MIMO信道容量的仿真分析
(信息与通信)MIMO技术与SCM信道仿真详解
随着无线通信技术的快 速发展，MIMO技术逐 渐被广泛应用在无线通 信系统中，如4G和5G 移动通信系统。
MIMO技术的应用场景
无线局域网
MIMO技术广泛应用于无线局域 网（WLAN）中，如802.11n和
802.11ac标准。
移动通信
MIMO技术是4G和5G移动通信 系统的关键技术之一，用于提 高信号覆盖范围和传输速率。
05 结论与展望
MIMO技术在SCM信道中的应用前景
提升通信性能
MIMO技术通过在发射端和接收端 使用多个天线，能够显著提高通信系 统的容量和可靠性，从而提升通信性 能。
适应未来通信需求
随着人们对高速、大容量数据传输的 需求不断增加，MIMO技术将成为未 来通信系统的重要支柱，满足各种高 带宽应用的需求。
未来研究方向与挑战
优化算法研究
针对MIMO系统的信号检测和信道估计，需要进一步研究和优化算法，以提高系统性能 和降低计算复杂度。
硬件实现挑战
随着MIMO系统规模的扩大，硬件实现将面临更大的挑战，需要研究和开发高效、低成 本的硬件实现方案。
跨领域融合
MIMO技术可以与人工智能、物联网等领域进行融合，进一步拓展其应用领域，同时也 需要解决跨领域融合中的技术难题和挑战。
(信息与通信)MIMO技术与SCM 信道仿真详解
目录
• MIMO技术概述 • SCM信道模型介绍 • MIMO技术在SCM信道中的应用 • SCM信道仿真实验 • 结论与展望
01 MIMO技术概述
MIMO技术的定义与特点
定义
MIMO技术，即多输入多输出技 术，是一种利用多个天线在发射 端和接收端实现信息传输的技术 。
参数设置
根据实际需求，设置信道模型参数，如多径数量、信 噪比等。
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技术与SCM信道仿真详解
信道的传输函数为：
L
H(f ,t )
l(t )e j 2fl
l 1
程序输 出的信 道多径 时延
2.关于“径”与“子径”
径—其特性有场 景决定，引入时 延扩展来面熟径
的特性
子径--其统计 特性一致，时 延差别较小接 收机无法分辨
每个子径对应与真实传 播环境中的一个散射体
第(u,s)个元素由下式给出
SCM代码中的BS到MS距离定义小：区内
径35m
小区 外径 500m
BS MS MS v
天线增益
n, AoD ：路径离开角 n,m, AoD ：子径离开角
n ：路径时延 Pn ：平均路径功率 n, AoA ：路径到达角 n,m, AoA :子径到达角
3．生成信道系数
极化场景 LOS 场景
远散射体 (市区宏小区)
市区峡谷 (市区宏小区)
可选项
首先看一下信道系数的公式
问题一：MIMO技术怎样利用多径效应多抗衰 落，增加信道容量？
空间分集或是天线分集利用了不同空间不同位 置的天线传送信息，使得多个信号的副本经历 的衰落相互独立，在接收端利用相关的合并技 术以得到分集增益，而要求有独立的衰落路径 就必须处于所谓的富散射环境中（从而导致了 多径效应），此时的多径已被看成了有利条件。
信息源
[x1 x2]
