2012届信息工程专业毕业生论文

2012届毕业生 毕业设计说明书

题 目: MIMO技术研究 院系名称： 信息科学与工程学院 专业班级： 电子信息工程08级02班 学生姓名： 学 号：

指导教师： 教师职称： 讲师

2012年 6月 1日

多输入多输出技术

随着信息时代前进的脚步，人们对各种信息日益看重，人们不仅需要信息的实时性、真实性，更加需要最大量的信息内容。从最初的一代模拟通信到二代的数字语音传输，再到现在很火的第三代高速数据传输。紧随人们对通信各种需求，通信技术也需要不停的更新换代以满足人们的这种需要。多输入多输出(mimo)技术正是迎合了人们的这种需求逐渐为下一代移动通信的核心技术，也渐渐成为了热点。本文就是对其进行学习与研究并做其信道容量的仿真实验更加深入的了解多输入多输出技术的传输方式方法。

输入多重输出(multiple-input, multiple-output；MIMO)的技术之所以会成为热点是因为它提供了一个扩展无线区域网络(WLAN)范围的极佳方式。现在人们多把它应用于晶片层级的装置，以大幅改善传输范围与容量。本文先主要对其发展历程进行介绍，再对其技术进行详细讲解，最后对仿真的实现进行相关说明。

关键字：多输入多输出、移动通信、频分复用、

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Title The technology of MIMO Abstract

With the information age 's footsteps, people of various information is increase-ngly important, people not only need the information in real time, authenticity, need more the amount of informationcontent. From the first generation analog communication to the two generation digital voice transmission, to the now v-ery fire ofthree generation high speed data transmission. Followed by thepeople of the communications needs, communication technologyalso need to constantly upgrading to meet people's need for this.Multiple input multiple output ( MI-MO ) technology is to meet the demand gradually for next generation mobile communication core technology, has gradually become a hot. This paper is to s-tudy and research and its transmission channel simulation more in-depth under-standing of multiple input multiple output technology transmission method. Input multiple output ( multiple-input, multiple-output; MIMO ) technolog-y has become hotspot because it provides an extended wireless local area net-work ( WLAN ) range of great way. Now people how to apply it to the wafe-r level device, to substantially improve transmission range and capacity. This paper mainly on its development process are introduced, then the techniques ar-e explained in detail, finally the simulation realization of related instructions.

Key words:MIMO、mobile community、OFDM

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目录

多输入多输出技术........................................................................................................ 2 1 绪论：........................................................................................................................ 1

1.1多输入多输出的定义....................................................................................... 1 1.2 MIMO的发展历程 .......................................................................................... 2 2.MIMO的技术优势与问题 ........................................................................................ 4

2.1 MIMO的技术优势 .......................................................................................... 4

2.1.1传输效能加倍 ........................................................................................ 4 2.1.2接收效能加倍 .................................................................................... 6 2.1.3增加传输和接收的效能 ........................................................................ 7 2.2 mimo系统尚存的问题 ................................................................................... 8

2.2.1天线的数量和间距问题 ........................................................................ 9 2.2.2接收的复杂性 ........................................................................................ 9 2.2.3信道状态的信息获取和处理 .............................................................. 10

3.信道容量仿真及其实现 .......................................................................................... 11 3.1空时编码技术 ................................................................................................ 11 3.2mimo系统容量仿真 ...................................................................................... 11

3.2.1仿真操作步骤....................................................................................... 11 3.2.2仿真程序的实现过程........................................................................... 12 3.2.3仿真结果说明：................................................................................... 19

4.总结........................................................................................................................... 21 参考文献...................................................................................................................... 22 致 谢............................................................................................................................ 23

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1 绪论：

1.1多输入多输出的定义

“MIMO”一词泛指任何在发送器端具有多重输入，同时在接收端段具有多重

输出的系统，下图一是对其基本的原理的描述。Mimo系统虽然可以应用于有线系统，但在大多数情况下是在无线系统中应用。例如现在很火的3G移动通信中的CDMA系统，以及使用多条电话线的的有线系统。本文将先介绍MIMO的历史背景及其技术优势与不足，最后讲述信道容量仿真实现过程。

