b4g无线通信系统中的mimo信道容量研究(附件)【字数：12164】
摘 要摘 要MIMO(多输入多输出）技术是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，实现信号的多途径传送和接收，从而改善通信质量。MIMO技术能够在不额外增加系统带宽和天线发射功率的情况下显著的提高系统信道容量，改善系统性能，视为下一代移动通信的核心技术。研究MIMO 信道容量是对MIMO 通信系统进行深入分析的基础，本文在已有的理论研究基础上，研究了MIMO系统的基本模型和信道容量的公式推导，开展了MIMO无线信道有关的信道容量方面的研究。研究MIMO信道容量注水算法的实现原理并通过MATLAB仿真实现MIMO信道的注水算法，在已有的注水算法基础上研究瑞利衰落信道下不同天线数的信道容量的变化，结果表明注水能够自适应分配功率有效的提高信道的容量，在信噪比高的情况下更明显。对已实现的注水算法进行研究，在现有的理论基础上采用迭代注水算法，其实质就是多次执行相同的运算，分析迭代注水算法，并在高斯矢量信道的情况下，对迭代注水算法进行仿真并与经典注水算法进行比较。关键字MIMO；信道容量；注水；迭代注水Abstract
Keywords: multi user MIMO, channel capacity research, water injection algorithm, iterative water injection algorithm 目录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 MIMO技术的发展史 1
1.3 MIMO技术的研究现状 2
1.4 本文主要研究内容和章节安排 3
第二章 MIMO系统的基本原理和基本模型 4
2.1 MIMO系统的基本原理 4
2.2 MIMO系统的基本模型 4
2.3 MIMO的主要技术 5
2.3.1 MIMO技术的目的 5
2.3.2 空间复用 6
2.3.3 空间分集 6
2.3.4 波束赋形 7
2.3.5 预编码 8
第三章 MIMO系统的信道容量 9
3.1 MIMO系统容量定义 9
3.1.1 SISO系统的信道容量 9
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
3.1.2 SIMO系统的信道容量 10
3.1.3 MISO系统的信道容量 11
3.1.4 MIMO系统的信道容量 12
3.2 MIMO信道的分类 13
3.2.1 上行多用户MIMO信道 13
3.2.2 下行多用户MIMO信道 14
3.3 MIMO信道的衰落 15
3.3.1 大尺度衰落的无线信道 16
3.3.2 小尺度衰落的无线信道 16
第四章 注水算法 18
4.1注水算法原理 18
4.2 注水算法的实验仿真 20
4.3不同天线数的信道容量仿真比较 21
第五章 迭代注水算法 24
5.1 迭代注水算法的原理 24
5.2 迭代注水算法的步骤 24
5.3 迭代注水算法的实验仿真 25
结论 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
5G也就是第五代移动通信技术，其研发目的主要是面向2020年以后的新一代移动通信技术，目前5G技术还在研发阶段[1]。在性能方面，5G技术需要有很高的频谱利用率，高能效、高传输速率、高资源利用率，功能要求远远超过4G移动通信；在技术方面，要满足高频段传输，同时同频全双工、新型多天线传输等等[2]。5G技术在无线通信系统中，覆盖的范围更广，传输的损耗更小，系统的安全性也得到很大的提高。
5G技术的发展是社会进步的需要，是人类对通信技术的更高要求。其主要原因有两方面。一方面是通信技术的快速发展，通信技术从2G、3G、4G一直到现在的5G技术，技术在不断的更新，前进，5G技术需要在下一代的移动通信系统中展示他的魅力。另一方面是通信的用户群越来越广，“秀才不出门，便知天下事”早已实现，随着用户数量的增加，用户对通信的需要也在增加，人们对信息传输的速度，区域限制、通信的质量等方面的要求不断提高。此外，智能手机和物联网技术的快速发展，在无线通信的容量、无线网络的链接数方面对通信技术也提出了更高的需求，推动了5G技术的快速发展[3]。
推动5G移动通信的快速发展，其最主要的是实现高效率，高质量的无线传输技术，已有的研究基础上可以发现大规模MIMO (多输入多输出技术)的无线传输技术有可能使频谱效率和功率效率得到大幅度的提升，提升MIMO无线传输技术的系统容量[4]。从单一用户演变为多用户的技术模式势不可挡,成为MIMO(多输入多输出)技术的发展导向[5]。MIMO技术能极大程度的降低误码率,提高系统的信道信息容量,对推进5G技术的快速发展有很大的作用。大规模MIMO技术作为5G的一项关键技术，可利用多天线多用户空分技术成倍的提升频谱效率，实现最大限度利用已有资源。
1.2 MIMO技术的发展史
马可尼最早于1908年提出了MIMO技术的概念，MIMO技术主要是利用它的发射端和接收端的多个天线可以自行独立的传输和接收信号，在接受端将分离的信号合并，恢复成原信息[6]。
最早在20世纪70年代有人开始提出将MIMO技术应用于通信系统中的想法，但是MIMO技术真正应用到无线通信传输技术中，是由20世纪90年代由AT & T (American Telephone & Telegraph Company,美国电话电报公司) Bell实验室学者完成的[7]。1995年Teledan研究了在信道衰落情况下的MIMO容量的数值。1996年Foshin提出新的MIMO处理算法———D BLAST (Diagonal BLAST, 对角BLAST) 算法,1998年Tarokh等人讨论了关于MIMO技术的空时码。