调制源
编码器
[x1
x2]
x x
1 2
x
* 2
x1*
[x1
x
* 2
]
[x 2
x* 1
]
在Alamouti编码中，信源首先被分为两组，每组两个字符。在第一个给定的字 符间隔内，每组中的两个字符被同时发射：从天线1发射的信号为x1，从天线 2发射的信号为x2。在下一个字符间隔内，信号-x2*从天线1发射，信号x1*从 天线2发射。
MIMO通信系统的信道容量分析及MATLAB仿真实现
３ ＭＩ ＭＯ 系 统 信 道 模 型
研 究 ＭＩ ＭＯ系统 必 须考虑 信 道模 型 ， 设研 究 的信道 为基 于瑞 利衰 落 的随机信 道 ， ＭＩ 设 ＭＯ系统 信道模 型有 Ｊ Ｖ根发 射 天线 和 Ｍ 根接 收天 线 ，信道矩 阵 Ｈ（ Ｊ 表 示第 ｉ 发射 天线 到第 ７ 接 收天线 的信道 衰落 系 ｉ） ， 根 根 数 ，每根 发射 天线 的功 率为 Ｐ Ⅳ，每 根接 收天 线 的噪声 功率 为 ，故 信 噪 比 Ｓ Ｒ为 ： ＝Ｐ／ Ｉ．通过分 ／ Ｎ ４ 】
２１ ０ ２年 ４月
Ａｐｒ ２０１ ． ２
ＭＩ ＭＯ通信系统 的信道容 量分析及 ＭＡ Ｌ Ｂ仿真实现 ＴＡ
朱琳璐
（ 丽水广播 电视 大 学 ，浙 江 丽水 ３ ３ ０ ２ ０ ０）
摘
要 ：在 多入 多 出（ ＭＯ） ＭＩ 系统原 理和模 型 的基础 上 ，分析 了基 于单入 单 出（Ｉ Ｏ 、单入 多 出（ Ｉ ＳＳ ） ＳＭＯ） 、多
解信道特征矩阵 Ｑ的特征值 ，由香农公式导出 ＭＩ ＭＯ信道容量 Ｃ＝ ｏ：ｅｌ ＋Ｐ（￣） ｝ Ｗｌ ｄｔ 【／ ｒ 】 ，其中威沙 ｇ ｛ Ｎ Ｑ
特矩 阵 Ｑ＝ＨＨ“，Ｍ ＜Ｎ ；Ｑ＝日“ ， Ｍ ≥Ｎ ； Ｉ 是 ｍｉ（ ｎ Ｍ，Ｎ） 阶单位 矩 阵 ；Ｗ 为 每个子 信道 的带宽 ，
还是 提高 频谱 的资源 利用率 ．在无线 通信 中，使 用 多输入 、多输 出（ ＭＯ：Ｍｕｔ ｌ Ｉｐ ｔ ｌｐｅＯｕｐ ｔ ＭＩ ｌｐｅ ｎ ｕ— ｔ ｌ— ｔｕ） ｉ — Ｍｕ ｉ
技术 既能增 加 系统容量 ，也 能增强 系统 性能 ，在其 他条 件相 同 的前 提下 ，可 以成倍地 提 高频谱 效率 ．
‘４ １ ５‘
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。
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系统及其信道容量分析
科 黑江— 技信总 — 龙— —
ＭＩ ＭＯ 系统及其信道 容量分析
史 律
（ 南京信 息职 业技 术 学院 ， 苏 南 京 ２０４ ） 江 １０６
摘 要： 主要介绍 了ＭＩ ＭＯ系统的由来， 以及对其主要的研 究历程 ， 在此基础上给 出了Ｍ１ ＭＯ系统的模型 ， 以及 Ｍ ＭＯ系统输入输 出的表达式， Ｉ 最后还
一
（】 ４．
［］ａｒｔ ．＆ Ｇ ｙｒ ．（ ０） ｉｅｅｔｌｒ— ２Ｂ ｒ ｔ ， ｅ ，Ｋ ｕｅ ，Ｃ ２ ８．Ｄｆ ｒ ｉ ｅ ０ ｆ ｎａ
