MIMO系统的信道容量分析及Matlab仿真剖析
mimo信道容量matlab代码
【概述】MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技术在无线通信领域具有广泛的应用，通过利用多个天线，MIMO技术可以显著提高无线信道的传输容量和可靠性。
而信道容量则是衡量无线信道性能的重要指标，它表示在给定的无线信道条件下，信道可以支持的最大数据传输速率。
本文将以matlab代码为例，通过对MIMO信道容量进行仿真分析，来深入探讨MIMO技术在无线通信中的应用和性能。
【1. MIMO信道容量的基本原理】MIMO系统通过利用多个天线进行信号的传输和接收，可以有效地提高无线信道的传输容量。
其基本原理是，利用了空间分集技术，通过将数据分别送入多个天线，并在接收端进行合并处理，从而提高了系统的传输速率和稳定性。
MIMO系统的信道容量受到信道质量、天线数目和信号调制方式等多个因素的影响，因此需要通过仿真分析来进行评估。
【2. MIMO信道容量的matlab代码实现】在matlab中，可以通过编写相应的MIMO信道容量仿真代码，来实现对MIMO系统性能的分析。
以下是一个简化的MIMO信道容量计算的matlab代码示例：```matlab定义MIMO系统参数Nt = 2; 发射天线数Nr = 2; 接收天线数SNR_dB = 0:5:30; 信噪比范围生成随机信道矩阵H = (randn(Nr, Nt) + 1i*randn(Nr, Nt)) / sqrt(2);计算MIMO信道容量capacity = zeros(1, length(SNR_dB));for i = 1:length(SNR_dB)SNR = 10^(SNR_dB(i)/10);capacity(i) = log2(det(eye(Nr) + SNR/Nt*H*H'));end绘制MIMO信道容量曲线plot(SNR_dB, capacity, 'b-o')xlabel('SNR (dB)')ylabel('Capacity (bps/Hz)')title('MIMO Channel Capacity')grid on```以上代码中，首先定义了MIMO系统的参数，包括发射天线数Nt、接收天线数Nr和信噪比范围SNR_dB。
稀疏阵列mimo天线matlab仿真
稀疏阵列mimo天线matlab仿真稀疏阵列MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）系统是一种利用多个天线进行传输和接收的技术，可以有效提高通信系统的传输速率和可靠性。
在稀疏阵列MIMO系统中，天线之间的间距较大，形成了一个“稀疏”分布的阵列。
本文将介绍稀疏阵列MIMO系统的原理，并通过MATLAB仿真来验证其性能。
稀疏阵列MIMO系统的基本原理是利用空间信道的多径传输来增加传输路径和信道容量。
通过多个天线进行信号传输和接收，可以实现空间分集和空间复用的效果，从而提高系统的传输速率。
与传统的天线阵列相比，稀疏阵列的天线间距较大，可以减少阵列间的干扰，提高系统的可靠性和性能。
稀疏阵列MIMO系统在无线通信、雷达、无人机通信等领域具有广泛的应用前景。
为了验证稀疏阵列MIMO系统的性能，可以利用MATLAB进行仿真。
首先，需要建立稀疏阵列MIMO系统的模型。
模型包括天线阵列的布局、信道模型的建立、发送和接收信号处理等。
通过设置好参数和信道条件，可以进行系统的仿真实验。
在MATLAB中，可以利用MIMO通信工具箱进行稀疏阵列MIMO系统的建模和仿真。
首先，需要定义阵列的几何布局和天线的数量。
根据阵列的布局和天线的坐标，可以计算出天线之间的距离、角度等信息。
然后，需要定义信道模型和路径损耗模型，包括多径传输、衰落模型等。
根据信道模型，可以计算出信道增益和相位差等信息。
在稀疏阵列MIMO系统中，常用的传输技术是空时编码（STC）和垂直波束成形（VBF）。
可以分别计算出两种传输技术的系统容量和误码率，以评估系统的性能。
在进行仿真实验之前，还需考虑天线之间的互相干扰问题。
由于天线之间的间距较大，可以采用空间滤波和天线选择技术来减小干扰。
通过优化天线权重和信号处理算法，可以实现稀疏阵列MIMO系统的性能优化。
通过MATLAB的仿真实验，可以得到稀疏阵列MIMO系统在不同信道条件下的性能曲线。
MIMO系统的信道容量分析及Matlab仿真剖析
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）MIMO系统的信道容量分析及Matlab仿真教学部信息工程教学部专业名称通信工程年级 2021级学生姓名包宇坤指导教师黄威2021 年 5月 21 日本科毕业论文(设计)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,无线通信本科毕业论文(设计)Channel capacity of MIMO systems analysis and Matlab simulationAuthor ：Bao YukunTutor ：Huang WeiAbstract：Multiple-input-multiple-output (MIMO) is a communication technology thatmultiple 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 channelcapacity 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 thecapacity 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，wirelesscommunication本科毕业论文(设计)目录第1章绪论 1 1.1MIMO的概念 11.2无线MIMO技术的研究现状 2 1.3 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 4 2.2空时编码技术 5 2.2.1 空时编码技术及其分类 5 2.2.2 空时编码技术的应用前景 6 2.3 MIMO系统信道容量6 2.3.1 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 14 3.2搭建MATLAB仿真平台 14 3.3 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本科毕业论文(设计)第 1 页第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‘
