MIMO无线信道建模与仿真
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mimo信道建模的方法
mimo信道建模的方法MIMO信道建模的方法介绍多输入多输出（MIMO）是一种无线通信技术，通过同时使用多个天线进行数据传输和接收，有效提高了数据传输速率和可靠性。
在MIMO系统中，准确建模信道成为关键问题之一。
MIMO信道建模的方法以下是几种常用的MIMO信道建模方法：1.统计建模方法：–基于统计的方法是通过测量和分析实际信道的统计特征来进行信道建模的。
这种方法依赖于大量的测量数据，并利用统计分析方法来提取信道参数。
典型的统计建模方法包括瑞利衰落模型和Nakagami-m模型等。
2.几何建模方法：–几何建模方法是通过对信道的几何特征进行建模的。
这种方法考虑了天线的位置、传播环境的几何形状等因素，通过几何分析来确定信道的特征。
常见的几何建模方法有几何梯度模型和几何距离模型等。
3.物理建模方法：–物理建模方法是通过物理原理来建模信道的。
这种方法基于电磁波传播理论和信号处理等相关知识，考虑了天线的辐射特性、传播损耗和多径效应等因素，能够提供更准确的信道建模。
常见的物理建模方法有蒙特卡洛方法和几何光学方法等。
4.测量建模方法：–测量建模方法是通过实际信号测量来建模信道的。
这种方法通过在现实环境中进行信号测量并进行分析，得到信道的实际特性，并根据测量结果进行信道建模。
测量建模方法可以提供较为真实的信道模型，但需要大量的测量数据和复杂的处理算法。
5.模拟建模方法：–模拟建模方法是通过数学模型和仿真来建模信道的。
这种方法利用数学模型和计算机仿真技术来模拟信道传输过程，可以灵活地调整信道参数和环境条件，方便对不同场景进行研究和分析。
常见的模拟建模方法包括射线追踪方法和蒙特卡洛仿真方法等。
结论针对MIMO信道建模的方法，不同的方法有不同的适用场景和精度要求。
在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的信道建模方法，并结合实际测量数据和仿真结果进行验证和优化。
这样才能有效地设计和优化MIMO系统，提高无线通信的性能和可靠性。
基于3GPPLTE的MIMO信道模型研究与仿真剖析
基于3GPP LTE 的MIMO 信道模型研究与仿真引言目前，MIMO 技术是无线通信的研究热点之一。
它通过在发送端和接收端配置多副天线来获得空间分集增益，从而在不增加系统带宽和总发射功率的情况下，大大提高了频谱利用率和信道容量。
系统也采用了MIMO 技术，将下行天线扩展到4×4，上行天线扩展到2×2。
系统在20MHz 的带宽下，支持的下行峰值速率为100Mbps，频谱效率提高到5bps/Hz，上行峰值速率为50Mbps，频谱效率提高到2.5bps/Hz[1]。
理论上，MIMO 信道可以看做是并行的空间子信道，信道容量随着发送和接收天线的数目增多而线性增大。
而实际上，MIMO 系统的多个子信道之间具有不同程度的相关性，导致信道容量下降。
因此，针对不同传播环境进行的MIMO 信道模型的研究与仿真，对设计高性能的MIMO 通信系统具有重要意义。
本文主要研究了3GPP LTE 的MIMO 信道模型，并使用Matlab 软件对其进行了建模仿真。
MIMO信道模型分析MIMO系统的一般描述以下行信道为例，假设一个基站具有M个发射天线和移动台具有N个接收天线的系统，即M×N 的MIMO 系统。
基站发射天线阵列上的信号为… ，其中sm (t)表示基站第个天线上的信号；移动台接收天线阵列上的信号表示为… ，其中表示移动台第n 个天线上的信号，则y(t)与s(t)之间的关系可表示为式中，n(t)为高斯白噪声，H(t)是连接基站和移动台的MIMO 信道系数矩阵[4]。
随机 MIMO 信道模型随机信道模型直接对信道参数进行建模，仿真信道的三种小尺度衰落效应：时延扩展、多普勒扩展和角度扩展。
连接基站和移动台的SISO 信道系数矩阵可以表示为Στδ，其中L 是可分辨径的数目，τ是第l条径的相对时延，Al表示基站天线与移动台天线之间的复传输系数[5]。
上式描述的是一个SISO 信道的多抽头时延线(TDL)模型，将 SISO 信道的TDL 模型推广到MIMO 信道中，即得到MIMO 信道的TDL 模型，以×2 天线配置为例。
MIMO技术与SCM信道仿真详解
l(t ) l(t )e j(2flt l )
信道的传输函数为：
L
H(f ,t )
l(t )e j 2fl
l 1
程序输 出的信 道多径 时延
2.关于“径”与“子径”
径—其特性有场 景决定，引入时 延扩展来面熟径
的特性
子径--其统计 特性一致，时 延差别较小接 收机无法分辨
每个子径对应与真实传 播环境中的一个散射体
第(u,s)个元素由下式给出