ｓ ｏ ｓ ｓ ｏ ｍｐ ｉ ｉｎ ｎ ｅ ｔ ｅ ｉ ｐ ｒ ｎ ａ ｄ ｐ ｎ ｅ ｆ ａ ｈ ｂ ａ ｓ ａ ｄ ｒｐ ｉ ｓ ｎ ｒ ａ ａ ｎ ｌ ｉ ｉ ｓｒ ａ ｈ ｂ ｔｔ ｏ ｌｎ ｓ ｉｔ｝ ａ ｅ ｓ ｉ ｗ ｓｅ ｎ ｔ ｍ ａ ｉ ｓ ｔ ａ ｄ ｕ ｅ ｄｓｒ ｂ ｎ ｅ ｎ ｅ ｔｒ ｅ ａ ｒ
进 一 步分析 了 Ｍ１ 系统 的信 道容 量 。 ＭＯ 关 键词 ： ＭＯ： ＭＩ 空时编 码 ： 道 容量 信
１ Ｍ ＭＯ技 术 的 由来 Ｉ 位 为 ｎ ｔ Ｈ 。 在 接 收 端 ａｓ ｚ
多输入多输 出（ ＭＯ） ＭＩ 技术是 目前无线通信 算法研究中的一个热点 ，实际上 Ｍ ＭＯ技术 由来 Ｉ 已久， 早在 １０ ９８年 Ｍａｃｎ 就提 出用它来抗衰落。 ｒｏｉ 在２ ０世纪 ７ ０年代有人提出将多输人多输出技术 用于通信系统，但是对无线移动通信系统多输人 多输出技术产生巨大推动的奠基工作则是 ２ 世 ０ 纪 ９ 代 由 Ａ ＆ ｅ 实 验 室 的学 者 完 成 的 。 ０年 Ｔ Ｔ Ｂｌ ｌ １９ ９５年 Ｔ ｌ ａ 给出了在衰落情况下的 ＭＩ Ｏ信 ｅａ ｒ ｄ Ｍ 道 容量 ；９６年 Ｆ ｓｉｉ 出 了一种 多输 入 多输 出 １９ ｏｈｎ给 处 理 算 法— — 对 角 一 尔 实 验 室 分 层 空 时 （ 贝 Ｄ— Ｂ Ａ Ｔ 算法。１９ 年 Ｔｒｋ Ｌ Ｓ） ９８ ａｏｈ等讨论 了用于多输 人多输出的空时码的研究 ；９８年 Ｗｏ ｎｋ 等 １９ Ｗａｓｙ 人采用垂直一 贝尔实验室分层空时 （ — Ｌ ｓ ） Ｖ Ｂ Ａ Ｔ 算 法建立了一个 ＭＩ Ｏ实验室系统，在室内实验 中 Ｍ 达到了 ２ｂ ｓ／ ｚ ０ ｉ ｓ 以上的频谱利用率，这一频谱 ｔ Ｈ ／ 利用率在普通系统中极难实现。这些工作受到各 国学者的极大关注，并使得 Ｍ ＭＯ系统的研究工 Ｉ 作得 到 了迅速 发展 。 ２ＭＩ ＭＯ系统 模 型 简单说来 ， Ｍ ＭＩ Ｏ系统就是利用 多天线来抑 制信道衰落 ， ＭＯ系统一般在发射端和接收端 ＭＩ 都采用多根天线，考虑由 Ｎ 根发射天线和 Ｎ 根 Ｔ 接收天线构成的 ＭＩ Ｏ系统 ，其系统框图如 图 １ Ｍ
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
LTE系统的MIMO信道建模与仿真
indispensable key technology．The research of MIMO technology is based on the
mainly from two aspects of correlation matrix and correlation coefficient of the
correlation analysis of MIMO system channel.
KEY WORDS：LTE
MIMO
correlation simulation
radio channel modeling method, has carried on the simulation analysis to the
performance, and its effectiveness was verified.