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。
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。
基于MATLAB的MIMO-OFDMA系统的设计与仿真
基于MATLAB的MIMO-OFDMA系统的设计与仿真摘要在信息时代的快速发展形势下，产生了越来越多的业务需求，用户对通信系统的性能提出了更高的要求。
基于正交频分复用( Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM )技术和多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO ）技术的无线通信系统在增加系统容量、提高频谱利用率以及对抗频率选择性衰落等方面具备优越的性能，是未来通信领域中的关键技术。
本文首先阐述了MIMO技术和OFDM技术的国内外研究概况，然后通过分析MIMO技术和OFDM技术的基本原理和系统结构，设计出简单的MIMO-OFDM系统。
基于MATLAB软件对所建立的MIMO系统的信道容量进行了仿真，并对SISO-OFDM系统和MIMO-OFDM系统的性能进行了比较，仿真结果表明，本文所提出的MIMO-OFDM系统方案能够在不增加误比特率的情况下增加信道容量，最后结合空时分组码（Space Time Block Coding,STBC）对MIMO-OFDM系统进行了完善并采用MATLAB对其性能进行了仿真，结果显示，相较于未完善的系统完善后的系统的误比特率指标明显降低，传输可靠性得到了极大的提高。
关键词：无线通信；MIMO；OFDM；误比特率Performance Evaluation of MIMO-OFDMASystem using MatlabAbstractAs the rapid development of information technology has resulted in more influences on people’s daily lives and businesses. Higher requirements should be provided by communication system to meet people’s needs. The communication system which based on the technology of Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) and Multiple Input Multiple Output (MIMO) enables to not only increase the system capacity, but improve the spectrum utilization, and moreover to effectively against frequency selective fading, has become the key technologies in the field of communication in the future.This paper first gives an in-detailed survey on MIMO and OFDM technologies in academic society. After that, we designed a simple MIMO-OFDM system by means of the analysis of the basic concepts and the architecture of MIMO and OFDM technology. Followed by performance evaluation via Matlab to compare SISO-OFDM and MIMO-OFDM systems in term of channel capacity and Bit Error Rate (BER) to validate the proposed MIMO-OFDM system outperforms SISO-OFDM. Finally, we further integrated space-time block codes into the proposed MIMO-OFDM system, through simulation results, we can observe that BER can be significant reduced compared to its counterpart which without implements space-time block codes. Keywords:Wireless communication，MIMO, OFDM, Bit Error Rate (BER)目录第1章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2国内外研究概况 (1)1.2.1OFDM研究概况 (1)1.2.1MIMO研究概况 (2)1.2.2MIMO-OFDM研究概况 (3)1.3论文结构 (3)第2章相关理论基础 (4)2.1OFDM基本原理 (4)2.1.1OFDM数学描述 (4)2.1.2OFDM系统框图 (7)2.2MIMO原理及数学描述 (9)2.2.1MIMO系统模型 (9)2.2.2MIMO信道容量 (11)2.2.3空时编码技术 (11)2.3无线信道环境及数学描述 (12)第3章仿真与分析 (14)3.1MIMO信道容量仿真 (14)3.2MIMO-OFDM系统与仿真 (16)3.3基于STBC的MIMO-OFDM系统与仿真 (19)3.3本章小结 (20)第4章总结 (21)4.1完成的工作 (21)4.2不足与展望 (21)致谢 (22)参考文献 (23)附录 (24)南京林业大学本科生毕业设计（论文）第1章绪论1.1课题背景对于无线通信系统，其性能的优劣通常采用有效性和可靠性指标来进行评价。
基于MATLAB的MIMO通信系统仿真
MIMO信道模型仿真
AWGN信道
因为采纳QPSK调制产生的信号是复信号，因此在信号上叠加的高斯白噪声也应该是复噪声。
在实际中，是将从信源来的二进制信息比特，每2比特分为一组（此例中是x1和x2），对持续的两组比特进行星座映射，取得两个调制符号x1,x2。把这两个符号送入编码器，并依照如下方式编码
以下图为QPSK系统调制图。
AWGN信道
加性高斯白噪声AWGN(Additive White Gaussian Noise)是最大体的噪声与干扰模型。
加性噪声：叠加在信号上的一种噪声，通常记为n(t)，而且不管有无信号，噪声n(t)都是始终存在的。因此通常称它为加性噪声或加性干扰。
白噪声：噪声的功率谱密度在所有的频率上均为一常数，那么称如此的噪声为白噪声。若是白噪声取值的概率散布服从高斯散布，那么称如此的噪声为高斯白噪声。
两根接收天线上接收到的信号为
依照最大似然译码准那么
那么其译码能够表示为如下
最后的接收输入是与QPSK星座图上的四个星座点进行比较的，裁决的进程确实是裁决离哪个星座点更近。
进行QPSK解调的时候，解调输入为output。
（2）状态查验和性能测试
信源产生
截取了随机产生的+1，-1序列的一部份，依照代码，将其中的-1全数替换成了0
3假设j<L+m,那么重复以上各步,不然停止,译码器取得了有最大途径气宇的途径。
卷积码的距离特性决定了它的纠错性能，而卷积码的性能取决于所采纳的译码方式及码的距离特性。
调制
调制模块大体要求：QPSK
在数字信号的调制方式，QPSK四相移键控是目前最经常使用的一种卫星数字信号调制方式,它具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性、在电路上实现也较为简单。
基于MATLAB的MIMO通信系统仿真
目录（一）基于MATLAB的MIMO通信系统仿真…………………………一、基本原理………………………………………………………二、仿真……………………………………………………………三、仿真结果………………………………………………………四、仿真结果分析…………………………………………………（二）自选习题部分…………………………………………………（三）总结与体会……………………………………………………（四）参考文献……………………………………………………实训报告（一）基于MATLAB的MIMO通信系统仿真一、基本原理二、仿真三、仿真结果四、仿真结果分析OFDM技术通过将频率选择性多径衰落信道在频域内转换为平坦信道，减小了多径衰落的影响。
OFDM技术如果要提高传输速率，则要增加带宽、发送功率、子载波数目，这对于频谱资源紧张的无线通信时不现实的。
MIMO能够在空间中产生独立并行信道同时传输多路数据流，即传输速率很高。
这些增加的信道容量可以用来提高信息传输速率，也可以通过增加信息冗余来提高通信系统的传输可靠性。
但是MIMO却不能够克服频率选择性深衰落。
所以OFDM和MIMO这一对互补的技术自然走到了一起，现在是3G，未来也是4G，以及新一代WLAN技术的核心。
总之，是核心物理层技术之一。
1、MIMO系统理论：核心思想：时间上空时信号处理同空间上分集结合。
时间上空时通过在发送端采用空时码实现： 空时分组、空时格码，分层空时码。
空间上分集通过增加空间上天线分布实现。
此举可以把原来对用户来说是有害的无线电波多径传播转变为对用户有利。
2、MIMO 系统模型：11h 12h 21h 22h rn h 1rnh 21R n h 2R n h 1n n R h 可以看到，MIMO 模型中有一个空时编码器，有多根天线，其系统模型和上述MIMO 系统理论一致。
为什么说nt>nr ，因为一般来说，移动终端所支持的天线数目总是比基站端要少。
基于Matlab的MIMO通信系统仿真设计
北京邮电大学基于Matlab的MIMO通信系统仿真专业：信息工程班级：2011211126：学号：目录一、概述 (1)1、课题的研究背景 (1)2、课程设计的研究目的 (1)3、MIMO系统 (1)【1】MIMO的三种主要技术 (1)【2】MIMO系统的概述 (2)【3】MIMO系统的信道模型 (2)二、基本原理 (3)1、基本流程 (3)2、MIMO原理 (3)3、空时块码 (4)三、仿真设计 (5)1、流程图 (5)2、主要模块及参数 (5)3、信源产生 (5)4、信道编码 (6)5、调制 (6)6、AWGN信道 (6)7、输出统计 (7)四、程序块设计 (7)1、代码 (7)五、仿真结果分析 (11)1、仿真图 (11)2、结果分析 (12)六、重点研究的问题 (12)七、心得与体会 (12)八、参考文献 (12)一、概述1、背景MIMO 表示多输入多输出。
