无线MIMO系统信道容量分析.pdf

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1、基金项目学术探讨2015年第7期无线MIMO系统信道容量分析1,21孙秀英许鹏飞（1．淮安信息职业技术学院计算机与通信工程学院，江苏淮安223003；2．东南大学信息科学与工程学院，江苏南京210096)[摘要］本文先对MIMO系统进行了简单介绍，并推导出其容量计算公式，随后对比分析了SISO、MISO、SIMO、MI-MO等各自的特点，并将研究的焦点放到信道相关性对系统容量的作用方面。在理论分析之后，借助Matlab对整个实验进行模拟，并得出如下结论：如果无线间距不断增加，而角度的拓展却不断较少，

2、那么平均到达角和阵列之间的垂直性就越强，那么信道相关度会大大降低，使得容量增加。从相关性角度，相关系数较小（小于0.3）时，对容量影响不大，当其较大（大于0.7）时，信道容量明显降低。[关键词]MIMO；信道容量；天线数量；相关系数中图分类号：TN929.5文献标识码：A文章编号：1008-6609(2015)07-0035-04可以大幅增加频谱效率，最终达到提升容量的目的。正是由1引言于MIMO技术提高信道容量的这种特性，使得信息传输质量在信息技术日益进步的今天，信息传输已经不再局限于大幅提升，也

3、博得了学术界的关注。其在3G与4G当中的应文字，而是向多媒体传输方式转变。以往，无线通讯系统的用前景都非常广泛[4]。如果平坦瑞利衰落信道呈现出独立同发射/接收天线的选择非常有限，这就是所谓的SISO天线系分布的特性，那么信道容量与天线数量会逐渐呈现出正向相统。SISO天线系统在信道容量上具有一个通信上不可突破关的关系。但在实际情况中，由于天线间距不够大、空间散的瓶颈--Shannon容量限制[1]。但是，无论实际的编码策略如射体不够丰富等原因，MIMO系统子信道间具有相关性，导何、调制技术如何，无

4、线通道始终会给实际通讯带来一定的致信道容量会有所下降。为了确定MIMO技术的实际性能，限制。现阶段，随着科技的发展，人们对数据传输速度的要本文通过仿真的方式来研究天线数量和信道等变量与系统求越来越高，因此，无线通信系统的容量亟待增加。而实现容量之间的关系。无线通信系统扩容的方式有很多种，比较典型的有：1加大2理论基础系统发射功率；2拓展带宽；3架设更多的基站；4提高频2.1多输入多输出系统信道相关模型谱利用率[2]。但是这些方法各有利弊，例如：加大系统发射功按照发射端和接收端信道系数的相关性，我们把

5、MIMO率会大大危害人们的健康，并且这对系统硬件的要求非常信道划分为不相关、半相关和全相关衰落信道[5]。高，设计的复杂度也非常高。此外，发射功率在提高的同时，(1)不相关衰落信道：在这种信道当中，接收端和发射端功率的能耗会大大增加，这是移动终端用户非常关注的问题都存在很多散射体，例如：城市微小区信道。但是两端的角之一。而增加基站需要密集地设置新的基站，这种方式需要度扩展度非常高，使得信道系数的联系非常微弱。在没有直投入的成本非常巨大，在万不得已时不会使用此法。在当射分量的情况下：前，无线应用市场使

6、用最为广泛的是：UMTS（2GHz）、WLANRTX=I；RRX=I(2-1)（2～5GHz），这两者都属于典型的微波频带[3]。而如果使用则信道可以表示可以为:加大宽带的方式会带来严重的系统兼容冲突，这使得运营商H=HW(2-2)的成本开支会大幅提升，所以，引入高频段的方式在近期内式中HW指代在理想的情况下，瑞利分布MIMO信道矩是不太可行的。阵；目前在众多的信号处理技术中，最受人们青睐的是多输hmn∈CN(0,1)指代符合独立同分布高斯随机变量的信道入多输出技术（英文简称：MIMO），相关研究结

7、果显示，在多系数；径传播下无需提升带宽和发射功率，仅仅引入MIMO系统便——————————————作者简介：孙秀英，女，河南青岛人，硕士，教授，研究方向：宽带移动通信技术。基金项目：江苏省高等职业院校国内高级访问学者计划资助项目，项目编号：2014FX013。-35-学术探讨基金项目2015年第7期且：E{HHH}=I(2-3)m、n之间的波程差为(m-n)dsinθ，由此带来的接收信号相Mi(2)半相关衰落信道：在这种信道当中，散射体仅仅存在位差为exp[-j2π(m-n)dsinθi]，因此其

8、相关系数可以表示为：-j2π(m-n)dsin(θ-θ)θ+Δ-j2π(m-n)dsin(θ-θ)于发射或者接收的一端，这种情况使得二者之间的角度扩展r=E[ei=∫eiρ(θ)dθ(2-8)m,nθ-Δii大大降低。此种类型的信道大多在基站空间或数量充足的不难看出，空域相关性与ρ(θi)函数之间的关系非常密情况下出现，天线之间没有相关性，且移动台周边存在很多切，但学者Lee认为ρ(θi)应当符合余弦分布的特点，学者建筑。此时，有：Aszetly指出ρ(θi)应当符合