Through the above analysis of the theory, the MIMO technique can improve the
3.3 信道衰落 ....................................................................................................... 14
3.3.1 小尺度衰落特性 ............................................................................... 14
can be improved the average channel capacity and interrupt channel capacity of the
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
分布式天线系统MIMO信道容量分析
分布式天线系统MIMO信道容量分析一、内容综述随着无线通信技术的不断发展，分布式天线系统(Distributed Antenna System,DAS)已经成为现代通信系统中的重要组成部分。
特别是在MIMO(多输入多输出)技术的应用背景下，分布式天线系统为提高系统性能和频谱效率提供了有力支持。
本文将对分布式天线系统的MIMO信道容量分析进行全面梳理，旨在为相关领域的研究者和工程师提供一个理论参考和实践指导。
首先本文将介绍分布式天线系统的基本概念、组成结构以及其在MIMO通信中的优势。
在此基础上，针对MIMO信道容量分析的基本原理和方法进行详细阐述，包括信道容量的定义、计算公式、性能指标等。
此外本文还将重点讨论分布式天线系统在MIMO通信中的信道建模方法，如香农费诺方程、高斯谢泼德方程等，以及这些模型在实际应用中的局限性和改进策略。
其次本文将对分布式天线系统的MIMO信道容量进行深入研究，包括单用户和多用户两种场景下的信道容量分析。
针对单用户场景，本文将探讨分布式天线系统如何通过引入阵列自适应技术和空间分集技术来提高信道容量；而对于多用户场景，本文将研究分布式天线系统如何利用波束形成技术、空时分组码(SpaceTime Block Coding,STBC)等技术来实现多用户同时传输和共享信道资源，从而提高整体系统性能。
本文将结合国内外相关研究成果，对分布式天线系统的MIMO信道容量分析进行总结和展望。
通过对现有理论研究和实际应用的分析，本文将提出一些有针对性的建议和发展方向，以期为进一步推动分布式天线系统在MIMO通信中的应用和发展提供理论支持和技术指导。
1.1 背景介绍随着无线通信技术的飞速发展，多输入多输出(MIMO)技术已经成为现代无线通信系统的重要组成部分。
MIMO技术通过在发射和接收天线之间引入多个天线，极大地提高了无线通信系统的频谱效率、抗干扰能力和数据传输速率。
然而随着MIMO系统容量的提高，信道容量分析变得越来越复杂，尤其是在分布式天线系统中。
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系统的信道容量分析
摘要MIMO技术是无线通信技术发展的一次重大飞跃，它能够突破无线频率资源限制，大幅度提高无线通信系统效率，被认为是无线通信技术未来发展的方向。
然而，MIMO技术也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。
首先介绍了MIMO的研究现状，包括已取得的进展和存在的问题。
并在移动无线信道特点的基础上，阐述了MIMO信道的特征，建立了数学模型。
然后，仿真了数种典型恒定信道参数系统的容量以及空间相关性对信道容量的影响，进而得出结论：MIMO系统可以有效的提高信道容量, 但是由于天线之间相关性的影响，MIMO系统容量也有所下降。
其次，分析了STBC系统的容量，并将其与全开环MIMO系统的容量进行了比较。
最后重点实现了OFDM技术的仿真，并讨论了MIMO-OFDM系统在频率选择性信道下的容量以及多径和空间相关对其系统容量的影响。
关键词：多输入多输出信道容量空间相关性空时分组码正交频分复用AbstractMultiple-input-multiple-output(MIMO) technology is a significant breakthrough in the development of wireless communication technologies. It can get rid of the constraint of radio frequency resource and greatly increase the spectral efficiency of wireless systems, and thus is considered as the future development trend of wireless communication technologies. However, 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 . Firstly, the author introduces the current study of MIMO, include the inprovements which were received and