1998年Wolinansky等采用V BLAST(Vertical BLAST,垂直BLAST)算法建立了一个MIMO实验系统,在室内试验中达到了20 bps/Hz以上的频谱利用率,这在普通系统中是极难实现的[8]。通过理论研究发现，利用BLAST技术可以有效的提高系统的频谱效率，并且与天线的数目成线性关系。这意味着如果增加天线的数目，就可以不断增加系统的容量。可以发现BLAST技术在提高系统容量方面具有很大的前景。BLAST技术也因此荣获2002年的美国爱迪生发明奖[9]。BLAST技术的实验结果极大的推动了MIMO技术的快速发展，引发了人们的研究热情。
Keywords: multi user MIMO, channel capacity research, water injection algorithm, iterative water injection algorithm 目录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 MIMO技术的发展史 1
1.3 MIMO技术的研究现状 2
1.4 本文主要研究内容和章节安排 3
第二章 MIMO系统的基本原理和基本模型 4
2.1 MIMO系统的基本原理 4
2.2 MIMO系统的基本模型 4
2.3 MIMO的主要技术 5
2.3.1 MIMO技术的目的 5
2.3.2 空间复用 6
2.3.3 空间分集 6
2.3.4 波束赋形 7
2.3.5 预编码 8
第三章 MIMO系统的信道容量 9
3.1 MIMO系统容量定义 9
3.1.1 SISO系统的信道容量 9
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
3.1.2 SIMO系统的信道容量 10
3.1.3 MISO系统的信道容量 11
3.1.4 MIMO系统的信道容量 12
3.2 MIMO信道的分类 13
3.2.1 上行多用户MIMO信道 13
3.2.2 下行多用户MIMO信道 14
3.3 MIMO信道的衰落 15
3.3.1 大尺度衰落的无线信道 16
3.3.2 小尺度衰落的无线信道 16
第四章 注水算法 18
4.1注水算法原理 18
4.2 注水算法的实验仿真 20
4.3不同天线数的信道容量仿真比较 21
第五章 迭代注水算法 24
5.1 迭代注水算法的原理 24
5.2 迭代注水算法的步骤 24
5.3 迭代注水算法的实验仿真 25
结论 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
5G也就是第五代移动通信技术，其研发目的主要是面向2020年以后的新一代移动通信技术，目前5G技术还在研发阶段[1]。在性能方面，5G技术需要有很高的频谱利用率，高能效、高传输速率、高资源利用率，功能要求远远超过4G移动通信；在技术方面，要满足高频段传输，同时同频全双工、新型多天线传输等等[2]。5G技术在无线通信系统中，覆盖的范围更广，传输的损耗更小，系统的安全性也得到很大的提高。
5G技术的发展是社会进步的需要，是人类对通信技术的更高要求。其主要原因有两方面。一方面是通信技术的快速发展，通信技术从2G、3G、4G一直到现在的5G技术，技术在不断的更新，前进，5G技术需要在下一代的移动通信系统中展示他的魅力。另一方面是通信的用户群越来越广，“秀才不出门，便知天下事”早已实现，随着用户数量的增加，用户对通信的需要也在增加，人们对信息传输的速度，区域限制、通信的质量等方面的要求不断提高。此外，智能手机和物联网技术的快速发展，在无线通信的容量、无线网络的链接数方面对通信技术也提出了更高的需求，推动了5G技术的快速发展[3]。
推动5G移动通信的快速发展，其最主要的是实现高效率，高质量的无线传输技术，已有的研究基础上可以发现大规模MIMO (多输入多输出技术)的无线传输技术有可能使频谱效率和功率效率得到大幅度的提升，提升MIMO无线传输技术的系统容量[4]。从单一用户演变为多用户的技术模式势不可挡,成为MIMO(多输入多输出)技术的发展导向[5]。MIMO技术能极大程度的降低误码率,提高系统的信道信息容量,对推进5G技术的快速发展有很大的作用。大规模MIMO技术作为5G的一项关键技术，可利用多天线多用户空分技术成倍的提升频谱效率，实现最大限度利用已有资源。
1.2 MIMO技术的发展史
马可尼最早于1908年提出了MIMO技术的概念，MIMO技术主要是利用它的发射端和接收端的多个天线可以自行独立的传输和接收信号，在接受端将分离的信号合并，恢复成原信息[6]。
最早在20世纪70年代有人开始提出将MIMO技术应用于通信系统中的想法，但是MIMO技术真正应用到无线通信传输技术中，是由20世纪90年代由AT & T (American Telephone & Telegraph Company,美国电话电报公司) Bell实验室学者完成的[7]。1995年Teledan研究了在信道衰落情况下的MIMO容量的数值。1996年Foshin提出新的MIMO处理算法———D BLAST (Diagonal BLAST, 对角BLAST) 算法,1998年Tarokh等人讨论了关于MIMO技术的空时码。
1998年Wolinansky等采用V BLAST(Vertical BLAST,垂直BLAST)算法建立了一个MIMO实验系统,在室内试验中达到了20 bps/Hz以上的频谱利用率,这在普通系统中是极难实现的[8]。通过理论研究发现，利用BLAST技术可以有效的提高系统的频谱效率，并且与天线的数目成线性关系。这意味着如果增加天线的数目，就可以不断增加系统的容量。可以发现BLAST技术在提高系统容量方面具有很大的前景。BLAST技术也因此荣获2002年的美国爱迪生发明奖[9]。BLAST技术的实验结果极大的推动了MIMO技术的快速发展，引发了人们的研究热情。
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