1 瑞利(Rayleigh)衰落模型 (9)3.2 莱斯(Rician)衰落模型 (10)3.3 Nakagami衰落模型 (10)4 互相关Nakagami衰落信道的产生方法 (11)4.1 Brute force法 (12)4.2 Sims仿真法 (12)4.3 分解合成法 (12)4.3.1 相关Nakagami信道产生步骤 (13)4.3.2 通过输入Nakagami协方差求高斯矩阵协方差 (13)4.3.3 产生Nakagami矩阵 (17)5 仿真以及结果分析 (19)5.1 Brute force法仿真以及结果分析 (19)5.2 Sims仿真法仿真以及结果分析 (20)5.3 分解合成法仿真以及结果分析 (21)6 总结 (23)参考文献 (24)移动通信中MIMO信道的仿真研究数理与信息学院通信工程何匡熙(10900121)指导老师：张筱燕（讲师）摘要：随着3G(The Third Generation,3G)的广泛使用，信息通信技术发展变化日新月异，为满足日益增长的通信需求，便在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，也就是应用MIMO(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术。
MIMO系统能够大大提高频谱利用率和系统的容量，在有限的无线频带下传输更高速率的数据信息，更是新一代移动通信的核心技术。
有限状态下MIMO信道容量的研究及仿真分析
第21卷第1期 系统 仿 真 学 报© V ol. 21 No. 12009年1月 Journal of System Simulation Jan., 2009有限状态下MIMO 信道容量的研究及仿真分析肖 珂1，白文乐2，苏明超2，刘泽民1（1.北京邮电大学电信工程学院，北京 100876；2.北方工业大学信息工程学院，北京 100144）摘 要：研究了有限状态下MIMO 衰落信道容量，建立了输入为离散调制信号的MIMO 系统模型，证明了均匀分布为取得此时信道容量的最佳输入概率分布，并提出了一种基于Monte-Carlo 积分的估计方法，通过该估计方法比较了输入为PSK 和QAM 信号时的受限信道容量。
仿真结果表明，该估计方法近似程度好，复杂度低。
相同阶数时输入分别为PSK 和QAM 信号的信道容量近似相等，均匀分布的受限信道容量可认为是QAM 输入下MIMO 信道容量的下界。
关键词：MIMO ；信道容量；相移键控调制；Monte-Carlo中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1004-731X (2009) 01-0036-03On Capacity of MIMO Fading Channel with Finite-size ConstellationXIAO Ke 1, BAI Wen-le 2, SU Ming-chao 2, LIU Ze-min 1(1. College of Telecommunication Engineering, Beijing University of Posts and Telecommunication, Beijing 100876, China;2. College of Information Engineering, North China University of Technology, Beijing 100144, China)Abstract: The capacity of the Multiple Input Multiple Output (MIMO) system with constellations was studied . It is proved that the uniform distribution is the best input probability distribution to compute the channel capacity. Based on Monte-Carlo integral, an estimation method of the discrete capacity was proposed . The proposed method was used to compare the PSK and QAM input capacities. Numerical results show that PSK input and QAM input capacities with the same modulation orders are approximately equal, and that the constrained channel capacity with uniform distribution can be considered as the lower bound of MIMO channel capacity with QAM input.Key words: Multiple-Input Multiple-Output; Channel Capacity; Phase-Shift Keying; Monte-Carlo引 言为了适应不断出现的新业务需求，提高数据率是无线通信不懈的目标。
基于MIMO技术的电子信道容量仿真研究
基于MIMO技术的电子信道容量仿真研究摘要从MIMO无线通信系统的基本概念入手，分析了它的结构和工作原理，然后从理论上推导了MIMO系统容量的公式，最后应用MATLAB软件对不同发射天线、不同接收天线、不同信噪比下的MIMO系统容量进行计算机仿真。
关键词MIMO；信道容量；容量仿真MIMO系统是在无线通信智能天线技术的基础上发展起来的，其主要特点就是在通信系统的收发两端采用多天线配置，以解决未来移动通信系统大容量高速率传输和日益紧张的频谱资源间的矛盾。
1 MIMO总体方案设计根据多输入多输出系统的概念和特点，MIMO系统的总体结构方框图如图1所示。
图1 MIMO系统方框图其中MT为发射天线数，MR为接收天线数。
下面将根据图1，分析MIMO 系统的工作原理。
2 MIMO信道模型在这里，我们仅研究平坦衰落信道模型。
