基于matlab的mimo系统信道容量及性能分析毕业论文(编辑修改稿)

基于matlab的mimo系统信道容量及性能分析毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

过添加一些先进的通信技术和原有技术的提高，在速度上相对于原 LTE 系统 LTEA 系统的性能有很大的提高，真正根据 4G 系统的要求完成。 在众多 4G 标准中 ,LTE 系统标准占据了一个举足轻重的位置。 LTE 的研究背景 在低层面上，为了对付 WIMAX 标准的市场之间的竞争，在高层面上，为了融合宽带无线接入与移动通讯， 3GPP 驱动了 LTE 项目。 早期的宽带无线接入定位于替换有线宽带接入（如数字用户线（ Digital Subscriber Line））技术，它的发展经历了固定本地接入，游牧城域接入到广域移动接入的过程，体现出了明显的“宽带接入移动化”的趋势，以因特网（ Inter）为代表的信息技术（ IT）行业移动普及带来了新的机遇，也为传统的移动通信行业已经形成了竞争和挑战。 在保持蜂窝转移实力的同步要求， 3GPP 和 3GPP2 越来越看重低速的局部域场景下的进入能力，移动通信宽带化的趋势带来了移动通信业从传统的语音服务扩展到宽带数据服务领 域的一个新的机会。 基于“移动通讯宽带化”的认识以及应答“宽带接入移动化”挑衅的要求， 3GPP 起头了“长期演进”的过程 [3]。 在 LTE 项目的推出是对移动通信的宽带行业的共识。 但是一次伟大的技术变革，不是一朝一夕就能够实现的。 先进无线通信技能的钻研一定要伫立在学术界和基于 MATLAB 的 MIMO 系统信道容量及性能分析 3 基础钻研领域丰富的技术储藏的底子之上。 包括相关的数学，物理，无线电工程，也是通信理论、信号处理、无线资源管理和其他方面的理论积累。 OFDM 和 MIMO技术一直被认为是 B3G/4G 的关键技术。 在 IMTAdvanced 名目开动以前，国际上曾经对 B3G 进行了宽泛的钻研，并得到了一期期重大进展。 早在第二十世纪末，贝尔实验室，北电等企业开始应用 MIMO 技术的研究和开发，在美国北部，在 MIMO技术的研究和开发一直处于领先地位。 日本 NTT DoCoMo 公司在 2020 年的外场试验选用 OFDM 技能，在 100MHZ 带宽中抵达了 100Mbits/s 数据传输速度，表现出了 OFDM/MIMO 技能在供应高的带宽传输和岑岭速度方面的巨强本领。 2020 年，Flarion 公司研发了 FlashOFDM 系统，经历商用组网测试初步考证了 OFDM 系统具有大规模组网本领。 2020 年，数学国 外移动通讯运营商共同建树了下一代移动网络（ Next Generation Mobile Network,NGMN）论坛，它引颈了新一代宽带移动通信的趋势，促进 NGMN 论坛变为无线通讯领域最具影响非标准化组织。 国际研究和标准化工作，从促进 LTE 项目的开发，或用于 LTE 的技术指标，或 LTE 认证设备可以实现与 LTE 的经验教训提供参考学习。 同时，在全球宽带移动通信的研究，我们也组织相关的研究，并积极参与国际交流和标准化工作。 在“十五”期间，以高校为主的国家的“ 863”计划在未来的大学为基础的国家已表现出对中国 B3G 关键技术的研究实现。 在实施基础研究项目的同时，我国十分重视 B3G 等宽带移动通信的标准化工作。 在随访中，国际标准化的学术交流活动，积极组织国内相关标准化工作。 我国踊跃投身于中国，日本和韩国 (CJK)准则的共同项目。 我国的一些单位还参与了欧洲 winner 项目，并且承担了部分的研究工作 [4]。 MIMO 的研究意义 未来移动通讯要满足无论何时、无论何地、向无论何人供给迅速牢靠的通讯办事的要求。 未来无线移动通信系统将拥有高的数据传输率、高的频谱利用效率、低的发射功率、灵活的业务支撑能力，会把无线通信的传输容 量和速率提高十倍乃至数百倍。 跟随各类宽带数据交易和无线通讯业务的不停开发，通讯资源，特别是频带资源变得愈来愈重要，高速效率地使用数量稀少的通讯条件已经变成了无线通讯技能变化的关注点。 研究表明，多根天线的 MIMO 技术可以在不加多系统带宽和天线总发送功率的情形下，充分使用空间资源，有用的抗衡无线信道的衰败，大幅度提升体系的信道数据容量和频谱条件利用率。 