畢業設計-mimo無線通信系統容量的研究與仿真-免費閱讀

　　

【正文】 同時幫助我們借閱大量資料，使我們的畢業設計不至于無的放矢。 在設計過程中，遇到了很多問題，學到了很多書本上學不到的知識，同時將大學四年的知識綜合運用到實踐中，強化了所學的知識，增強了自己的動手能力。也就是說可以在不增加帶寬和天線發送功率的 情況下利用 MIMO 信道成倍地提高無線信道容量，證明了 MIMO 信道系統理論的正確性，完成了本設計的要求。)。 plot(x,y1) hold on y2=[, ,]。 %信噪比的單位轉換關系式 Im=eye(1)。 中不需要專門定義變量的類型，系統可以自動 根據表達式的值或輸入的值來確定變量的數據類型。 7． Matlab 繪圖 plot(x,y)命令可以用來畫通常的函數 f(x)圖形 , 此時向量 x 常用命令 x=a:h:b 的形式獲得 f(x)函數在繪圖區間 [a,b]上的自變量點向量數據 ,對應的函數向量值取為y=f(x)。 MATLAB 的變量命名規則如下： （ 1） 變量名應以字母開頭。文本文件包含一系列 MATLAB 命令，當命令窗口調用它時，自動執行這些命令。 M 文件的一般形式為 ： M 文件名 .m。因此，不久的將來，它一定能名符其實地成為 “ 萬能演算紙式的 ” 科學算法語言。 高版本的 Matlab 語言有豐富的庫函數，在進行復雜的數學運算時可以直接調用，而且 Matlab 的庫函數同用戶文件在形成上一樣，所以用戶文件也可作為 Matlab 的庫函數來調用。人們用任何一種語言編寫程序和調試程序一般都要經過四個步驟：編輯、編譯、連接以及執行和調試。不過， Matlab作為一種新的計算機語言，要想運用自如，充分發揮它的威力，也需先系統地學習它。這些運算一般來說難以用手工精確和快捷 地進行，而要借助計算機編制相應的程序做近似計算。假定 m=min（ nR， nT） ,式（ 212）定義了特征值 特征矢量的關系，可重新寫為 ? ? 0?? yQIm? y≠ 0 （ 2— 22） 式中， Q 是威沙特（ Wishart） 矩陣，定義為 ???? HHHHQHH TRTR nn nn ?? （ 2— 23） 即當且僅當 QIm?? 是奇異矩陣時，λ是 Q 的一個特征值。n180。x180。 安徽理工大學電子信息工程專業畢業設計 17 X1 1? r1 X2 2? r2 XnR nR? rnR XnR+1 0 XnT 0 圖 23 nTnR時的等效 MIMO 信道框圖 另一方面，如果 nRnT，在等效的 MIMO 信道中，最多有 nT個非零增益子信道，如圖 24 所示。對 nR nT 矩陣 H,秩的最大值為 m=min(nR,nT)，也就是說，至多有 m 個奇異值是非零的。=UHn 安徽理工大學電子信息工程專業畢業設計 16 U 和 V 是可逆的。 由奇異值分解（ SVD） 理論，任何一個 nR nT矩陣 H 可以寫成 H=UDVH （ 2— 11） 式中， D 是 nR nT非負對角矩陣； U 和 V 分別是 nR nR 和 nT nT 的酉矩陣。它的元素是統計獨立的復零均值高斯變量，它具有獨立的、方差相等的實部和虛部。于是了有確定系數的信道矩陣 H 的元素的規范限定，如下式所示： nRinh Tnj ijT ,2,1,21 ????? （ 24） 當信道矩陣元素為隨機變量時 ，規范就是對上述表達式取期望值。如信道在發射端未知，則假定從各天線發射的信號都有相等的功率 P/nT。集中于用離散時間描述的復基帶線性系統模型。由此可見，這種編碼方法的缺點是，譯碼復雜度將隨著傳輸速率的增加而呈指數增加。 空時格狀編碼 ATamp。 STTC 很快受到人們的重視，并在整個通信領域掀起了空時碼的研究熱潮。常見的空時碼有空時塊碼、空時格碼。對于發射天線數為 N，接收天線數為 M 的多入多出 (MIMO)系統，假定信道為獨立的瑞利衰落信道，并設 N、 M 很大，則信道容量 C 近似為： C=[min(M,N)]Blog2(ρ /2)其中 B 為信號帶寬，ρ 為接收端平均信噪比， min(M,N)為 M， N 的較小者。 這 N 個子流由 N 個天線 發射出去，經空間信道后由M 個接收天線接收。 除上述因素外，還有其他一些因素也會使 MIMO系統的性能退化，例如 :不正確的信道估計、天線單元之間存在相關、較高的多普勒頻移等。 (3) MIMO信道模型 MIMO系統的性能，在很大的程度上跟所處環境的多徑信號的性質有關，特別要受各條路徑之間的相關度、時延擴展和角度擴展的影響，因此，了解和掌握戶內和戶外環境中，無線 MIMO信道的特性，對實現潛在的巨大信道容量、取得預期的性能、選擇 合適的系統結構和設計優良的信號處理算法至關重要 .為此除了一些必要的實際測量 外，必須建立合適的信道模型，用于預測系統的性能和評估算法的優劣。對于終端，選擇半個波長的天線間距足以保證有相當數量的不相 關衰落，因為終端一般處于本地散射物之間，而且不存在直接傳播路徑，終端天線的最大數量預計為 4根，但是實際實現時，一般選擇最小的數目 :2根。與此相關 的技術包括自適應調制和編碼、混合 ARQ和快速蜂窩選擇等。 MIMO 系統在發射端和接收端均采用多天線 (或陣列天線 )和多通道， MIMO 的多入多出是針對多徑無線信道來說的 。該技術能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統的容量和頻譜利用率，是新一代移 動通信系統必須采用的關鍵技術。 參考文獻 ...................................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 MATLAB 的主要語法和操作符 ......................................................... 錯誤 !未定義書簽。 空時分組編碼 ......................