图一 mimo

基本原理

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1.2 MIMO的发展历程

自1984年起mimo技术开始在无线通信系统中应用，他最早是由Jack

Winters提出并取的突破性进展的，他当时在Bell Laboratories任职。这位MIMO的先行者提出了可以把多个使用者要传送的资料用相同的频率和时间信道道来传输的传送器与接收器的多重天线技术。

贝尔实验室的工作成员Jack Salz在1985年的时候，发表了第一篇题为《mimo在有线通信应用中的研究》的报告性文章，从那以后又有多位学者和相关工作研究人士进入mimo的研究领域并发表了研究报告。其中值得我们关注的是名为Jack Winters的学者，他进一步成功补充了Jack Salz在1985年发表的报告，从而使其可以在无线领域被成功应用，同时也证明了使用者可以透过传输器与接收器的多种天线来实现同时传输多个数据资料流。

到了1990年，针对多天线系统的研究成了世界无线通信领域的重大课题，目的是作出能敏感指向接收者的波束成型技术，就是智慧型天线技术—— 一种能使波束敏感聪明地追踪使用接收者（即移动电话）的技术，它的实现就像有一个人手拿着着天线到处移动，而另一一个人拿着手激光器打开电源用光线追踪收纳天线的人类似。这种技术利用波束对其指向（对目标接收者）的相长干涉（constructive interference）及同时间该波束对目标接收者方向以外其他方向的相消干涉（destructive interference）来增加信号的增益，至于发送单位上的多个天线之间均采用一较窄的天线间距来实现此这种波束。一般情况下我们用发送信号的一半个波长作为实体的天线实际间距，用来实现空间上的采样定理并且避免旁瓣辐射（grating lobes）。

但在刚开始波束成型技术同样存在缺点：在都市的环境中，信号容易向街道建筑和移动中的车等目标分散，造成其波束的集中特性（即相长干涉）被降低，从而损失了多数的信号增益和降低干扰的特性。然而，这一切在 1990 年代末随着空间分集及空间多工的技术的发展，而峰回路转转变为其优势。利用了多径（multipath propagation）现象，这种方法增加了资料吞的吐量和传送的距离，同时或又减少了比特错误率。这些型态的系统在选择实体的天线间距时，通常以大于被发送信号的波长的距离为实体间距，这样做是为了确保 MIMO 频道间的低关联性及高分集阶数（diversity order）。

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此后为了迎合强烈的市场需要，现在许多WLAN、Wi-Max与移动通信企业均都已经提供(或计划提供)了以MIMO技术为基础的多天线系统解决方案。现在MIMO已经拥有了多项应用：传输波束成形与最高比结合；空间多工与时空编码等。 在此以后在无线市场的处于领导地位的厂商共同合作，开发出了多项可相互运作并且可扩充的无线多输入多输出（WLAN MIMO）技术。并进一步确定和统一了这项技术的标准。这些领导厂商一直都在共同努力和相互合作支援并为消费者带来了很多更广为接受的标准解决方案。

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2.MIMO的技术优势与问题

2.1 MIMO的技术优势

之所以mimo技术越来越受重视，是因为对于一个mimo的系统只要通过增加传输器与接收器上天线的数量，就可以大幅度提升资料传输速率并且获得更大的覆盖率与传输范围。虽然其优势优势实用，但mimo并不能够适用于所有网络。虽然MIMO能增加资料传输率，但也要考虑到设计工程师的设计水平。同样对于MIMO工具选择要视操作环境与所采用的系统种类而定。

在过去30年，多种mimo的技术与应用均相当成功，其中就包括了： 传输波束成形与最高比结合(Transmit beamforming/maximal ratio combining) ；间多工(Spatial multiplexing) ；空编码(Space-time coding) 。

2.1.1传输效能加倍

图二 传输波束成形技术

如图二描述的是传输波束成形技术——一种传输器的技术，在传输器和接收器间，用功率最大的路径来传输资料。它是通过计算机相关的运算方法，使传输器能够驱动多个天线，这样就能够把大部分的射频功率集中到传输至接收器之间。从而使系统整个实现最高的传输效率。

要实现传输波束成形，需要用两个或更多的功率放大器与天线，并运用相位移运算法(phase-shifting algorithm)来实现控制，从而集中的把射频功率由发射器传输到接收器。通过这种方式，有效传输功率(effective transmit power)的提升幅度达到了传输天线数的平方，例如若有三个传输射频，那么其有效传输效率将变成九倍。