然而， MIMO 体系高容量目标实现和体系其它本能指标和 MIMO 体系使用的各类信息计算方法的好坏很高程度上仰仗 MIMO 信道特色，特别是各个天线之间的相关性 00。 每每假如传输信道是单独的，继而对 MIMO 信道性能进行模拟，这与现实中基于 MATLAB 的 MIMO 系统信道容量及性能分析 4 的 MIMO 信道肯定具有空间上的相互关性是矛盾的。 信道相关联的性质很高深度上会改变 MIMO 体系的机能。 论文的主要工作和贡献 本文重点研究 LTEA 系统中的 MIMO 信道容量，文中对 MIMO 系统的信道容量进行分析和计算机仿真，在理论角度上推导和剖析对比了 SISO、 SIMO、 MISO、 MIMO系统信道容量表达式，这个推导的过程是在在慢衰落瑞利信道条件下进行的。 分析了无线信道的基本特征和无线信道的多径效应，推导了描述多径衰落的频率选择性和信道响应时变特性的参数，推导了莱斯信道模型和瑞利信道模型的使用条件，并且给出了典型模型的具体数学表达。 基于 MATLAB 的 MIMO 系统信道容量及性能分析 5 2 LTE 系统介绍 1G—— 使用蜂窝组网，标准： AMPS、 TACS 等。 采用模拟技术和频域划分多址 (FDMA)等技术。 2G—— IS95，数字技术， GSM，使 TDM、 FDM、 CDMA 提供数字语音业务 和低速数据业务。 3G—— TDSCDMA、 CDMA20 WIMAX、 WCDMA、技能指示标准：室内的速度达到 2Mbps，室外的速度达到 385kbps，行车的速度达到 144kbps。 能够完成高速率传输，语音业务及宽带多媒体，无线接入 Inter 等服务。 4G(LTE)—— 使用正交频分复用及多输入多输出技术。 在 200MHZ 体系带宽下，下行峰值速度达到 100Mbps，上行峰值速度达到 50MHZ[18]。 提供 IMS 等高速数据传输任务。 LTE 的关键技术 LTE 项目是 4G 标准 (4thGeneration)技术，这是优于现有的 3G 技术，具体表现方面如下：抬高了峰值速度和频谱效用、系统带宽安排十分变通、保障了服务质量而且很高程度上减小了网络时延等 [19]，这是 LTEA 技术研究的前提和基础，也是目前全球主流运营商的选择。 LTE 系统和物理层相关的性能指标 （ 1）对变通系统支持宽带范围。 （ 2）支撑下行峰值速度高达 100Mbit/s，上行峰值速度也达 50Mbit/s。 （ 3）同时支持 FDD 和 TDD 系统，并要求两种系统的设计差异尽量小。 多载波技术 传统意义 上的频分复用 (FDM)和频分多址 (FDMA)技术把相对来说比较宽的频带分解成许多个相对较窄的子载波来并行传输，在相邻子载波之间保留较大的间隔，以此来避免各个子载波之间形成的串扰 [20]。 正交频分复用 (OFDM)的子载波间堆叠分布，并且子载波之间相互正交，用来防止各个子载波之间形成的干预。 有一部分重叠分布的子载波能够在很大程度上增进进频谱效率的提升。 LTE 的上下行链路分别采纳单载波频分多址 (SCFDMA)技能 [21]和正交频分多址 (OFDMA)技能。 基于 MATLAB 的 MIMO 系统信道容量及性能分析 6 LTE 物理层下行接收机信号处理框图如图 21 所示。 其中 接收端处理流程可以认为是发射端反向操作。 码 字 解 调解 扰解资源粒子映射信 道 估 计O F D M解 调并串变换MIMO检测O F D M解 调 图 21 LTE 下行链路接受端信号处理示意框图 LTE 的工作方式 定义 LTE 项目为 3G 技术的演进，按照 3GPP 的要求， LTE 既要支持在成对频谱中的部署，又要支持在非成对频谱中的部署，以此来使用现在所有的 3G 频段，并在未来当第二代移动通讯体系退出网络后，它可以重复使用留出的频段。 是以， LTE体系需求支撑 TDD和 FDD两双工模式。 同时， LTE还考虑支持半双工 FDD(Halfduplex FDD, HFDD)这种特殊的双工方式。 FDD 双工方 式 FDD 双工方式是指在蜂窝通信系统中的上行链路信号下两不同频段的信号分别发送，某些特定频段保护间隔是上行和下行频段之间留。 为了避免干扰之间的上行链路和下行链路信号。 HDD 使用上下行成对频段，信号的发射与接收可以同时进行，因而减少了上下行信号间的反馈时延。 