多输入多输出（Multi Input Multi Output，MIMO）技术即是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端和接收端的多个天线传送和接收，从而改善每个用户的服务质量。MIMO技术能够在不增加带宽的情况下显著增加信道容量，提高频谱效率。本文主要是对联合相关MIMO信道统计模型的研究。我们首先是对MIMO系统的性能进行分析和比较，从MIMO无线通信系统的基本概念入手，了解MIMO系统发展的必要性，分析它的结构和工作原理，从理论上推导MIMO信道系统容量的公式，应用MATLAB软件对不同发射天线、不同接收天线以及不同信噪比下的MIMO信道系统容量进行计算机仿真。然后通过相等功率分配和波束成形实现的容量上限和信息速率，导出遍历容量的闭合形式紧上界，揭示本征模通道耦合矩阵的矩阵永久性的简单且有趣的关系，并且基于这种封闭形式和易于处理的上界表达式，我们采用凸优化技术来开发仅涉及信道统计的低复杂度功率分配解决方案，导出联合相关MIMO信道的遍历容量上限，并结合kronecker信道模型的容量上限，研究出必要和充分的最优条件。关键字多输入多输出；联合相关；信道；统计模型
目 录
第一章 绪论 1
1.1 概述 1
1.1.1 研究背景 1
1.2 MIMO技术的研究现状 2
1.2.1 国外研究现状 3
1.2.2 国内研究现状 4
1.3 本文的主要内容和章节概括 4
第二章 MIMO无线通信系统 6
2.1 MIMO技术的基本原理 6
2.2 MIMO系统容量 7
2.2.1 MIMO系统模型 7
2.2.2 MIMO信道容量推导 7
2.2.3 MIMO系统容量推导 8
2.3 基本信道容量仿真 11
2.4 MIMO天线选择及仿真 14
2.5 本章小结 15
第三章 MIMO联合相关信道 17
3.1 注水功率算法 17
3.1.1 波束成形 20
3.2 开环系统和闭环系统 20
3.2.1 开环和闭环系统的遍历能力研究 2
 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: ^351916072# 
0
3.2.2 在闭环和开环系统下遍历能力仿真 22
3.3 kronecker模型 23
3.3.1 kronecker信道容量推导 24
3.3.2 Kronecker信道仿真 25
3.4 MIMO联合相关信道 26
3.4.1 联合相关信道 27
3.4.2 矩阵积和式 28
3.4.3 联合相关信道仿真 29
3.5 本章小结 32
结 论 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
第一章 绪论
1.1 概述
多输入多输出（MultipleInput MultipleOutput, MIMO）系统是在无线通信智能天线技术的基础上逐步发展起来的[1]。由于多输入多输出（MIMO）通信技术具有高容量，多种多样性和抑制干扰的潜力，因此已经成为无线系统重要的重点领域。在单用户MIMO（SUMIMO）系统中，多个天线的优点已经很好地建立。研究表明，如果接收天线的数量等于或超过不相关的瑞利衰落信道中的发射天线的数量，则容量随着发射天线的数量线性增长。然而，当接收天线的数量是固定的或受限的，发射天线的数量增加时，容量变得慢得多，并且信道容量实际上是有限的。受此限制的驱动，研究人员已经研究了多用户MIMO（MUMIMO）的可能性，可以在频域和时域同时为多个用户提供服务。
MUMIMO技术具有优于SUMIMO通信的几个关键优点。首先，作为所谓的多用户复用方案的结果，MUMIMO方案允许多个接入容量的直接增益（与基站天线的数量成比例）。第二，MUMIMO对于大多数传播限制似乎更为无力，这些传播限制困扰着诸如信道秩丢失或天线相关的SUMIMO通信。虽然增加的相关性仍然影响每用户分集，但是如果多用户分集可以由调度器提取，所以这可能不是主要问题。此外，MUMIMO允许在不需要多个天线终端的情况下获得基站处的空间复用增益，从而允许开发小型和便宜的终端，同时在基础设施侧保持智能和成本。
总的来说就是MIMO信道系统用以抑制信道衰落就是需要利用多天线的。根据收发两端的天线数量，区别于普通的SISO(SingleInput SingleOutput)系统，SIMO(SingleInput MultipleOutput)系统和MISO(MultipleInput SingleOutput)系统[13]都可以包含于MIMO。
1.1.1 研究背景
随着科学技术的不断发展与进步，MIMO技术在无线通信领域已经发生了翻天覆地的变化。无线移动通信中MIMO技术作为新一代移动通信系统必须采用的关键技术可以在不增加带宽的同时增加通信系统的容量和频谱利用率。作为与常规系统相比可大大增加链路容量和可靠性的手段，在传送器和接收器配备有多个天线的MIMO无线系统在近年来已经引起了极大的兴趣。
事实上，MIMO技术已经经过了很长一段时间的发展。多入多出技术最初的雏形大概在1908年就已经显现出来，此时，使用MIMO技术来抗衰落的想法就被提出，当然在这方面，马可尼作出了很大的贡献。在此之后，越来越多的人提出有关多入多出的应用建议，在当时，将该技术应用到通信系统当中去已经成为必然趋势，虽然如此，但是无线移动通信系统的开创性工作是由AT&T Bell贝尔实验室在20世纪90年代推动的。 最初的多入多出信道容量的发明原因是因为原始信道的衰落，之后又在此基础上进行了多种改进，比如说对角贝尔实验室分层时空（DBLAST）算法[4]。而且也实现了高位赫兹的频谱利用，并在此基础上建立了新型的实验系统，有效改善了频谱利用率低的问题，促进了MIMO技术的高速发展，得到了这方面专家的重视。
1.2 MIMO技术的研究现状
在早以前，MIMO技术的对点对点环境的研究对象基本不考虑其他用户的同频干扰，而大部分都集中在对单用户的研究上。鉴于之前系统吞吐量的效益有待提高，所以在新的研究当中将MIMO系统空分多址[5]应用到下行链路中，得到了可观的增益，也因此这方面的内容也成为大家研究的重点。现如今人们逐渐把多用户MIMO信道作为研究的重点。
原始的单天线系统频谱利用率较低，传输数据业务的能力也较差，因此MIMO技术在这些方面作出了极大的改善，与此同时，解决了无线频带的受限制性问题。当前的国际环境竞争较为激烈，各个国家都在争分夺秒的研究新一代的通信技术，中国作为一个大国，也不能在这方面落后，要加快对MIMO技术研究的步伐，为以后能够更快更好的发展打好基础。作为与传统系统相比能够显著增加链路容量和可靠性的手段，在发射机和接收机上配备多个天线的多输入多输出无线系统近年来引起了巨大的兴趣。

原文链接：http://www.jxszl.com/dzxx/txgc/80568.html