SCM代码中的BS到MS距离定义小：区内
径35m
小区 外径 500m
BS MS MS v
天线增益
n, AoD ：路径离开角 n,m, AoD ：子径离开角
n ：路径时延 Pn ：平均路径功率 n, AoA ：路径到达角 n,m, AoA :子径到达角
3．生成信道系数
极化场景 LOS 场景
远散射体 (市区宏小区)
市区峡谷 (市区宏小区)
可选项
首先看一下信道系数的公式
问题一：MIMO技术怎样利用多径效应多抗衰 落，增加信道容量？
空间分集或是天线分集利用了不同空间不同位 置的天线传送信息，使得多个信号的副本经历 的衰落相互独立，在接收端利用相关的合并技 术以得到分集增益，而要求有独立的衰落路径 就必须处于所谓的富散射环境中（从而导致了 多径效应），此时的多径已被看成了有利条件。
信息源
[x1 x2]
调制源
编码器
[x1
x2]
x x
1 2
x
* 2
x1*
[x1
x
* 2
]
[x 2
x* 1
]
在Alamouti编码中，信源首先被分为两组，每组两个字符。在第一个给定的字 符间隔内，每组中的两个字符被同时发射：从天线1发射的信号为x1，从天线 2发射的信号为x2。在下一个字符间隔内，信号-x2*从天线1发射，信号x1*从 天线2发射。
信道的传输函数为：
L
H(f ,t )
l(t )e j 2fl
l 1
程序输 出的信 道多径 时延
2.关于“径”与“子径”
径—其特性有场 景决定，引入时 延扩展来面熟径
的特性
子径--其统计 特性一致，时 延差别较小接 收机无法分辨
每个子径对应与真实传 播环境中的一个散射体
第(u,s)个元素由下式给出
SCM代码中的BS到MS距离定义小：区内
径35m
小区 外径 500m
BS MS MS v
天线增益
n, AoD ：路径离开角 n,m, AoD ：子径离开角
n ：路径时延 Pn ：平均路径功率 n, AoA ：路径到达角 n,m, AoA :子径到达角
3．生成信道系数
极化场景 LOS 场景
远散射体 (市区宏小区)
市区峡谷 (市区宏小区)
可选项
首先看一下信道系数的公式
问题一：MIMO技术怎样利用多径效应多抗衰 落，增加信道容量？
空间分集或是天线分集利用了不同空间不同位 置的天线传送信息，使得多个信号的副本经历 的衰落相互独立，在接收端利用相关的合并技 术以得到分集增益，而要求有独立的衰落路径 就必须处于所谓的富散射环境中（从而导致了 多径效应），此时的多径已被看成了有利条件。
信息源
[x1 x2]
调制源
编码器
[x1
x2]
x x
1 2
x
* 2
x1*
[x1
x
* 2
]
[x 2
x* 1
]
在Alamouti编码中，信源首先被分为两组，每组两个字符。在第一个给定的字 符间隔内，每组中的两个字符被同时发射：从天线1发射的信号为x1，从天线 2发射的信号为x2。在下一个字符间隔内，信号-x2*从天线1发射，信号x1*从 天线2发射。
无线通信信道建模与仿真
无线通信信道建模与仿真随着科技的不断发展，无线通信技术在我们的生活中已经扮演了越来越重要的角色。
无论是在商业领域，还是在个人生活中，无线通信技术都能起到极为重要的作用。
不同的无线通信系统存在着不同的信道环境，因此了解无线通信信道建模与仿真是极为重要的。
一、无线通信信道信道是指在通信系统中电磁波传输的路径。
无线通信系统中，通信信号通常是通过无线电波进行传输。
无线通信信道是一个物理环境的刻画，它主要包括无线信道参数和算法模型。
无线信道参数是指无线信号在过程中所处的物理环境参数，如信号强度、多径效应、衰减、折射和散射等。
而算法模型则是指为了将无线信道传输效果模拟出来，而建立的用于描述无线信道特征的数学模型。
二、无线通信信道建模对于无线通信系统来讲，通过建立信道数学模型，我们可以更加直观地展示和理解无线通信信道特性，同时也能帮助我们更好地进行无线通信系统优化。
目前建模方法主要分为两类:解析模型和仿真模型。
解析模型一般是基于无线通信信道的统计分析和物理分析，可以早期尝试预测无线信道的行为，分析其信号特征、干扰和抗干扰能力，进而出现理论非常清晰的导出公式。
而仿真模型则是通过进行计算机模拟的方法，对通信信道进行仿真分析。
常见的建模方法包括但不限于: 随机过程法、几何光学法、物理几何法、统计信道建模法。
三、仿真仿真是指在计算机模拟环境下实现对一个系统的模拟，进而对这个系统进行实验、测试以及优化分析。
在无线通信系统中，我们通常通过构建无线信道建模仿真体系，进行对无线信道传输信号质量的预测、分析和优化。
常用的仿真工具包括了MATLAB、Python、C++等，其中MATLAB是非常常见的工具。
MATLAB语言通过各种工具箱支持常见的信道分析、系统仿真以及性能分析，能够高效地对通信数学模型进行仿真。