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 無線 MIMO技術的研究現狀 ............................................................ 錯誤 !未定義書簽。 第一章 緒論 ................................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 MIMO 技術的基本原理 ..................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 引言 ...................................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 安徽理工大學電子信息工程專業畢業設計 2 結果分析 ......................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 仿真結果正如預期所料。這些工作受到各國學者的極大注意，并使得多入多出的研究到了迅速發展。因此，目前全世界有許多學術機構、大公司 (主要分布在歐洲和北美國家 )正在對 MIMO技術展開更深入 的研究，推動著 這項技術日益朝實用化方向發展。 尚存在的問題 自從 Telatar和 Foschini在無線 MIMO系統中做出了開創性的工作以來，目前在蜂 窩無線系統、固定接入系統方面，己提出了各種實驗性的 MIMO系統，盡管在這方面 己取得了較大的進展，但是距離 MIMO技術大規模投入商用的時間，專家估計至少還 要五年，因為還有許多實際問題需要解決，這些問題主要包括以下幾個方面 : (1) 天線的數量和間距 天線的數量和各天線之間距離是 MIMO系統設計的關鍵參數，如果要實現 MIMO系統的高頻譜效率，后者更為重要。③ MIMO信道估計也要導致復雜性的增加，因為整個信道矩陣的每一條路徑延時 (在 OFDM中為每一個時隙 )，都需要及時跟蹤和更新，而不是只跟蹤和 更新單個系數。為此， MIMO的信號設計可以從特殊的無線資源控制 (RRC)消息 中，獲得支持和幫助。此外，由于本文在仿真的時候需要用到 MATLAB 軟件，因此，我在對系統進行仿真之前，對在仿真中會用到的 MATLAB知識也做了簡單的介紹。 MIMO 將多徑無線信道與發射、接收視為一個整體進行優化，從而實現高的通信容量和頻譜利用率。也就是說可以利用MIMO 信道成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。 空時碼是一種基于多天線陣發送技術的編碼方案，其將多天線技術和信道編碼技術結合起來，同 時獲得空間分集和時間分集。目前，分組空時碼和分層空時碼已經被 3GPP 采用。 下面是 STTC 設計 的兩條 準則 ： (1)衡量分集好處的秩準則 ： 對于 nT副天線的發送分集系統，矩陣 A(c,e)滿秩時將得到最大分集好處 nT?nR。 正是由于其相對簡單的譯碼算法和較好的性能， WCDMA 采用了空時分組編碼技術。發射信號的協方差矩陣為 ? ?Hxx xxER ? (2— 1) 式中， ?? Hij表示矩陣 H 的第 ij個元素 ，代表從第 j 根發 空時譯碼器 空時編碼器 安徽理工大學電子信息工程專業畢業設計 14 射天線到第 i 根接收天線之間的信道衰落系數。我們重點對與無線通信相 關的示例進行分析，包括信道矩陣的瑞利（ Ray leigh） 分布和賴斯（ Rician） 分布。每根接收天線處的平均信噪比（ SNR） 定義為 2?? rP? （ 2— 7） 假定每根天 線的總接收功率都等于總發射功率，則 SNR 等于總的發射功率和每根接收天線的噪聲功率的比值，而且它獨立于 nT，可寫為 安徽理工大學電子信息工程專業畢業設計 15 2?? P? （ 2— 8） 使用線性模型，可將接收矢量表示為 r=Hx＋ n （ 2— 9） 接收信號的協方差矩陣定義為 E{rrH},利用式（ 29），則可以得出 Rrr=HRxxHH (2— 10) 而總接收信號功率可表示為 tr(Rrr)。把式（ 211）代入式（ 29），可以得到接收矢量 r r=UDVHx＋ n （ 2— 13） 引入下列變換： r180。 r180。為每個子信道分配的矩陣 H 的奇異值，相當于信道幅度增益。的協方差矩陣和它們的跡 Rr180。)=tr(Rrr) tr(Rx180。 考慮到式（ 216）所描述的等價 MIMO 信道模型中，子信道是去耦的，因此其容量可以直接相加。如果信道系數是隨機變量，則式（ 221）和式（ 230）表示的是瞬時容量交互信息量。目前最新的 版本（ windows 環境）是一種功能強、效率高便于 進行科學和工程計算的交互式軟件包。 MATLAB 語言 的 特點 它是一種面向科學與工程計算的高級語言，允許用數學形式的語言編寫程序，且比 Basic、 Fortran 和 C 等語言更加接近我們書寫計算公式的思維方式，用 Matlab 編寫安徽理工大學電子信息工程專業畢業設計 22 程序猶如在演算紙上排列出公式與求解問題。又如，將 Matlab 源程序編輯為 M 文件，由于 Mat1ab 磁盤文件也是 M 文件，所以編輯后的源文件就可直接運行，而不需進行編譯和連接。 Matlab 語言象 Basic、 Fortran 和 C 語言一樣規定了矩陣的算術運算符、關系運算符、邏輯運算符、條件運算符及賦值運算符，而且這些運算符大部分可以毫無改變地照搬到數組間的運算，有些如算術運算符只要增加 “ 我們相信，在不斷使用中，讀者會發現它的巨大潛力。 M 文件在記事本窗口建立，擴展名為 .m。 MATLAB 的主要語法和操作符 MATLAB 的變量區分字母的大小寫，例如 A 和 a 是兩個不同的變量。(邏輯與運算 ), |(邏輯或運算 ), ~(邏