the challenges which are faceing to.Then, it analyses the wireless channels, and expounds the MIMO channel characteristic, and models the MIMO channel . Secondly, it simulates the capacity of several typical invariableness parameter channels and the impact of channel space correlation on the capacity of MIMO system . From the simulation, we can take the conclusion that MIMO system can effictively improve thannel is decreased. Thirdly, it analyzes the capacity of STBC system , then comparises the capacity of MIMO system and STBC.Finally,it is simulated the Orthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM), and discussed that the capacity of MIMO-OFDM system over frequency selective fading channels,then simulated the impe capacity of channel, but due to the impact of channel space correlation, the capacity of chact of multiple paths and channel space correlation on the capacity of MIMO – OFDM system .Key words：MIMO channel capacity correlation STBC OFDM目录摘要 (I)Abstract (II)第1章MIMO系统概述 (1)1.1 无线通信的发展概况 (1)1.2 MIMO系统的发展 (2)1.2.1研究的背景和意义 (2)1.2.2已取得的进展 (4)1.2.3存在的问题 (5)1.3 MIMO技术简介 (7)1.3.1 MIMO 系统的概念 (7)1.3.2 MIMO 系统的特点 (9)第2章无线MIMO空时信道的一般理论 (11)2.1 移动无线信道的衰落特性 (11)2.1.1 无线移动信道传播特性 (11)2.1.2三种经典的衰落分布 (13)2.2 无线MIMO空时信道模型 (14)2.2.1 信道矩阵H的计算 (15)2.2.2 信道模型 (16)第3章 MIMO系统的容量 (18)3.1 引言 (18)3.2 恒参信道条件下的MIMO信道容量分析 (19)3.2.1各种系统的信道容量 (19)3.2.2 信道容量的仿真结果比较 (24)3.3 信道相关对MIMO信道容量的影响 (25)3.3.1 信道相关性的定义 (26)3.3.2 相关信道模型 (27)3.3.3 相关信道下容量的分析 (28)第4章 STBC系统的信道容量分 (30)4.1 STBC概述 (30)4.1.1 空时分组码的研究现状 (30)4.1.2 STBC原理 (30)4.1.3 STBC构造 (31)4.2 STBC的容量分析与仿真 (32)4.2.1 STBC的容量分析 (32)4.2.2 STBC信道容量的仿真与分析 (33)第5章 MIMO-OFDM系统的容量分析 (36)5.1 引言 (36)5.1.1 OFDM 技术 (36)5.1.2 MIMO-OFDM 技术 (39)5.2 MIMO-OFDM系统模型 (41)5.3 MIMO-OFDM各态历经容量分析与仿真 (42)5.3.1 MIMO-OFDM各态历经容量 (42)5.3.2 MIMO-OFDM各态历经容量的仿真与分析 (43)结论 (45)致谢 ......................................... 错误!未定义书签。
平坦衰落MIMO信道容量分析和仿真
10 9 8
容 量 bits /s /Hz
7 6 5 4 3 8 7 6 5 4 3 2 接收天线个数 1 1 发射天线个数 2 4 3 5 6 8 7
图 1.6
信噪比为 10dB ， H = I nr ×nt 时的容量（ bits/s/Hz ）
6
通过图1.5和图1.6可以看出信噪比固定，且发送天线数或者接收天线数固定情况下，容 量随着对应的接收或者发送天线数目的增加而增大。通过图1.5图1.6对比，可以看出随着信 噪比的增加各天线对的容量增加。当信噪比为 20dB 时各系统的容量减去信噪比为 5dB 时 的对应的各系统容量。
7
H
C = R 。接收信号 y 的自相关矩阵为
R yy = E[yy Η ]
= E[( Es nt Hx + η)( Es nt Hx + η)Η ] =
而 H ( y ) 最大值为
（1.10）
Es HR xx H Η + N 0 I nr nt
H (y ) = log 2 [det(π eR yy )] = log 2 det(π e[