四、进一步的研究无线通信信道建模与仿真的研究在现代通信领域具有极为重要的意义。
未来几年里，随着5G技术的不断普及和应用，针对5G信道的建模和仿真将成为无线通信领域的研究热点。
MIMO信道空时码(STBC)性能仿真
t h11 t h21 Ht t hN r 1 t h12 t h22
×
的信道矩阵 H 表
t hN r2
h1tN t t h2 Nt t hN r Nt
表示 t 时刻从第 i 根发射天线到第 j 根接收天线的信道衰落系数。在 t 时刻，第 j 根
所以， 分集增益是相同差错概率时的空间分集系统相对于无分集系统可以节省的发射功 率， 决定了差错率曲线随ＳＮＲ变化的斜率。 编码增益则是相同分集增益和相同差错概率时 的编码系统相对于无编码系统的功率增益的量度， 决定了无编码系统的差错概率曲线相对于 相同分集数时空编码得到的差错概率曲线的水平偏移程度。
ˆ1 arg min d 2 ( ~ ˆ1 ) x x1 , x
ˆ1S ) (x
ˆ2 arg min d 2 ( ~ ˆ2 ) x x2 , x
ˆ2S ) (x
因此这种码的最大似然检测器具有低译码复杂度，同时获得了满分集。 3.3 有多根接收天线的 Alamouti 方案
Alamouti 方案可以应用于发射天线数为 2 和接收天线数为 与单接收天线的情况一样。第 j 根接收天线接收到的信号为：
《移动通信原理》课程论文
MIMO 信道空时码（ STBC ）性能仿真
摘要: 空时编码是达到或接近 MIMO 无线信道容量的一种有效的编码方式， 它通过在时间上与空间上进 行联合编码，使得在不同时刻从不同天线发送的数据具有一定的相关性（冗余） ，从而达到在不牺牲系统带 宽的条件下，提高系统传输性能的目的。本文首先介绍了空时编码的基本思想。然后分析了空时编码的性 能，最后给出了该编码方案的仿真结果图和结论。 关键词 : 空时编码 STBC 仿真
×
的信道矩阵 H 表
t hN r2
h1tN t t h2 Nt t hN r Nt
表示 t 时刻从第 i 根发射天线到第 j 根接收天线的信道衰落系数。在 t 时刻，第 j 根
所以， 分集增益是相同差错概率时的空间分集系统相对于无分集系统可以节省的发射功 率， 决定了差错率曲线随ＳＮＲ变化的斜率。 编码增益则是相同分集增益和相同差错概率时 的编码系统相对于无编码系统的功率增益的量度， 决定了无编码系统的差错概率曲线相对于 相同分集数时空编码得到的差错概率曲线的水平偏移程度。
ˆ1 arg min d 2 ( ~ ˆ1 ) x x1 , x
ˆ1S ) (x
ˆ2 arg min d 2 ( ~ ˆ2 ) x x2 , x
ˆ2S ) (x
因此这种码的最大似然检测器具有低译码复杂度，同时获得了满分集。 3.3 有多根接收天线的 Alamouti 方案
Alamouti 方案可以应用于发射天线数为 2 和接收天线数为 与单接收天线的情况一样。第 j 根接收天线接收到的信号为：
《移动通信原理》课程论文
MIMO 信道空时码（ STBC ）性能仿真
摘要: 空时编码是达到或接近 MIMO 无线信道容量的一种有效的编码方式， 它通过在时间上与空间上进 行联合编码，使得在不同时刻从不同天线发送的数据具有一定的相关性（冗余） ，从而达到在不牺牲系统带 宽的条件下，提高系统传输性能的目的。本文首先介绍了空时编码的基本思想。然后分析了空时编码的性 能，最后给出了该编码方案的仿真结果图和结论。 关键词 : 空时编码 STBC 仿真
MIMO信道仿真模型比较及其验证
MIMO信道仿真模型比较及其验证赵雄文;高波【摘要】建立在几何上的WINNER模型和COST2100随机信道模型是第四代(4G)移动通信MIMO(multi-input multi-output,多输入多输出)信道仿真中两个最为典型的仿真模型,在4G信道仿真中得到广泛应用.由于WINNER模型和COST2100模型不同的物理机制,还缺乏对这两种模型的比较和在具体应用场景下的有效性和契合度的研究.在室内环境中开展了WINNER模型和COST2100信道仿真比较与验证研究,在视距和非视距的情况下,对信道的功率时延谱、莱斯因子、信道容量、时延扩展和角度扩展等信道特征参数进行仿真对比,再利用实际测试数据的分析结果作为佐证,验证两个模型的契合度以及模型的实用性.【期刊名称】《电信科学》【年(卷),期】2016(032)002【总页数】8页(P75-82)【关键词】WINNER信道模型;COST2100信道模型;功率时延谱;莱斯因子;信道容量;时延扩展;角度扩展【作者】赵雄文;高波【作者单位】华北电力大学电气与电子工程学院,北京102206;东南大学移动通信国家重点实验室,江苏南京210096;华北电力大学电气与电子工程学院,北京102206【正文语种】中文【中图分类】TN011由于第四代（fourth generation，4G）移动通信链路和系统仿真的需要，基于几何的随机信道模型的研究近年来一直是信道建模领域的研究热点［1］。