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要实现次方级效率增长，需要满足两个因素：功率提升与阵列提升。其中功率提升重点在于多重的传输天线在空气中传输资料，通过天线数量的增加，使整体的功率提升。而阵列提升是通过集中所传输的功率在同一个方向，从而减少在其它方向上的功率浪费。我们假设使用两个天线来进行传输，传输至接收器的整体功率就能增加一倍。因此，在结合了这两种技术之后，有效传输功率一把能够净增四倍左右。

图三 用传输通道的频率特性来调整传输波束的方向集中

如图三所示，它反映的是依据传输通道的频率特性来调整传输波束的方向集中。若传输波束成形系统从接收装置收到至少一个封包，就可以使系统掌握通道反应(即使是在传送和接收端也可以应用同样的通道反应)，并用来调整所传送讯号的相位，最后在接收器天线在收到讯号之后依据各组情况整合相关资料。使用这种方法便可以降低多重路径的影响;同时使资料在传输到非MIMO装置的情况是也一样有用。MIMO的传输器的使用者能在信号的极限范围之内接收信号，即传输器能大幅度的扩大传输范围，让很远的接收器也能收到远处传来的高频宽的信号，这使得 WLAN的设定变得更加容易。因此在居家或办公室环境相对面积较大的时候，多用MIMO系统做覆盖。

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2.1.2接收效能加倍

图四 最高比结合(MRC)接收器技术

如图四，它所反映的是最高比结合(MRC)接收器技术—它是将来自不同天线

的各种信号做一致地整合。因为最高比结合（MRC）不仅能够改善接收信号的信噪比(signal-to-noise ratio；SNR)，并且改善程度与所使用的天线数量是成正比的关系，因此多重接收器不仅能增加接受的功率，同时也可以透过整合每个频率元件的接收信号来降低多重信道通信的影响。这一过程被称为“副载波最高比结合”(subcarrier-based maximal ratio combining)，它可大幅提升整体的增益，特别是在多重路径的先提条件下，其提升幅度尤为明显。如前面的图三所示，在多重路径的环境中，不同天线接收到不同特征的信号或是其中某个天线对某些频率的信号接收的不够清楚，这与城市复杂的环境有关，大多数信号在传输过程中经过多个物体产生反射、折射从而影响信号的接受。最高比结合（MRC）通过将天线所接收的各频率信号整合起来，从而使信号的功率得到增强。若信号的强度相当，接受器便会选择性地结合它们讯号强度，所以即使只使用两个天线，还是能够把频率的功率增加一倍。

接收结合（Receive Combining）和天线分集(antenna diversity)是不同的两种技术。天线分集技术不会根据频率中的不同讯号强度（或是从使用天线增强了的信号）的强度不同进而选择信号元件。当接收器采用天线分集技术它只会选择提供最佳接收效率的天线，而另外的天线则弃之不用。尽管比起没有采用天线分集技术而言，这项技术的确有一定优势，但它无法降低多信道干扰和提升信号质量。

在此提出一个值得注意的情况：即便传输器没有采用mimo技术，依然能享受到接收器中的最高比结合（MCR）技术给它带来的助益。现有的通信设备中，

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如移动热点、家庭网络通道、桌上型与笔记型电脑等，其传输器都是与这种mimo技术完全相容的。而且这种技术也可以应用在2.4GHz 和 5GHz的频谱上，从而改善一些采用802.11a与802.11g标准的装置的系统能效。接收结合（receive combining）的巨大魅力在于，即使只在无线连结器的一端采用了接收结合（receive combining）技术，还是能够提升整体效能的。 由此可见其优越性！ 2.1.3增加传输和接收的效能

图五 简单mimo系统

如图五当结合了传输波束成形高分比结合（MRC）和使用多重传输与接收天线时，就构成一个mimo的系统。 利用波束成形或高分比结合（MRC）技术可大幅改善系统的各项性能指标。并且这样的联合能与所有终端设备达到完全相容并确保使用这些技术的系统(如无线局域网等)的相互合作性和可靠性。但是目前不能提供可靠和稳定效能的pre-standard解决方案，而是采用了一些使用了可以替代的传输波束成形和高分比结合（MRC）技术，这与802.11标准的mimo系统应用标准化程度有关。

