MIMO信道的信道容量1

关于MIMO技术的综述(专业：通信与信息系统学号：P1******* 姓名：涂佩佩)摘要：多输入多输出(Multiple -InputMultiple -Output,MIMO)技术具有广泛地应用价值，文章介绍了多输入多输出技术的产生背景及原理，重点介绍MIMO技术的几大研究热点，并简单介绍MIMO与OFDM的结合.关键词：多输入多输出OFDMAbstract: Multiple -InputMultiple–Output Technology has broad application value，this paper introduces the principle and background of multi-input multi-output technology,and focuses on several major research hotspot of MIMO technology,and briefly introduces the combination of OFDM and MIMO.1 引言MIMO技术对于传统的单天线系统来说，能够大大提高频谱利用率，使得系统能在有限的无线频带下传输更高速率的数据业务。

目前，各国已开始或者计划进行新一代移动通信技术（后3G或者4G）的研究，争取在未来移动通信领域内占有一席之地。

随着技术的发展，未来移动通信宽带和无线接入融合系统成为当前热门的研究课题，而MIMO系统是人们研究较多的方向之一。

2 产生背景及原理无线通信技术在不断发展,有限的无线资源面临着通信数据大爆炸的困境,如何用较少的频率资源来传输更多的信息以及抑制无线电干扰技术成为无线通信技术发展的两大挑战。

在此基础上提出了多输入多输出技术，多输入多输出(Multiple -InputMultiple -Output,MIMO)技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。

二、信道容量的推导主要研究基于VBLAST 的MIMO 系统：系统：串并变换调制调制调制VBLAST 检测器y1y2ym 比特分配功率分配b1bnb2信道估计丰富的散射信道2p 1p pn 数据图2.1 采用VBLAST 结构MIMO 系统框图系统框图MIMO 信道容量的推导：信道容量的推导：（信道容量定义为MIMO 系统在单位带宽上的数据传输速率）系统在单位带宽上的数据传输速率）根据奇异值分解(SVD)理论，在k 时刻，任何一个M ×N 矩阵H 可以写成可以写成HH =UDV 式中，D 是M ×N 非负对角矩阵；U 和V 分别是M ×M 和N ×N 的酉矩阵，且有H HM =UU I 和H N =VV I ，其中M I 和N I 是M ×M 和N ×N 单位阵。

D 的对角元素是矩阵H HH 的特征值的非负平方根。

H HH 的特征值(用l 表示)定义为定义为 H l =HH y y ，0¹y式中，y 是与l 对应的M ×1维矢量，称为特征矢量。

特征值的非负平方根也称为H 的奇异值，而且U 的列矢量是H HH 的特征矢量，V 的列矢量是HH H 的特征矢量。

矩阵H HH 的非零特征值的数量等于矩阵H 的秩，用m 示，其最大值为),min(N M m =。

则可以得到接收向量。

则可以得到接收向量 H =r UDV x +n引入几个变换H r'=U r ，H x'=V x ，H'n =U n ，这样等价的信道可以描述为：'''r =Dx +n 对于M ×N 矩阵H ，秩的最大值),min(N M m =，也就是说有m 个非零奇异值。

值。

将i l 代入上式，可以得到接收信号为：代入上式，可以得到接收信号为：'''i i i i r x n l =+(m i ,,2,1 =)''i i n r =(1,2,,i m m M =++ )可以看出等效的MIMO 信道是由m 去耦平行子信道组成的。

MIMO系统容量的计算方法上网时间：2007年11月06日打印版推荐给同仁发送查询用于多输入多输出结构的天线单元会影响无线通信系统的容量并能对抗多径效应。

提高性能的一个关键是为系统方案寻找MIMO优化设计，使得无需增加天线单元，只优化现有天线就能达到目的。

Thaysen等人描述了互方向、位置以及互耦对在无限大地平面上两个相同天线间包络互相关性的影响，为确定包络相关与固定方向上距离的关系以及互耦合同固定距离时天线方向旋转的关系，他们还研究了使用两个彼此靠近，在同一地平面的相同PIFA时的对称和非对称耦合的情况，其结果(使用IE3D仿真软件仿真)阐明了如何确定天线指向与位置来使包络相关最小。

