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。