如3GPP标准提出了MIMO空间信道模型（spatial channel model，SCM）［2］，欧洲4G WINNER［3］项目将SCM进行扩展，得到SCME（SCM extension）。
SCME由原来支持的5 MHz信道带宽扩展到100 MHz，载频由2 GHz扩展到6 GHz。
随着WINNER模型的升级和完善，其仿真模型已成为ITU-R［4］和3GPP 标准化的重要组成部分之一。
应对MIMO信道建模和仿真测试遇到的挑战
目录
简介 ....................................................................................................... 3 回顾 MIMO 技术 ..................................................................................... 4 多天线技术 ......................................................................................... 5 无线标准中的 MIMO ......................................................................... 12 信道相关对 MIMO 性能的影响 .......................................................... 13 在仿真 MIMO 信道时遇到的挑战 ....................................................... 14 MIMO 信道概述 .................................................................................... 16 无线传播特性 .................................................................................... 17 宏观 (慢) 衰落 .................................................................................... 18 MIMO 信道相关 ................................................................................... 35 空间相关 ........................................................................................... 35 天线极化相关 .................................................................................... 37 空间相关与天线极化相关的组合 ....................................................... 40 按路径相关与按信道相关 .................................................................. 44 MIMO 的理论信道容量 ...................................................................... 45 配置信道仿真仪以实现所需的相关 ................................................... 46 将信噪比应用于 MIMO 信道 .............................................................. 48 使用 PXB 配置符合标准的 MIMO 信道 ................................................ 52 相关文献 .............................................................................................. 54 附录 A: MIMO 信道容量的理论模型 ..................................................... 55 附录 B: 不相关、相关 MIMO 信道的信噪比 (SNR) .............................. 58