研究了两种不同情形：一种是使用平行PIFA，另一种是天线间具有垂直关系，如图1所示(水平距离d的定义使得图1a的情形中，d为正值。

)对于平行情况(图1a)，天线间距为10毫米，这时包络相关系数是ρe=0.8，把其中一副天线简单地旋转180度，包络相关系数就降低到ρe=0.4。

类似结果对于垂直天线结构(图1b)也能观察到，这时包络相关系数从ρe=0.5下降到ρe=0.25。

在垂直结构中，当开路端与馈线垂直时包络相关系数最大。

研究者们发现在平行天线情况下中心频率偏移(|S11|最小)受影响最大，每副天线在相同端都有馈入点，可观察到12%的频偏变化。

与单副PIFA单元相比，另一种情形(两副天线互相垂直情况)变化量低于2%。

平行结构的最大包络相关系数是ρe=0.8，当天线彼此交叠垂直时，馈线均在同一端的情况下包络相关系数取得最大值。

此外，可发现互耦与包络相关系数几乎呈指数关系。

研究发现，互耦极限为-10dB，在该极限以下，包络相关系数几乎为恒定值，达到ρe=0.15，因此，降低互耦的努力将受限于这个水平。

把天线置于有限平面会影响其性能。

图2给出的设计，是按照平面倒F天线(PIFA)的输入阻抗和带宽来优化天线(即改变馈入点跟到地点间的距离，这取决于PIFA在地平面的位置)。

MIMO（多输入多输出）信道容量的公式取决于使用的信道模型。

以下是一些常见的MIMO信道模型及其对应的容量公式：
1.独立同分布（i.i.d.）MIMO信道：
C = tr(HHH) log2(det(I + HH/N0))
其中，C是信道容量，H是MIMO信道矩阵，I是单位矩阵，N0是噪声功率谱密度。

2.非i.i.d. MIMO信道：
C = tr(HHH) log2(det(I + HH/N0))
其中，C是信道容量，H是MIMO信道矩阵，I是单位矩阵，N0是噪声功率谱密度。

3.Rayleigh i.i.d. MIMO信道：
C = tr(HHH) log2(det(I + HH/(NT x NR x ES)))
其中，C是信道容量，H是MIMO信道矩阵，I是单位矩阵，NT和NR 分别是发送和接收天线的数量，ES是每个符号的能量。

需要注意的是，这些公式中的参数和符号可能因具体的信道模型而有所不同，具体的容量公式也会因为使用的调制方式、编码方案等因素而有所差异。

mimo信道容量计算注水算法
MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）信道容量是指在多天
线系统中，通过利用天线间的多个输入和输出，增加了信道的传输容量。

注水算法是一种用于计算MIMO信道容量的方法。

注水算法的基本原理是通过不断向MIMO信道中添加噪声，
直到信道容量达到一个事先定义的阈值。

具体步骤如下：
1. 随机生成一个初始的传输矩阵，代表MIMO系统中的天线
配置。

2. 在初始传输矩阵下，计算MIMO信道的容量。

3. 添加一个小的噪声矢量到传输矩阵中，以增加噪声水平。

4. 重新计算添加噪声后的传输矩阵下的MIMO信道容量。

5. 如果容量增加了，表明噪声水平还可以继续增加，重复步骤3和4。

6. 如果容量没有增加，表明达到了信道的容量极限，停止算法。

通过注水算法，可以得到MIMO信道容量的一个近似值。

这
个容量值可以作为参考，用于优化天线配置和传输方案，以提高信号传输的效率和可靠性。

摘要当今时代移动通信越来越离不开人们的生活，但是目前移动通信技术发展遇到了瓶颈。

有限的频率资源和日益增长的用户需求成为移动通信技术中最主要的矛盾。

在未来的移动通信发展中,如何有效大幅度提高无线链路的数据传输速率成为充满挑战性的关键问题。

MIMO技术能在不增加传输信道带宽的前提下使得整个系统容量呈线性增长,这使得该技术成为了现代无线通信中的必选技术之一。

MIMO技术是无线通信中实现了高速率数据传输、改善传输质量、提高系统容量的重要途径。

MIMO技术彻底打破传统的无线通信模式，它要求系统使用多根发射和接收天线同时地发射和接收数据，使得无线通信系统结构、分析方法、调制、编码、信道估计、检测和多址方式等各个方面面临挑战。