图六 空间多工(spatial multiplexing)技术

如图六所示即为业界已开发出一种被称为空间多工(spatial multiplexing)的独立技术，它是从1987年起开发的能在传输器与接收器之间的信道上传输两

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个或更多的独立信息流，从而增加资料传送效率。但是传统系统的设计只能接收单一的数据流，而此技术使用并行的多重独立数据流，因此在使用传统的系统时会出现无法将信号解码的相关问题。

想要使用空间多工，就必须有已经知到的引导(preamble)或训练序列

(training sequence)，以便接收器来学会如何分隔重叠的信息流。除此之外，为了选择适当操作模式作参考，大多数系统会将接受器的回应信息整合到传输器。这也是为什么使用空间多工的WLAN pre-standard解决方案没有办法与在2006年初推行的802.11n标准相容的一个原因。这在下一段的时候我们将更深入的做出说明。除此之外，相关研究还指出了——当这些装置需要使用与相关标准相容的非MIMO模式进行交流的时候无法正常相互运作的情况。即使在没有出现这些问题的情况下，在采用现行802.11a/b/11g标准的无线网络系统中，由于它们设计多是针对非空间的多工准则，所以在使用空间多工技术的时候并不能提升系统能效。 时空编码(space-time coding)技术是在传输器没有接到相关通知的情况下，运用传输和接收器之间不同路径传输信息的技术。如果传输器和接收器的设计配合使用，那么时空编码将是一个较容易执行的机制。除此之外，时空编码也是3G移动电话系统所使用的一项关键技术。但是由于此项技术不需要了解信号路径，从而造成了其资料传输效率较传输波束成形和高分比结合（MRC）及空间分工技术还要低劣。因此采用时空编码技术通常需要设计多个传输天线，但接收天线是一个或多个对系统能效影响不大。

在过去30年里，上面提到的这些从MIMO衍生出来的技术，不论是个别还是整合运用，都已经验证了它们可以大幅改善无线及有线系统的通信能效。例如移动电话业务提供商积极推行时空编码技术，而雷达的解决方案和固定无线通信系统则是广泛的使用传输波束成形技术。

2.2 mimo系统尚存的问题

尽管mimo系统存在着很多优势，并且在科技工作者的不断努力下，有些劣势

甚至转变成为了优势，但mimo系统仍存在着一定的劣势。尽管在Telatar和Foschini在无线mimo系统领域中做出开创性工作之后，人们在蜂窝无线系统和传统的固定接入通信系统提出了各种与mimo相关的系统，并取得了很大成绩。

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但相关的运营商仍需克服较大困难才能最终使得这项技术得到广泛发展和应用。例：

2.2.1天线的数量和间距问题

通过对mimo系统的研究与介绍可以知道在无线通信系统中天线的数量和距离是mimo系统设计的关键数据。因为天线距离问题对mimo系统的能效率有十分重要的影响。但是大量的天线安装会对其周围的环境造成一定的影响，天线越多这种影响也就越强烈，因此天线的数量都必须得到控制，现在多采用的是四跟的中等水平。而且天线距离一般在十个波长左右的距离水平上，因为基站一般处于较高的位置因此我们不能保证可以使衰落去相关的散射体总是存在，所以选择了这个稍微偏大的距离。例如如果我们使用双极化的天线并且是在2GHz的频率水平上，那么在十倍于波长的间隔距离时四根天线就需要占据大约1.5米的空间距离。但在实际中只是采用了2跟天线的最小值。在实际应用中因为4根天线就要占据7.5厘米的空间，因此这些天线很难嵌入笔记本计算机中，在手机中实现就更不可能了，但同时手机生产厂商为了设计美观的需要和满足人们轻薄的要求，这使得天线间距问题越来越难以被解决。实际情况是即使是两根天线也很难嵌入手机。

2.2.2接收的复杂性

因为mimo系统的接收机端也是多接收的，因此其复杂性不言而喻。具体来说其复杂性主要表现在：

·因为多用户和多天线的实际情况，造成用来消除空间干扰空时合并器和信号的检测器设计异常复杂。

·因为复杂的地理环境mimo接收机要受到周围环境散射影响，有角度扩散和延时扩展，要减弱或消除他们就需要一个均衡和干扰对消方面的附加处理。 ·因为mimo信道估计同样造成其复杂性，