因此，信道的衰落相当于对传送信号的幅度产生乘性影响。
设信道的输入为MT个天线所发送的信号矢量x，信道的输出为MR个接收天线所接受的符号矢量Y，且x和Y的均值都为零，那么信号可以表示为：y=aHx+n其中，a为包含天线的增益和传播损耗影响的实常数，n为零均值、独立于输入且具有等方差的实部和虚部的复高斯噪声列矢量，且E[nnH]=σ2IMR，其中，IMR为MR阶单位矩阵，σ2为复高斯噪声的方差。
信道转移矩阵为：对信道输入的平均能量约束表示为：tr（E [ xxH ]）=tr（Q）≤Es其中，Es为符号矢量的总平均能量，Q为x的相关矩阵。
下面介绍一下信道H的统计特性。
当发射机和接收机之间无直视路径时就会产生这种情况。
并且假设信道的衰落不是很快，所以H在数据突发期间看成常数。
3 应用Matlab仿真及结果分析3.1 MIMO系统各态历经信道容量MIMO信道的各态历经信道容量是将交互信息量对CSI矩阵H的元素做统计平均，当MIMO系统的各子信道的衰减系数相互独立时各态历经容量比较接近这个系统能够提供的频谱效率，实际上各态历经容量就是香农定理。
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（上接第 16 页） 可以看出，MIMO 系统能在改善信道的平均信道容量和中
图 2 SIMO 信道容量累计概率分布曲线 对于不同接收天线方案，我们可以看到信道的平均信道 容量（曲线中部）和中断信道容量（曲线底部）都得到了改善。 2.3 MISO 系统信道的容量 多输入单输出（MISO）信道，即发射端有 m 根天线，接收 端只有一根天线，这相当于发送分集，如果信道的幅度固定， 则该信道容量可以表示为：
Research and simulation of channel capacity based on MIMO
Abstract：The MIMO technique can improve the system capacity and spectral efficiency without the expense of bandwidth and transmitter power. In this paper，we established SISO, SIMO, MISO, MIMO wireless channel such as a comprehensive simulation and analysis with MATLAB. Through simulation, we know, MIMO can improve not only the capacity of the channel, but also can be improved the average channel capacity and interrupt channel capacity of the channel. Key words：MIMO；channel capacity；Simulation
单输入单输出（SISO）系统就是使用单根发射天线和单根 接收天线的通信系统，对于确定性的 SISO 信道，根据香农公 式，该信道的归一化容量可表示为：
（6） 该容量的取得一般不受编码或信号设计复杂性的限制， 即只要信噪比每增加 3dB，信道容量每秒每赫兹就增加 1 比特。 2.2 SIMO 系统信道的容量 单输入多输出（SIMO）信道，即发射端只有一根天线，接 收端有 n 根天线，这相当于接收分集，如果信道系数的幅度固
同的参数进行仿真后得到各自的信道容量累积分布曲线，如
上图 5 所示。
（下转第 18 页）
信息通信
低下，时间偏移攻击带来的错误率比估计值小，难以判断此类 攻击，因此提高探测器的效率成为 QKD 进入实用的瓶颈[10-13]。
我国科学家在量子信息领域中的许多分支上处于领先水 平。国内最早开始这方面研究的是国防科技大学，早在 1995 年，中科院物理所就在国内首次完成了 BB84 方案的演示性实 验；2007 年首次利用光量子计算机实现了 Shor 量子分解算法， 成果发表在美国权威物理学期刊《Physical Review Letters》上； 2010 年他们与清华大学的联合小组成功实现了世界上当时最 远距离 (16 公里) 的量子隐形传态，比此前的世界纪录提高了 20 多倍。
[5] 张焕国,王后珍.. 抗量子计算密码体制研究(待续) [J].信息 网络安全,2011(5):3-4.
[6] Yan tao, YanFengli. Quantum key distribution using fourlevel particles [J].Chinese Science Bulletin, 2011(1):56-63.
张蓥等：MIMO 信道容量的研究与仿真
对于不同发送天线方案，由于发射机事先不知道信道的 状态信息，无法在多根发送天线中采用波束形成技术和自适 应分配发射功率，因此系统平均容量没有改善，而中断容量却 得到了改善，但这种改善效果随着天线数增加而很快趋于饱 和。 2.4 MIMO 系统信道的容量
多输入多输出（MIMO）信道，即发射端有 m 根天线，接收 端有 n 根天线，发射端在不知道传输信道的状态信息条件下， 如果信道的幅度固定，则该信道容量可以表示为：
由于通信技术的发展，人们对无线通信的容量和质量提 出了比以往更高的要求。运用 MIMO 技术能够在不增加带宽 和发射功率的情况下，大大地提高信道容量和频谱利用率，在 有限的频谱资源上实现通信的高速率、大容量和高质量的传 输。
1 MIMO 技术原理
多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO) 系统是一项运用于 802.11n 的核心技术。该技术是在发送端 和接收端分别使用多个发送天线和接收天线来抑制信道衰 落。
(2) 提高量子比特传输率。量子密码要想成为真正的便签 式并且广泛应用的密码体制，最终要应用来加密通信的海量 数据，那么对密钥的长度和数量会有越来越高的要求。在此 方面，连续变量密码系统是一个可能的研究方向[4]。
李明达等：量子密码学应用研究进展
参考文献：
[1] 孙晓磊,颜培玉,解志斌等. 网络安全技术中的量子密码通 信[J].四川兵工学报,2010(8): 98-99.