本文在国内外相关研究工作的基础上，针对MIMO信道容量理论进行深入研究。

本文综述了MIMO技术信道容量的分析并进行了合理的MIMO信道仿真,并总结了现代无线信道传输的特点，包括无线信道的传播方式、衰落特性。

在此基础上，对MIMO系统信道相关性问题进行详细描述了并进行了合理的分析。

【关键词】MIMO 无线信道信道容量信道仿真相关性ABSTRACTIn modern times mobile communication has become more and more inseparable from the people's life, but the mobile communication technology development encountered bottleneck. Limited frequency resource, and the increasing user demand become the main contradiction in the mobile communication technology. In the development of future mobile communication, how to effectively raise the data transfer rate of the wireless link becomes the key issue in the challenging. MIMO technology can without any increase in the transmission channel bandwidth is linear growth under the premise of making the whole system capacity, which makes the technology become one of the choice of the modern wireless communication technology. MIMO technology is realized the high speed data transmission in wireless communication, improve the transmission quality and important way to increase the system capacity.MIMO technology thoroughly breaks the mode of traditional wireless communications, since it requires multiple transmit and receive antennas to simultaneously transmit and receive data information in the same time, which challenges all the aspects of wireless communications including system architecture, analytical methods, modulation, coding, detection, channel estimation, multiple access, and so on. On the basis current research works, this paper investigates MIMO channel capacity. This paper reviews the technology of MIMO channel capacity analysis and reasonable simulation of MIMO channel and summarizes the characteristics of modern wireless channel transmission, including the mode of transmission, fading characteristics of wireless. On this basis, the channel correlation problem of MIMO system are described in detail and analyzed reasonably.【key words】MIMO Wireless channel Channel capacity Correlation Channel simulation目录前言 (1)第一章MIMO技术概述 (3)第一节MIMO系统发展概述 (3)一、MIMO技术研究背景 (3)二、MIMO应用前景 (3)三、MIMO技术发展存在的问题 (4)第二节MIMO技术简介 (6)本章小结 (7)第二章无线信道传播的基本特征 (8)第一节无线信道传播特点 (8)一、无线信道传播方式 (8)二、无线信道传播扩展方式 (9)第二节无线衰落信道的基本特征 (11)一、大尺度衰落特性 (11)二、小尺度衰落特性 (12)第三节两种典型的无线衰落信道 (13)一、瑞利衰落信道 (13)二、莱斯衰落信道 (14)本章小结 (16)第三章MIMO系统的容量 (17)第一节MIMO信道建模的概述 (17)第二节恒参信道条件下的MIMO信道容量分析 (17)第三节信道容量的仿真结果比较 (21)本章小结 (23)第四章MIMO信道的相关性研究 (24)第一节MIMO系统相关性的概述 (24)第二节MIMO相关信道模型 (27)第三节相关信道下容量的分析 (28)本章小结 (29)结论 (33)致谢 .................................................................................................... 错误!未定义书签。

MIMO系统信道容量分析秦玉娟;张伯楠【摘要】MIMO technology, which realizes multiple input multiple output by using multiple anten-nas,can improve the channel capacity efficiently and make it possible to transmit data under high speed without increasing spectrum resources and transmitting power of antennas. This paper has analyzed the channel capacity of four classical channels MIMO,SIMO,MISO and SISO.%MIMO技术利用多根天线实现多发多收,能够在不增加传输带宽和发射功率的条件下,成倍地提高系统的数据速率.该文对于MIMO,SIMO,MISO,SISO 四种经典信道分别进行了信道容量分析.【期刊名称】《工业仪表与自动化装置》【年(卷),期】2018(000)003【总页数】3页(P81-82,86)【关键词】MIMO;信道容量;多发多收【作者】秦玉娟;张伯楠【作者单位】兰州工业学院电子信息工程学院,兰州730050;中国电信股份有限公司甘肃分公司网优中心,兰州730000【正文语种】中文【中图分类】TN919.30 引言无线信道中的多径传播一直是通信系统的弊端，通常在信道中多径传播会导致信号在不同的维度上扩展。

然而周围的环境又在影响着无线信道的特性，这就给信道的分析和建模带来了困难。

人们在这一点上寻求了很多方法，直到最近10年来人们提出了多入多出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)信道模型，才解决了无线信道多径传播的问题。