·因为增加的RF（Radio Frequency）链（和Rx的天线数目相同）与相应的基带运算单元，以及接收机的隔离算法等等因素。

·最后，因为移动电话需要独立的电源因此其电池寿命问题也影响到了接收机的复杂程度。

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2.2.3信道状态的信息获取和处理

mimo系统设计中的一个重大问题是：对于信道信息的获取和信道状态信息的及时反馈并发送到接收机，其信道特征模型的函数即是信道容量，因为在发射端需要获得信道的状态信息和一些反馈信息并依据注水原理不是平均的分配发射功率，所以信道的状态信息发射机对mimo信道容量具有重要影响。另一方面，在知道了信道的相关矩阵之后，还能继续使用合适信道编码，以使每一支流的的信息功率分配和放大器的功率相互配合是系统能效到最佳水平。

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3.信道容量仿真及其实现

在进行mimo无线系统容量的仿真之前有必要在弄清其原理的基础上，就其时

空编码技术做下说明，然后在理论上分析mimo系统的信道，进一步推导出其系统的容量计算公式。最后，在对其进行基于Matlab的相关仿真。在此因为Matlab只是工具型软件在此就不做更多说明。

3.1空时编码技术

我们采用空间复用技术的目的是将mimo系统的传输速率达到最高，这时候

信道中传送的承载信息是不同的编码流。通过编码的方式可以消除或降低信道衰落和噪声干扰带了的不利影响，同时使不同信道传输的符号具有一定的联系，这样也便于原始数据的在接收端的正确读取，从而使系统中断的概率降到最小，这也是空时编码研究一直以来的研究的方向。在采用空时编码情况下空间分集技术由多个天线来实现，但对信息传送的速率没有影响。

通过以上介绍可知空时编码是一种基于多天线发送技术的编码方案，它可以将多天线和信道编码两种技术完美结合起来，从而同时获得空间和时间的分集的效果。空时编码技术可以追溯到1996年贝尔实验室提出的最早的分层空时码（LSTC）；随后在1998年朗讯实验室的Tarokh和他的同伴又提出了“网格空时码”（STTC），它不仅可以是我们获得较高的频带利用率，而且抗衰落特性也相当好，从而得到同行业者的广泛重视；除了以上两种编码方法还有一种简单编码技术它被称为空时码，即分组空时码（STBC）。但以上三种方案都是建立理想的在接收端可以准确的估计信道情况下，并不能广泛适用，盲空时编码技术就是在这种情况下应运而生的，它不需要信道估计是其最大优势，它还包含了酉空时码技术和差分空时码技术。

3.2mimo系统容量仿真

3.2.1仿真操作步骤

仿真流程如下：

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编写信道容量计算程序 在Matlab中输入程序 依次改变SNR和nT的数值并在Matlab中运行 得出多组信道容量值 利用以上多组数据编写并运行画图程序 分析保存图片

图七 仿真流程图

3.2.2仿真程序的实现过程

根据mimo系统的信道容量在理想情况下的信道容量公式：

??PC?Wlog2det?I?Q?mn?2??

T??W为子信道的带宽。进而可以得到单位带宽上的信道容量：

??PI?Q C?log2det??mn?2??

T??在公式中：

nR为接收端的天线数量，nT为发射的端天线数量

Im为min(nR,nT)的单位矩阵

H为nR×nT阶的随机矩阵，它数值服从正态分布

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?HHHn?nTQ??H R

nR?nT?HHP/?2代表信噪比，通常情况下我们都用SNR来表示

我们为了尽可能用简便的方法来做Matlab的编程，定义单位信道容量为

SNR()?A?10A?10。 C?log2det?Im?Q?，其信噪比SNR=10log10A，由此得出

n?T? 【Ⅰ】我们假设发射天线数nT为逐渐增大，接收天线数nR=4 (1) 设信噪比SNR=0dB 当nT=1时，nR>nT，Q= H'* H

运行程序（附录1）可以得到第一组数据：nR=1时，C=2.1072 当nT=2时，nR>nT，Q= H'* H

我们把前面程序的nR值换成2即可得到nR=2时的信道容量C=2.7443 同理我们分别假设nR=3、4、5、?依次得到如下数据： nT=3，C=3.0700 nT=4, C=3.2646 nT=5, C=3.3940 nT=6, C=3.4651 nT=7, C=3.5347 nT=8, C=3.5957 nT=9, C=3.6213 nT=10, C=3.6781 nT=20， C=3.8226 nT=30, C=3.8810 （2）当信噪比SNR=5dB时得到：

