現(xiàn)代通信技術(shù)概論結(jié)課論文-多輸入多輸出(mimo)系統(tǒng)

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1、現(xiàn)代通信技術(shù)概論結(jié)課論文2015年春季學(xué)期題目：多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)專業(yè)班級：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：聯(lián)系方式：成績：摘要多輸入多輸出系統(tǒng)摘要隨著信息技術(shù)在生活中的越來越深入廣泛的應(yīng)用，無線數(shù)字通信在現(xiàn)今的地位變得越來越重要。面對越來越高的通信速度和質(zhì)量要求，傳統(tǒng)的無線數(shù)字系統(tǒng)顯然無法勝任。在人們廣泛的研究時間、頻率、碼元等資源的利用效率同時，多輸入多輸出技術(shù)理論（MIMO：Multiple-InputMultiple-Output.也稱為：多天線技術(shù)）為移動通信產(chǎn)業(yè)帶來了新的增長點。本文將著重論述MIMO技術(shù)的一些基本模式以及一些技術(shù)要求。關(guān)鍵詞：MIMO，多天線，信號檢

2、測，欠定義MIMO系統(tǒng)，多用戶MIMO系統(tǒng)目錄目錄1概述12MIMO信號檢測12.1MIMO系統(tǒng)基礎(chǔ)12.2經(jīng)典MIMO信號檢測32.2.1最大似然MIMO信號檢測32.2.2線性MIMO信號檢測53兩種經(jīng)典的MIMO系統(tǒng)簡介63.1欠定義MIMO系統(tǒng)63.2多用戶MIMO系統(tǒng)7參考文獻(xiàn)8現(xiàn)代通信技術(shù)概論結(jié)課論文1：概述從1978年貝爾實驗室在芝加哥成功試驗了第一個蜂窩移動通信系統(tǒng)，即高級移動電話業(yè)務(wù)（AdvancedMobilePhoneService，AMPS）開始，移動通信進(jìn)入了飛速發(fā)展的時代。截至2012年6月，手機(jī)網(wǎng)用戶數(shù)量首次超過了計算機(jī)上網(wǎng)用戶數(shù)量[1]。隨著移動互

3、聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速增長，此類服務(wù)對于數(shù)據(jù)傳輸速率以及傳輸質(zhì)量的要求也就越來越高。根據(jù)香農(nóng)理論，其對應(yīng)的無線頻譜資源的需求也相應(yīng)增長，從而導(dǎo)致適用于無線通信的頻譜資源變得日益緊張，成為制約無線電通信發(fā)展的主要瓶頸。如何在復(fù)雜的環(huán)境和有限的帶寬下實現(xiàn)高質(zhì)量和高速率的無線信號傳輸一直是移動通信技術(shù)所需解決的關(guān)鍵問題。理論分析和工程實踐已經(jīng)證明了在發(fā)送端和接收端采用天線列陣或多天線技術(shù)可以在不增加帶寬和發(fā)送功率的前提下大幅提高系統(tǒng)的信道容量以及頻率利用率。多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)因其具有隨天線數(shù)量呈線性增長的理論信道容量，被公認(rèn)為是現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)的核心技術(shù)。本文介紹了MIMO系統(tǒng)信號檢

4、測方法以及發(fā)送端和接收端經(jīng)典的組合。2.MIMO信號檢測2.1．MIMO系統(tǒng)基礎(chǔ)現(xiàn)代無線數(shù)字通信對于傳輸速率的要求日益增長，傳統(tǒng)的單輸入單輸出（Single-InputSingle-Output，SISO）無線傳輸系統(tǒng)（即發(fā)射機(jī)和接收機(jī)均配有單根天線的系統(tǒng)）已經(jīng)無法充分滿足相應(yīng)需求。經(jīng)典單工SISO系統(tǒng)模型如圖2-1所示。其相應(yīng)的接收信號可以表示為：（2.1）其中，h、s、n分別表示信道增益、發(fā)射信號和噪聲。于是我們可以得出相應(yīng)的信道容量（bit/s/Hz）為C=E(log(1+))log(1+)(2.2)其中，，且不等號來自詹森不等式[2]。由式（2.2）可以看出，信道容量隨著

5、信噪比（即）10現(xiàn)代通信技術(shù)概論結(jié)課論文呈指數(shù)增長。為了獲得足夠高的傳輸速率，我們需要持續(xù)提高信噪比或者利用充分大的帶寬。在無線通信中，由于路徑損耗的存在，充分大的接收信噪比并不是能夠輕松獲得的。因此我們需要充分大的傳輸帶寬來支持足夠高的傳輸速率。然而，受到無線電頻譜資源稀疏性的影響，單純利用大寬帶來獲取高速率并不現(xiàn)實。從另一個角度來考慮此問題，我們可以在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)上都裝配多根收發(fā)天線來提高頻譜效率，相應(yīng)的系統(tǒng)就被稱為多輸入多輸出系統(tǒng)（MIMO）。經(jīng)典的單工MIMO系統(tǒng)傳輸模型如圖2-2所示。圖2-1經(jīng)典單工SISO系統(tǒng)模型圖2-2經(jīng)典的單工MIMO系統(tǒng)傳輸模型以2收2發(fā)系統(tǒng)

6、為例，由于每根天線均能接收到來自不同發(fā)射天線的信號，2根接收天線上的接收信號可以表示為：(2.3)其中，、、分別表示從第根發(fā)射天線到第根接收天線的信道增益、第根發(fā)射天線的發(fā)射信號以及第根接收天線上的加性噪聲。定義,這可利用矩陣乘法表示接收信號的矢量：（2.4）10現(xiàn)代通信技術(shù)概論結(jié)課論文這里我們有信道矩陣，發(fā)射信號矢量，噪聲矢量。相應(yīng)的系統(tǒng)模型已經(jīng)能夠較為直觀的擴(kuò)展到配有M根發(fā)射天線和N根接收天線的任意MIMO系統(tǒng)。作為一種信道模型，加性高斯白噪聲（AWGN）信道通常被用于MIMO系統(tǒng)的理論分析和仿真。在AWGN信道中，接收噪聲矢量被假設(shè)為零均值的球?qū)ΨQ復(fù)高斯（CSCG）隨機(jī)矢量

7、，其均值，協(xié)方差矩陣為R，即[3]。相關(guān)研究表明，式（2.4）所描述的MIMO系統(tǒng)的信道容量隨著發(fā)射天線和接收天線數(shù)中的較小呈線性增長，其條件為信道增益為互相獨立的零均值CSCG隨機(jī)變量。因此，對于給定的帶寬資源，如果系統(tǒng)裝配更多天線，便能在不增加傳輸功率的前提下獲取更高的傳輸速率。為了獲取這一信道容量增益，我們需要在MIMO系統(tǒng)中使用高效的信號調(diào)制方式。脈沖幅度調(diào)制（PulseAmplitudeModulation，PAM）和正交幅度調(diào)制（QuadratureAmplitude