基于MIMO的通信系统仿真与分析研究毕业设计论文
基于MIMO的通信系统仿真与分析研究毕业设计论文标题：基于MIMO的通信系统仿真与分析研究摘要：随着通信技术的不断发展，多天线系统（MIMO）已经成为无线通信领域的关键技术之一、本文通过对MIMO通信系统进行仿真与分析研究，探讨了MIMO技术在提高通信容量和增强系统性能方面的潜力。
首先介绍了MIMO技术的原理和特点，然后建立了MIMO通信系统的仿真模型，通过对不同天线配置和信道模型的仿真结果进行分析，验证了MIMO系统的优势。
最后，本文对MIMO技术在实际应用中可能面临的问题和挑战进行了讨论，提出了一些改进和优化策略，为MIMO技术的进一步研究和应用提供了参考。
关键词：MIMO技术，通信容量，系统性能，仿真分析，问题与挑战1.引言无线通信领域的快速发展和普及，对通信系统的容量和性能提出了更高要求。
传统的单天线系统受到频谱资源有限和多径衰落等因素的限制，通信容量有限，信号质量易受到干扰和衰落的影响。
而多天线系统（MIMO）通过增加天线数量和利用空间多样性，可以有效提高通信容量，增强系统性能，成为无线通信领域的重要技术之一2.MIMO技术的原理和特点MIMO技术基于空间多样性和信号处理算法，通过在发射端和接收端分别配置多个天线，在有限的频谱资源下同时传输多个并行无干扰的数据流，并通过接收端的信号处理算法进行解码和合并，从而提高通信容量和信号质量。
MIMO技术具有抗干扰性强、提高频谱效率、增强系统覆盖范围等特点。
3.MIMO通信系统的仿真模型为了研究MIMO技术在不同场景下的性能，本文建立了MIMO通信系统的仿真模型。
该模型包括信号生成、信道模型、噪声模型、信号传输和信号接收等模块，通过设置不同的参数和信道模型进行仿真实验，并采用误码率和信噪比等指标进行性能评估。
4.MIMO系统性能的仿真结果分析通过对不同信号传输方式、天线配置和信道条件的仿真实验，本文分析了MIMO系统的通信容量和系统性能。
仿真结果表明，在相同信道条件下，MIMO系统可以显著提高通信容量和信号质量，特别是在复杂多径衰落环境和高信噪比条件下，MIMO技术的性能更为优越。
MIMO信道建模仿真与容量研究
参 考 文 献 ［］ ３。具 体 如 图 １ 图６ 示 。不同 的 极化 ～ 所 方 式 下 ，频 率对 容 量 的影 响 不 同 ，而且 由于是 在
点 之间 的径 向距 离 。 为 径 向方 向ｒ 与 正方 向 之
间 的夹 角 ， 为径 向ｒ ｏ 平 面 内 的投影 与 轴 正 ： ｙ ￣ｘ 方 向之 间 的夹角 。
２１ Ｌ Ｓ ． Ｏ 下仿 真 图
功 率跟 距 离 的 关系
、
‘
．
带 宽 为 １０ Ｍ的情 况 下 的仿 真 ，算是 宽带 的情 况 ． ００ 所 以容 量 随 着频 率 的变 化 会 有 不 同 的衰 落 ．出现
了浮 动 ，符 合 ＭＩ 信 道 频 率 选 择性 衰落 的 特 性 ， ＭＯ
在 接 收 点将 能 到 达 的有 效 的各 射 线 合 并 ，从 而 实
现 传 播 预测 。射 线 跟 踪 技术 还 可 以结合 天 线 的辐 射 图 ．分别 的考 虑 辐 射 图对 每 条 射 线 的影 响 。在 射 线 跟 踪 技 术 中 最 重 要 的就 是 射 线 路 径 的确 定 ， 而 利 用 镜像 法 可 以简 单 有效 的解 决 这 个 问题 ，比 较 适 用 于 室 内无 线 传 播 的 环境 ，这 也 是本 文 选 自 镜 像 法 的 原 因 ，本 文 研 究 的基 础 就 是射 线 跟 踪 中
＝
一
（） ３
１ ． 容 量 的 归 一 化 处 理 ４
在 用 射 线 追 踪 方 法进 行 计 算 时 ．必 须进 行 归 化 的 处理 ， 目的是 为 了平 衡 距 离 因素 引起 的 容
Ｎ ｏ
量损失， 体过 具 程为： 求 ｈ ∑、 ． ． 先 ， ／ ｅ ｅ ＝ 百 Ｊ
点 之间 的径 向距 离 。 为 径 向方 向ｒ 与 正方 向 之
间 的夹 角 ， 为径 向ｒ ｏ 平 面 内 的投影 与 轴 正 ： ｙ ￣ｘ 方 向之 间 的夹角 。
２１ Ｌ Ｓ ． Ｏ 下仿 真 图
功 率跟 距 离 的 关系
、
‘
．
带 宽 为 １０ Ｍ的情 况 下 的仿 真 ，算是 宽带 的情 况 ． ００ 所 以容 量 随 着频 率 的变 化 会 有 不 同 的衰 落 ．出现
了浮 动 ，符 合 ＭＩ 信 道 频 率 选 择性 衰落 的 特 性 ， ＭＯ
在 接 收 点将 能 到 达 的有 效 的各 射 线 合 并 ，从 而 实