FDD 双工方式在功率控制、链路自适应、信道和干扰反馈等方面有独特的优势。 TDD 双工方式 TDD 双工方式中，发射与接收信号在同一频带，上行信号和下行信号由不同的时间段内的发送来识别。 TDD 双工方式的信号能够在不是成对的频段内发送，因而相比于 FDD 系统拥有配置灵活的特点。 同时，因为上下行信号占用的无线信道资源能够通过调节上下行时隙间的比例灵活更改，非常适应于 3G 和 B3G 等以 IP 分组业务为主要特性的移动蜂窝网络。 TDD 能够使用信道的对称性，这给系统的信道估计的简便，信号测量和多天线技术带来了益处。 近年来随着 TDSCDMA(Time 基于 MATLAB 的 MIMO 系统信道容量及性能分析 7 DivisionSynchronous Code Division Multiple Access，时分同步码分多址 )产业的不断完善以及 TDD 设备的日趋成熟，蜂窝移动通信领域加大了对 TDD 系统的研究力度，在随后的演进系 统中 TDD 双工模式将会扮演更加重要的作用。 HFDD 双工方式 HFDD 是相对于现有的 FDD 而言的另一种双工方式。 在半双工 FDD 中，基站应用全双工 FDD 形式，尽管采用成对频谱终端的发射信号与接收信号在不同的频带上传输，但其接收和发射信号却不能够同时进行。 HFDD 在接收处接收信号和在发送处发送信号的方法和 TDD 类似。 在 LTE 中采纳 HFDD 的法子基于以下几点思考。 首先，从能带结构的角度来看，因为很多零碎的频段的存在，全双工 FDD 方法是不可能满足所有的部署；其次，在 HFDD 终端收发双工模式没有 FDD 严格，所以最终的价格相对较低；再次，对于一些业务，数据传输速率相对较低， HFDD 方式可以减少功率损耗，延长电池的使用时间。 LTEA 引入了多输入多输出、正交频分多址复用 /SCFDMA 等技能，因而物理层布局相比于原来的其它通信准绳有太大的分歧，主要体现在无线帧结构、参考信号配置等方面。 在 3GPP 制订的 LTE/LTEA 技术准则中， 对物理层举行了完全的描绘 [7]， 则解释说明了发送和接收物理信道、参考信息，介绍了框架结构，调制的方法和如何生成 OFDM 和 SCFDMA 信号 等 [8]。 对 LTEA 物理层技术的介绍，结合以上规格。 LTE 无线接口是指用户与网络之间的接口，包括三个亚层，协议结构如图 22所示，子层环说服务接入点之间的不同的层或层 (SAPs， Service Access Points)。 无 线 资 源 控 制 （ R R C ）物 理 层介 质 访 问 控 制 （ M A C ）层 1层 2层 3传 输 信 道逻 辑 信 道 基于 MATLAB 的 MIMO 系统信道容量及性能分析 8 图 22 物理层周围的无线接口协议架 层 2 的介质访问控制 (MAC， Medium Access Control)子层与层 1 的物理层和层3 的无线资本掌管 (RRC， Radio Resource Control)子层之间具有接口。 MAC 子层的传输信道由物理层提供，传输信道描述了信息的 传输方式，即定义了“信息是如何传输的”。 而层 2 的无线链路控制 (RLC， Radio Link Control)亚层的逻辑信道则由MAC 亚层提供，逻辑信道描述了信息的类型，即定义了“传输的是什么信息”。 物理层完成了传输通道向物理传输通道的映照，落成了经历传输通道为接入口朝上层提供数据传送的服务。 为了实现数据传输，物理层将提供下面的一些功能[9]：在传输信道进行差错检测并向高层提供提示信息；前向纠错（ FEC， Forward Error Correction）编码 /解码的传输通道；混合自愿重传 (HARQ)申请；编 码的传输通道与物理信道之间的速度配合；编码的传输通道向物理通道的映射；物理通道的功率相加；物理通道的调制与解调；频率同步和时间同步；无线功能 (radio characteristics)测量朝上提供指示信息；多输入多输出 (MIMO)天线处理；传输分集；波束赋形；射频处理等等。 无线帧结构 在物理层规范，时间域通常是由时间单位多表示，它被定义为时间单位，在15000 者之间的间隔为 15KHz，该定义为 1 / (1 5 0 0 0 2 0 4 8 )dTs，其中，子载波之间的间隔是 15kHz，具有最高的带宽分配和数为 2048[10]。 L。