（1.27）
4
图 1.3 单天线发射、多天线接收的 SIMO 系统物理模型 （3） 多输入单输出 MISO 系统 MISO 就是多副天线发送、 单副天线接收的系统， 即接收分解系统， 模型如图 1.4 所示。 有 nr = 1 ， H = (h1,1 , h1,2 , ", h1, nt ) ∈ C
MIMO系统的信道容量分析 及Matlab仿真
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1.2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2.1MIMO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62.3MIMO系统信道容量62.3.1MIMO系统信道模型2.3.2MIMO系统信道容量推导9第3章MIMO系统容量仿真3.1MATLAB简介3.2搭建MATLAB仿真平台3.3MIMO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。
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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*********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 T echnology, Northwest University, Xi’a n 710127, China)Abstract: In this paper,firstly,it gives a brief introduction of MIMO technology. Secondly,some average capacities ofseveral typical systems，such as SlSO，MISO，SIMO，MIMO，are theoretically analyzed and simulated from the pointofview of information theory．The difference among those typical systems is compared and the relationship betweenthe capacity and different schemes of distributing power are discussed．And two types of special MIMO channel (allchannels and orthogonal channel) capacity for a special analysis was calculated channel capacity.It gives the limitestimating method when the mumber of the transmitting and receiving antennas of MIMO.Key W ords: 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。
SISO天线系统在信道容量上具有一个通信上不可突破的瓶颈--Shannon容量限制。
不管采用何种调制技术、编码策略或其他方法，无线信道总是给无线通信作了一个实际的物理限制。
这一点在当前无线通信市场中形势尤为严峻，因为用户对更高的数据率的需求是非常迫切的[1-3]，必须进一步提高无线通信系统的容量。
可以实现这个目标的方法有很多，如加大系统发射功率、设置更多的基站、拓宽带宽和提高频谱利用效率等。
加大系统发射功率姑且不论可能引起人的健康状况的变化，对硬件设计者来说这也是非常困难的，因为功放器件在大功率区域下的线性工作特性是很难设计的。
另外，散热及发射功率的加大所引起的功率消耗也是移动终端要考虑的问题。
增设基站意味着采用更多的蜂窝，这是提高容量代价最大的办法。
由于目前的实际无线应用市场仍是在UMTS和WLAN之间，是微波频带(UMTS大约为2GHz，WLAN技术的ISM频带为2～5GHz)，加大带宽，如利用毫米波频带，就会导致与现行系统具有非常大的兼容性问题，其代价也是很昂贵的，因此更高频段的使用在近期内不是提高无线通信系统容量的最佳方法。
目前在众多的信号处理技术中，最引人注目的是MIMO技术[4]，研究表明在多径环境中，采用收发多天线空时编码系统(MIMO系统)在不增加信号带宽及发射功率的前提下可以使频谱效率得以成倍提高，从而提高信道容量。
因此，MIMO技术将是新一代无线通信的关键技术之一。
121 MIMO 技术及其优点为了满足未来移动通信系统大容量、高速率的需求，提高频谱利用率，MIMO 系统的概念应运而生。
1.1 MIMO 技术简介入多输出(MIMO)技术是无线移动通信领域出现的具有革命意义的重大技术进步，被认为是第三代和未来移动通信与个人通信系统实现高数据速率、提高传输质量的重要途径[4]。
该技术由于有望解决未来无线互连网的业务容量需求瓶颈问题，而居于当今技术进步列表中的显要位置。
上个世纪90年代中期A T&T Bell 实验室学者完成了对无线移动通信系统多输入多输出技术产生巨大推动作用的奠基工作。
