mimo系统的原理及容量分析

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1、MIMO系统的原理及容量分析张大朋（班级：011291，学号：01129016）Email:captaindp@163.com电话：187xxxxxxxxProjectwebsite:摘要：本文简要讨论了无线通信系统中多输入多输出（MultipleInputMultipleOutput,MIMO）这一技术的原理及性能。通过分析MIMO系统的原理和在平坦衰落信道与频率选择性衰落信道条件下的容量，及与传统的单输入多输出（SingleInputMultipleOutput,SIMO）系统容量的比较，论证了这一技术对无线通信的系统容量的提高。关键词：MIMO；

2、系统容量；无线通信PrincipleandCapacityAnalysisofMIMOSystemDapengZhang(Class:011291，StudentNo:01129016)Email:captaindp@163.comTelephonenumber:187xxxxxxxxProjectwebsite:Abstract:ThisarticlebrieflydiscussestheinstrumentandperformanceofMultiple-InputMultiple-Output(MIMO)inwirelesscommunicati

3、onsystem.ByanalyzingtheprincipleandtheperformanceofMIMOsystemsintheconditionofflatfadingchannelandfrequencyselectivefadingchannelcapacityandcomparingMIMOwithSingleInputMultipleOutput(SIMO)system,provingthatthistechnologyimprovedthecapacityofwirelesscommunications.Keywords:MIMO;s

4、ystemcapacity;wirelesscommunications1引言在传统的无线通信系统中，发射端和接收端通常是各使用一根天线，这种单天线系统也称为单输入和单输出（SingleInputSingleOutput，SISO）。对于这样的系统，C.E.Shannon（1916-2001）于1948年在《通信的数学理论》中提出了一个信道容量的计算公式：，其中代表信道带宽，代表接收端信噪比。用归一化后，得到的带宽利用率，它确定了在有噪声的信道中进行可靠通信的上限速率。以后的电信工作者无论使用怎样的调制方案和信道编码方法，只能一点点地接近它，却无超越它

5、，Shannon速率成了现代无线通信发展的一大瓶颈。提高频谱使用效率的一种重要方法是采用分集技术。单输入多输出（SingleInputMultipleOutput,SIMO）系统采用最佳合并的接收分集技术，通常能够改善接收端信噪比（SignalNoiseRatio，SNR），从而提高信道的容量和频谱的使用效率。在多输入单输出（MultipleInputSingleOutput,MISO）系统，如果发射端不知道信道的状态信息，无法在发射天线中采用波束形成技术和自适应分配发射功率，信道容量的提高不明显。SIMO和MISO技术的发展自然演变成多输入多输出（M

6、ultipleInputMultipleOutput，MIMO）技术，即在无线链路的两端都使用多根天线，Bell实验室的学者E.Telatar和J.Foshinin分别证明了MIMO系统与SIMO和MISO系统相比，可以取得巨大的信道容量，也突破了传统的SISO信道容量的瓶颈，将信道容量提升了几个数量级，是C.E.Shannon信道容量的推广。由于MIMO技术良好的性能，已经在第三代移动通信信通和第四代移动通信系统中得到了应用，并且在IEEE802.11n协议中也得到了应用。本文主要讨论MIMO系统的工作原理、信道模型和信道容量。2工作原理2.1MIM

7、O技术的发展及系统模型SISO信道即传统无线信道，如图1所示，其信道冲激响应可以表示为(1)发射机接收机图1SISO天线系统原理其中，代表信道中的多径引入的总相移，为幅度，为第条路径的实验。采用副接收天线的SIMO信道，如图2所示，可视为个SISO标量信道组合而成的向量信道，可写作如下形式：(2)发射机接收机图2SIMO天线系统原理其中，为第个SISO子信道的冲激响应。SIMO信道的向量信道冲激响应可以从式（1）拓展而得，即（3）其中，、与分别是第个多径分量的路径增益、路径延迟与达波方向，是由运动引起的多普频移，是附加相移，是阵列操纵矢量。是阵列结构与

8、达波角的函数可以表示为（4）其中，代表转置运算，其第个分量为（5）向量信道模型是一种有力的工具