毕业论文：mimo无线通信系统的容量问题的研究

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1、第一章绪论1.1MIMO技术的研究现状1.1.1已取得进展无线MIMO通信是一个崭新的、富有挑战性的研究领域。信息论预示了无线MIMO系统具有潜在的巨大的信道容量，但在实际中是获得这个容量的全部还是部分以及为此需要花费多大代价等等，都值得我们仔细研究。因此，目前全世界有许多学术机构、大公司(主要分布在欧洲和北美国家)正在对MIMO技术展开更深入的研究，推动着这项技术日益朝实用化方向发展。最近ITU和3GPP已着手制定在3G和B3G的移动通信中使用MIMO技术的有关标准。对于3G，MIMO及其相关的技术可以看成是用于提高数据流量、系统性能和频谱效率方面的有力补充，目前具有很强的吸引力。与此相关的

2、技术包括自适应调制和编码、混合ARQ和快速蜂窝选择等。在蜂窝移动通信中，目前还没有商用化的MIMO产品，在3G中，除了使用纯发射分集的解决方案(MISO)外，也没有使用MIMO技术。几年前，朗迅(Lucent)通信技术公司已做过了MIMO系统的早期实验，并于去年成功地测试了两款BLAST芯片，芯片的最高速度达到了19.2Mbps，而且BLAST研究小组最近取得了以前难以想象的无线频谱效率:20-40bps/Hz，比较而言，使用传统的无线调制技术，对于蜂窝移动通信系统取得的频谱效率为:1-5bps/Hz，对于点对点的微波通信系统取得的频谱效率为:10-12bps/Hz，而且在30kHz的带宽内，

3、Bell实验室在上述的频谱效率上实现了0.5Mbps-1Mbps的有效载荷数据速率。而使用传统的技术，在该带宽内取得的数据速率仅为50kbps。对于3GPP.表1-1给出了在平衰落条件下，2-4GHz频段、5MHz载波间隔，在移动通信的下行链路中，使用MIMO技术所取得的峰值数据速率.1.1.2尚存在的问题自从Telatar和Foschini在无线MIMO系统中做出了开创性的工作以来，目前在蜂窝无线系统、固定接入系统方面，己提出了各种实验性的MIMO系统，尽管在这方面己取得了较大的进展，但是距离MIMO技术大规模投入商用的时间，专家估计至少还要五年，因为还有许多实际问题需要解决，这些问题主要包

4、括以下几个方面:(1)天线的数量和间距天线的数量和各天线之间距离是MIMO系统设计的关键参数，如果要实现MIMO系统的高频谱效率，后者更为重要。在基站安装大量的天线，对周围的环境会造成一定的损害，因此天线的数量宜限制在中等的水平，例如4根，它们之间的距离一般选择为10个波长，这个距离稍微偏大，之所以要这样选择是因为基站一般安装在较高的位置，不能保证总是存在能使衰落去相关的本地散射体。如果使用双极化天线，在2GHz的频率上，10倍波长的间隔，4根天线占据的空间约为1.5米。对于终端，选择半个波长的天线间距足以保证有相当数量的不相关衰落，因为终端一般处于本地散射物之间，而且不存在直接传播路径，终端

5、天线的最大数量预计为4根，但是实际实现时，一般选择最小的数目:2根。据计算4根双极化天线要占据7.5cm的空间，这4根天线可以非常容易地嵌入诸如笔记本电脑的外壳中，然而对于蜂窝手机，即使是安装2根天线也成问题。因为手机目前的设计趋势是把天线嵌入到机壳中，目的是为了改进外观和增加产品的吸引力，这使得天线间距要求成为一个非常严重的问题。(2)接收机的复杂性MIMO接收机与单天线接收机相比，复杂性明显要增加，具体表现在:①由于多用户、多天线的存在，消除空间干扰的空时合并器和信号检测器的设计变得异常复杂，例如(4,4)MIMO系统与单天线接收机相比，复杂性要增加约2倍。②由于MIMO接收机受周围环境的

6、散射影响，存在角度扩展和延时扩展，在均衡和干扰对消方面需要增加一些附加的处理。③MIMO信道估计也要导致复杂性的增加，因为整个信道矩阵的每一条路径延时(在OFDM中为每一个时隙)，都需要及时跟踪和更新，而不是只跟踪和更新单个系数。④额外的复杂性还来自增加的RF链(与Rx天线的数目相等)和相应的基带运算单元，还有接收机的隔离算法等。对于蜂窝手机，电池的寿命长短也跟接收机的复杂性有关。(3)MIMO信道模型MIMO系统的性能，在很大的程度上跟所处环境的多径信号的性质有关，特别要受各条路径之间的相关度、时延扩展和角度扩展的影响，因此，了解和掌握户内和户外环境中，无线MIMO信道的特性，对实现潜在的巨

7、大信道容量、取得预期的性能、选择合适的系统结构和设计优良的信号处理算法至关重要.为此除了一些必要的实际测量外，必须建立合适的信道模型，用于预测系统的性能和评估算法的优劣。为了适应无线信道的时变特性，不仅需要建立MIMO信道的静态模型，还要建立特定的动态模型，因为提出新的和更具体的信道模型，可用于分析现有的传输算法是如何影响系统的性能的，同时为适应这些更具体的模型要求，是否能提出一些新的算法。传统的