nT=1， C=3.4605

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nT=2， C=4.9516

nT=3，C=5.7809 nT=4, C=6.2796 nT=5, C=6.6296 nT=6, C=6.8823 nT=7, C=7.0636 nT=8, C=7.2043 nT=9, C=7.3117 nT=10, C=7.4144 nT=20， C=7.8113 nT=30， C=7.9483 (3)当信噪比SNR=10dB时得到： nT=1， C=4.9940 nT=2， C=7.6963

nT=3，C=9.3788

nT=4, C=10.4725 nT=5, C=11.1375 nT=6, C=11.6093 nT=7, C=11.9788 nT=8, C=12.1998 nT=9, C=12.4079 nT=10, C=12.5503

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nT=20， C=13.2270 nT=30， C=13.4228 (4)当信噪比SNR=15dB时可得到：

nT=1， C=6.6124

nT=2， C=10.7855

nT=3，C=13.6705

nT=4, C=15.4915 nT=5, C=16.5761 nT=6, C=17.3047 nT=7, C=17.7605 nT=8, C=18.1374 nT=9, C=18.3653 nT=10, C=18.5814 nT=20， C=19.3876 nT=30， C=19.6426

根据上述四组数据用Matlab完成绘图： 其程序代码为：

x=[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,20,30];

y1=[2.1072,2.7443,3.0700,3.2646,3.3940,3.4651,3.5347,3.5957,3.6213,3.6781,3.8826,3.8110]; plot(x,y1,'--'), hold on

y2=[3.4605,4.9516,5.7809,6.2796,6.6296,6.8823,7.0636,7.2043,7.3117,7.4144,7.8113,7.9483]; plot(x,y2,' -.') hold on

y3=[4.9940,7.6963,9.3788,10.4725,11.1375,11.6093,11.9788,12.1998,12.4079,12.5503,13.2270,13.4228]; plot(x,y3)

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hold on

y4=[6.6124,10.7855,13.6705,15.4915,16.5761,17.3047,17.7605,18.1374,18.3653,18.5814,19.3876,19.6426]; plot(x,y4,'-*'),grid on, xlabel('发射天线数nT'); ylabel('容量/(bit/s/Hz)');

legend('0dB','5dB','10dB','15dB');

将其写入Matlab即得到容量与发射天线数的关系曲线。其中从下到上的四条曲线依次为信噪比SNR=0、5、10、15dB时的情况曲线。

图八 信道与发射天线数在不同信噪比下的容量曲线

【Ⅱ】设发射天线数nT为4，接收天线nR逐渐增大 （1）信噪比SNR=0dB

当nR=1时， nR?nT Q=H*H'

运行程序（附录1）可以得到第一组数据：nR=1时，C=0.9267

当nR=2时 nR?nT Q=H*H'

同样只需把程序代码的nR换掉即可，运行可以得到第二组数据：

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nR=2时，C=1.7682

依次可以得到： nR=3时，C=2.5436

（2）信噪比SNR=5dB

依次可以得到： nR=4时，C=3.2482 nR=5时，C=3.8977 nR=6时，C=4.5062 nR=7时，C=5.0686 nR=8时，C=5.5634 nR=9时，C=6.0534 nR=10时，C=6.5123 nR=20时，C=9.4206 nR=30时，C=11.0734

nR=1时，C=1.8720

nR=2时，C=3.5384 nR=3时，C=5.0226 nR=4时，C=6.3022 nR=5时，C=7.4272 nR=6时，C=8.4336 nR=7时，C=9.2894 nR=8时，C=10.0768 nR=9时，C=10.7693 nR=10时，C=11.4027

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nR=20时，C=15.1084 nR=30时，C=17.0578

（3）信噪比SNR=10dB

依次可以得到： nR=1时，C=3.1524

（4）信噪比SNR=15dB

依次可以得到： nR=2时，C=5.9879 nR=3时，C=8.3914 nR=4时，C=10.4579 nR=5时，C=12.1479 nR=6时，C=13.5424 nR=7时，C=14.6978 nR=8时，C=15.6897 nR=9时，C=16.5322 nR=10时，C=17.0927 nR=20时，C=20.9439 nR=30时，C=22.4942

nR=1时，C=4.6711

nR=2时，C=8.9050 nR=3时，C=12.5479 nR=4时，C=15.4908 nR=5时，C=17.6953 nR=6时，C=19.4381

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nR=7时，C=20.7939 nR=8时，C=21.9145 nR=9时，C=22.8506 nR=10时，C=23.6258 nR=20时，C=27.0859 nR=30时，C=28.8846