1995年，Bell 实验室的T elatar 等人在基于Rayleigh 衰落、信道有大量的散射体、信道系数无关、最优编解码、发射端信道信息在接收端准确可知的假设下，从理论上证明了接收和发送端均使用多天线(MIMO)可以使通信链路容量成倍增加的结果，即在M 个发射天线、N 个接收天线的MIMO 系统中，信道容量将随min[M ，N1线性增加[5]。
1996年Foschini [5]提出了一种MIMO 处理算法一一对角-贝尔实验室分层空时(D-BLAST)算法；1998年T arokh [6]等讨论了用于MIMO 系统的空时码；1998年W olninnsky 等人采用垂直一贝尔实验室分层空时(V -BLAST)算法[7]建立了一个MIMO 的实验系统，在室内试验中达到了20bp/Hz 以上的频谱利用率，这一频谱利用率在普通系统中较难实现。
这一振奋人心的结果提供了在衰落信道中提高系统容量和通信可靠性的一种新技术手段，引发了MIMO 技术的研究浪潮。
总之，MIMO 系统方案能够在多径环境下保持高频谱效率、大幅度提高信号传送质量。
所以它是新一代无线通信最值得期待的技术之一。
1.2 MIMO 技术的工作原理MIMO 是指在通信链路的发送端与接收端均使用多个天线元的传输系统，其工作原理如图1所示。
输入的串行码流通过某种方式(编码、调制、加权、映射)转换成几路并行的独立子码流，通过不同的发射天线发送出去。
不同的子码流同时同频带的发送，接收方利用不少于发送天线数目的天线组进行接收，并利用估计出的信道传输特性与发送子码流间一定的编码关系对多路接收信号进行空域与时间域上的处理，从而分离出几路发送子码流，再转换成串行数据输出。
MIMO 将信道视为若干并行的子信道，在不需要额外带宽的情况下实现近距离的频谱资源重复利用(多个发射天线近距离同频、同时传输)，理论上可以极大的扩展频带利用率、提高无线传输速率，同时还增强了通信系统的抗干扰、抗衰落性能。
图 1 MIMO 系统原理图1.3 MIMO 技术的优点3MIMO 技术是一种通过多天线的配置充分利用信号的空间资源，有效提高衰落信道容量的方法。
上世纪四十年代末贝尔实验室提出蜂窝概念，并在七十年代进行了实用化，研制成功世界上第一个蜂窝移动通信系统AMPS 。
后来，研究人员又进一步提出了微小区、微微小区等小区分裂的概念并成功进行了实用化，应用到了GSM 、CDMA 系统中。
以进一步提高系统的容量，并通过空间分集以提高接收性能，但由于小区不能一味地分裂下去，小区分裂的思想在大容量的需求条件下就变得不可行了。
而利用空间发送分集技术来提高容量的智能天线、MISO 、MIMO 等各种空时联合处理技术则是进一步提高系统容量和频谱效率的有效措施。
系统容量指通信系统在一定信噪比条件下所能达到的最大传输速率，是衡量通信系统的重要指标之一。
对于M 发N 收的MIMO 系统，假定信道为独立的Rayleigh 曲衰落，则系统的容量可以表示为[5]：2log det()(/)H N C I HH bps Hz M ρ=+ （1）其中，ρ是接收端平均信噪比，H=(h nm )N*M 是信道矩阵，其元素h nm 是从发射天线m 到接收天线n 之间的信道衰落系数。
当M ，N 很大时，则信道容量C 近似为：2min{,}log (/2)C M N ρ≈ （2）其中ρ为接收端平均信噪比。
和SISO 信道的容量公式相比可以看出，MIMO 系统的信道容量随着天线数量的增大而线性增大。
也就是说MIMO 技术可以成倍地提高无线信道容量。
在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。
图 2是几种不同的MIMO 系统结构下，信道容量随信噪比变化的示意图。
显而易见，多输入多输出对于提高无线通信系统的容量具有极大的潜力。
图 2 几中类型系统的信道容量仿真图时间和频率都是一维的资源，而空间是三维的资源，如果对信号的空间资源加以充西安科技大学4 硕士学位论文分利用，则潜力是巨大的。
从移动通信的发展过程可以看出，MIMO 技术的出现是人们对空间资源逐步开发利用的必然结果。
简言之，MIMO 技术的优点主要是通过多天线的配置来充分利用信号的空间资源，从而达到提高系统容量的目的。
在无线频谱资源紧缺的条件下，无疑MIMO 技术是提高频谱利用率和数据传输速率的有效方法之一。
2 MIMO 信道容量在实际的移动通信环境中，存在多个散射体、反射体，在无线通信链路的发射与接收端存在不止一条传播路径，多径传播对通信的有效性与可靠性造成了严重的影响。
然而研究表明，完全可以利用多径引起的接收信号的某些空间特性实现接收方的信源分离。
MIMO 技术在通信链路的收发两端均使用多个天线，发端将信源输出的串行码流转换成多路并行子码流，分别通过不同的发射天线元同时发送，接收方则利用多径引起的多个接收天线上信号的不相关性从混合信号中分离估计出原来发送的各路子码流。
这样实际相当于近距离的频带资源重复利用，因而可以在原有的频带内实现高速率的信息传输。
本章就从信息论的角度对MIMO 系统的信道容量进行了详细的分析与仿真。
2.1 平均分配发射功率下的MIMO 信道容量分析与仿真假定系统发送端有M 根天线，接收端有N 根天线，发射端不知信道的状态信息，总的发射功率为P ，每根发射天线的功率为P/M ，每根接收天线接收到的总功率等于总的发射功率，信道受到加性白高斯噪声(A WGN)的干扰，且每根接收天线上的噪声功率为σ2，于是每根接收天线上的信噪比(SNR)为：ξ=P/σ2。