现 传 播 预测 。射 线 跟 踪 技术 还 可 以结合 天 线 的辐 射 图 ．分别 的考 虑 辐 射 图对 每 条 射 线 的影 响 。在 射 线 跟 踪 技 术 中 最 重 要 的就 是 射 线 路 径 的确 定 ， 而 利 用 镜像 法 可 以简 单 有效 的解 决 这 个 问题 ，比 较 适 用 于 室 内无 线 传 播 的 环境 ，这 也 是本 文 选 自 镜 像 法 的 原 因 ，本 文 研 究 的基 础 就 是射 线 跟 踪 中
＝
一
（） ３
１ ． 容 量 的 归 一 化 处 理 ４
在 用 射 线 追 踪 方 法进 行 计 算 时 ．必 须进 行 归 化 的 处理 ， 目的是 为 了平 衡 距 离 因素 引起 的 容
Ｎ ｏ
量损失， 体过 具 程为： 求 ｈ ∑、 ． ． 先 ， ／ ｅ ｅ ＝ 百 Ｊ
LTE系统的MIMO信道建模与仿真
the current study of next generation wireless communication systems ，MIMO is
indispensable key technology．The research of MIMO technology is based on the
mainly from two aspects of correlation matrix and correlation coefficient of the
correlation analysis of MIMO system channel.
KEY WORDS：LTE
MIMO
correlation simulation
radio channel modeling method, has carried on the simulation analysis to the
performance, and its effectiveness was verified.
Through the above analysis of the theory, the MIMO technique can improve the
3.3 信道衰落 ....................................................................................................... 14
3.3.1 小尺度衰落特性 ............................................................................... 14
can be improved the average channel capacity and interrupt channel capacity of the
indispensable key technology．The research of MIMO technology is based on the
mainly from two aspects of correlation matrix and correlation coefficient of the
correlation analysis of MIMO system channel.
KEY WORDS：LTE
MIMO
correlation simulation
radio channel modeling method, has carried on the simulation analysis to the
performance, and its effectiveness was verified.
Through the above analysis of the theory, the MIMO technique can improve the
3.3 信道衰落 ....................................................................................................... 14
3.3.1 小尺度衰落特性 ............................................................................... 14
can be improved the average channel capacity and interrupt channel capacity of the
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作者:徐晓军
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