根据上面得到的四组数据用MATLAB绘图：

运行程序（附录2）可以得到接收天线数与信道容量的关系曲线。其结果如下：

图九 信道容量与接收天线关系曲线 3.2.3仿真结果说明：

通过以上仿真不难知道信道容量与发射天线数和信噪比是正比的关系，也就是说发射天线越多、信噪比越大信道容量也越大。但是这种增大效果是有限的，

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在越过一定范围后增大效果越来越不明显。信道容量与接收天线的关系也是递增的关系但是在其递增幅度较发射天线与信道容量的曲线大；也就是说接收天线对信道容量的影响较发射天线大。

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4.总结

伴随着mimo技术的不断革新与进步，使其逐渐成为未来4G通信中的核心

技术，这项技术也越来越成熟。相信即使是现在我们已经在享受它给我们带来的便利了，在未来他将继续并且更大程度的给我们提供便利，是我们随时随地都能享受高速便捷的信息服务。

Mimo技术研究这个课题让我想了很久，翻阅了大量的相关资料，从信道容量公式的得出到程序的编写，以及数据的统计分析，接着进行画图仿真出信道容量与天线数的曲线关系。伴随着对其信道容量仿真的完成，我越来越强烈的感受到其无法抵挡的魅力和在无线通信领域无法比拟的优越性。其实做设计的过程也是一次难得的学习机会，它充分激发了我对通信行业的向往与激情。同时对Matlab的运用也是我明白了工具软件的巨大价值，它们不仅是提供了我们一个提供便利的平台，更是科技进步社会发展的提速器。

这次的课题设计，给了我很大启发，从开始的不知所措到最后的成功出图其中滋味自有自己知道。通过仿真设计是我对所学知识有了更深的理解，同时相信在学习中的设计思路与经历也会对我以后各工作有所助益。

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参考文献

[1] 黄涛 袁超伟 杨睿哲 刘铭 《MIMO相关技术及应用》 机械工业出版社

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[2] 钟麟,,王峰. MATLAB仿真技术与应用教程主编. 北京: 国防工业出版

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[3] 邓华 《MATLAB通信仿真及应用实例详解》 北京：人民邮电出版社，

2003 [4] 王立宁,乐光新．《 MATLAB与通信仿真》． 北京：北京人民邮电出版社，

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2006. [6] 王飞飞 .《下一代无线通信中高效传输及协作通信关键技术的研究》.

博士论文 2010.7.2

[7] 赵敬贤王薇 赵丽平 郑明忠 郑宝玉.《无线移动网络的协作通信研究》.

电气工程技术与标准化 2009.5 [8] 赵敬贤. 《无线网络中协作通信技术的研究》.南京:南京邮电大学.2007 [9] 刑天璋，陈天，白颖琦. 《协作通信技术研究与展望》. 电子科技.2010 [10] 顾文珊，张会生，李立欣，徐以标. 《基于协作通信的最佳中继选

择方案》 通信技术

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致 谢

首先感谢河南工业大学对我最初的认可和四年来对我的培养。在这里的四年，我看到了很多学到了很多。

我的毕业设计及毕业论文导师是闫正航老师。他治学严谨，尊重科学，对工作精益求精，深深的感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，闫老师都始终给我细心耐心的指导和不懈的支持。一个整整学期的时间，闫老师不仅在学业上给我一精心指导，同时还在思想、学习态度上给了我深深影响。在此，谨向闫老师致以最诚挚的谢意和最崇高的敬意。

在此，我还要感谢在一起愉快的度过大学四年生活的电子信息工程专业08级02班的亲们，正是由于他们的帮助、支持与鼓励，我才能一路坚定的走到现在。另外还要感谢学院老师领导给与我们的关怀支持，以及最多的鼓励。论文即将完成之际，回忆过去感慨良多，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助与支持，在这里请接收我最诚挚的谢意！最后还要感谢含辛茹苦培养我长大的父亲母亲大人，谢谢你们一直以来的关怀与支持！ 此致！ 敬礼！

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