图 4 MIMO 信道容量累计概率分布曲线 2.5 SISO、SIMO、MISO 和 MIM 信道容量的综合比较
图 3 MISO 信道容量累计概率分布曲线 １６
图 5 信道容量累计概率分布曲线
为了综合比较和分析上述四种信道的信道容量，分别选
择了 1×1, 1×4, 4×1, 2×2, 4×4 等五种天线结构方案，并采用相
2007 年 2 月，加拿大 D-Wave 公司成功研制出世界上第一 台 16 位商用量子计算机“猎户”（Orion），其量子计算芯片由铝 和铌元素组成的超导材料制成。直到 2011 年五月，公司发布 了第一台 128-qubit 商用量子计算器 D-Wave One，需要液氦散 热，售价一千万美元。量子计算机的快速发展已经大大超过了 许多业内人士的预期，并且将以更加迅猛的势头继续发展。
（1.8） 由于假定信道的系数固定该信道容量不会随着发射天线 数目的增加而增大。 假定信道系数服从瑞利分布，蒙特卡洛迭代次数为 10000， 发送天线分别取 1,2,4,6,8 根，信噪比为 10dB，进行仿真，该信 道容量的仿真结果如图 3 所示。可以看出随着发送天线数的 增加（从左到右），信道容量仅仅略有增加，当天线数一定大时， 这是再增加天线的数量，信道容量基本没有改变。
[2] 甘斌,周海刚,赵华. 量子密码研究与进展[J].网络安全技术 与应用,2010 (3):54.
[3] 王后珍. 扩展 MQ 密码体制的构造理论研究[J]. 武汉大学 博士论文，2010(10):45-53.
[4] 侯林林. 量子密码通信原理及应用前景探究[J].科学之友 （B 版）,2009(4):143-144.
假设 MIMO 系统的基站（Node B）有 n 根发射天线、移 动终端（UE）有 m 根天线，如图 1 所示。对于上行链路，UE 是发射端（Tx），Node B 为接收端（Rx）；对于下行链路则相 反。
图 1 MIMO 系统的发射端和接收端 Node B 天线组的接收信号向量 y(t)表示为：
(1)
噪比（SNR）为
。
我们可以估算出总的信道容量：
（5）
式中，C 是总的信道容量，W 是每个子信道的带宽，Pri 是 在第 i 个子信道中接收的信号功率。
2 MIMO 信道容量的仿真
MIMO 系统在发送端和接收端分别使用多个发送天线和 接收天线，由于传统的通信系统是 SISO 系统，而基于发送分 集的 MISO 系统和基于接收分集的 SIMO 系统也都是 MIMO 的一部分。因此我们将 MIMO 系统分为 SISO、MISO、SIMO 以及 MIMO 系统来仿真和分析。 2.1 SISO 系统信道的容量
2012 年第 1 期 （总第 117 期）
信息通信
INFORMATION & COMMUNICATIONS
2012 （Sum. No 117）
MIMO 信道容量的研究与仿真
张 蓥，赵慧元，喻武龙 （北京理工大学珠海学院，广东 珠海 519085）
摘要：MIMO 技术可以在不增加带宽和发射功率的情况下提高信道容量和频谱利用率。本文使用 MATLAB 建立 SISO、 SIMO、MISO、MIMO 等无线信道，进行综合仿真并分析。通过仿真，我们得知，MIMO 不但能有效地提高信道的容量，同 时可以改善信道的平均信道容量和中断信道容量。 关键词：MIMO；信道容量；仿真 中图分类号：TN919.72 文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2012）01-0015-03
其中 ym(t) 是接收端第 m 根天线上的信号， 表示转置。 同样在 UE 端的发射信号向量 x(t)表示为：
(2) y(t)和 x(t)的关系如下式：
其中 n(t)为加性白高斯噪声（AWGN），
(3) 是瞬时
MIMO 无线信道矩阵。H(t)描述了 UE 和 Node B 之间所有收
发天线对的路径衰落，表示如下：
4 量子通信系统的发展及未来的发展前景
量子通信系统近年来已取得了突飞猛进的发展，例如 Internet 及各种局域网的开通、银行业务中电子支付系统的广泛 应用等。因此，安全性就成为应用量子通信系统应该首要考 虑的问题之一。
(1) 寻找量子密码应用的新领域。现今量子密码应用领域 已经逐步得到扩展。量子密码的新的应用领域包括量子签名、 身份认证协议、量子投票等。现今量子计算对现代密码学的 威胁主要是体现在公钥密码方面，由此，如何将量子力学的优 势和公钥体制结合起来是值得探讨的问题。
[7] Maassen, H. Quantum Probability and Quantum Information Theory. Lect. Notes Phys,2010:85-108.