在第四代移动通信技术标准中被广泛采用，例如IEEE 802.16e (Wimax)，长期演进(LTE)。
在新一代无线局域网(WLAN)标准中，通常用于IEEE 802.11n，但也可以用于其他 802.11 技术。
MIMO 有时被称作空间分集，因为它使用多空间通道传送和接收数据。
只有站点（移动设备）或接入点（AP）支持 MIMO 时才能部署MIMO。
MIMO 技术可以显著克服信道的衰落，降低误码率。
该技术的应用，使空间成为一种可以用于提高性能的资源，并能够增加无线系统的覆盖围。
通常，多径要引起衰落，因而被视为有害因素。
然而研究结果表明，对于MIMO系统来说，多径可以作为一个有利因素加以利用。
MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线(或阵列天线)和多通道，MIMO的多入多出是针对多径无线信道来说的。
传输信息流s(k)经过空时编码形成N个信息子流ci(k)，I=1，……，N。
这N个子流由N个天线发射出去，经空间信道后由M个接收天线接收。
多天线接收机利用先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据子流，从而实现最佳的处理。
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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。
具有高数据率、高频谱利用率、低发射功率、灵活业务支撑能力的未来无线移动通信系统应将无线通信的传输容量和速率提高十倍甚至数百倍。
但是，随着各种无线通信业务和宽带数据业务的不断发展，无线资源，尤其是频谱资源变得越来越紧张。
针对有限的频谱资源,如何最大限度的提高频谱利用率,是当前研究的一个热门课题。
MIMO 技术无疑是众多方法中最具潜力和最具优势的一项技术,也是本文的主要研究对象。
1.1 MIMO的概念传统的无线通信系统是采用单输入单输出（SISO）天线系统。
所谓的单输入单输出（SISO）天线系统就是一个发射天线和一个接收天线的通信系统。
在信道的容量上，SISO系统有一个通信上很难突破的瓶颈，那就是Shannon容量的限制。
我们无论采取什么样的调制技术、不同编码的策略或是其他的办法，在实际中，无线通信工程总是被无线信道的实际物理限制。
这是在现如今无线通信市场中严峻的问题。
为了应对用户对更高的数据传输速率的迫切需求，因此进一步提高无线通信系统的容量是势在必行的。
可以实现这个目标的方法有很多，如设置更多的基站、拓宽带宽等。
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。
由于目前实际的无线应用市场仍是在3G系统和WLAN之间，是微波频带，加大该频带的带宽，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问题的最佳解决方法。
在单天线系统中，提高系统容量的另一个方法是加大系统的发射功率。
加大系统发射功率可能引起人的健康状况的变化，对硬件设计者来说，这是非常困难的，因为功放器件在大功率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。
还有一个办法就是通过使用分集技术提高系统的容量，提高发射/接收信噪比，以增大系统的容量。
这样就发展为现在的SIMO系统和MISO系统。
SIMO和MISO技术的进一步发展就自然产生了收发两端同时采用阵列天线的系统——MIMO系统。
1996年,贝尔实验室的G.J.Foschini提出了BLAST系统,该系统采用MIMO技术实现了数据的并行传输,使无线链接的容量提高了20到30倍。
MIMO技术突破了香农容量的界限,使无线传输的容量达到有线传输的水平成为可能。
1998年G.J.Foschni和M.J.Gans从信息论的角度分析了多天线系统在衰落环境中的信道容量。
研究表明,在散射环境中,MIMO技术可以在不增加带宽和发射功率的情况下成倍提高通信系统的通信容量和频谱利用率。
在瑞利衰落环境中大信噪比时,MIMO系统的信道容量与收发天线最小数目成正比。
MIMO技术在提高信道容量方面获得如此的突破,其原因就在于该技术将通常不利于无线通信的多径衰落转变为有利因素,充分利用了随机衰落和可能存在的多径传播来成倍的提高数据传输速率。
正是由于MIMO技术具有这些优势，因此一经提出就引起了广泛的关注,一直是无线通信技术领域的一个热门研究课题。
1.2无线MIMO技术的研究现状从Winters对无线通信系统空间分集与系统容量关系的讨论，到Telatar和Foschini 关于MIMO信道容量的理论分析，这些研究奠定了MIMO无线通信的信息论理论基础。
而BLAST的试验结果则从实践的角度证明了MIMO——这种在无线链路的发送端和接收端同时使用多个天线的通信结构，能够在不占用额外频谱带宽的前提下，有效地提高信道容量。
上述研究掀起了近几年无线通信领域对MIMO研究的热潮，也标志着MIMO 无线通信研究的真正开始。
在MIMO技术成为无线通信研究热点之前，智能天线及空域自适应信号处理技术一直是无线通信领域的研究热点之一，并被期望应用于第二代和第三代移动通信系统中。
与智能天线技术相比较，与基于MIMO的编码和信号处理技术是对智能天线技术的继承和重大突破。
一方面，从通信结构的数学模型来看，智能天线信号模型的单输入多输出（SIMO）结构可视为MIMO无线通信系统的一个特例；另一方面，从涉及通信的深度来看，MIMO技术不仅包含了智能天线技术的信号处理，其近来的发展已经涉及编码、调制和网络系统结构等方面。
比如，最具代表的空时编码（STC）技术和自适应MIMO调制，以及分布式MIMO天线系统和协同空时无线通信结构等，都已经突破了智能天线技术包括的自适应空时信号处理技术。