MIMO系统的理及容量分析.doc

MIMO系统的原理及容量分析 张大朋 （班级：011291，学号 Email:captaindp@163.com 电话：187 Project website: 摘 要：本文简要讨论了无线通信系统中多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）这一技术的原理及性能。通过分析MIMO系统的原理和在平坦衰落信道与频率选择性衰落信道条件下的容量，及与传统的单输入多输出（Single Input Multiple Output,SIMO）系统容量的比较，论证了这一技术对无线通信的系统容量的提高。 关键词：MIMO；系统容量；无线通信 (Class:011291，Student No Email: captaindp@163.com :187xxxxxxxx Project website: Abstract:This article briefly discusses the instrument and performance of Multiple-Input Multiple-Output( MIMO) in wireless communication system.By analyzing the principle and the performance of MIMO systems in the condition of flat fading channel and frequency selective fading channel capacity and comparing MIMO with Single Input Multiple Output(SIMO) system,proving that this technology improved the capacity of wireless communications. Key words:MIMO;system capacity;wireless communications 1 引言 在传统的无线通信系统中，发射端和接收端通常是各使用一根天线，这种单天线系统也称为单输入和单输出（Single Input Single Output，SISO）C.E.Shannon（1916-2001）中提出了一个信道容量的计算公式：，其中代表信道带宽，代表接收端信噪比。用归一化后，得到的带宽利用率，它确定了在有噪声的信道中进行可靠通信的上限速率。以后的电信工作者无论使用怎样的调制方案和信道编码方法，只能一点点地接近它，却无超越它，Shannon速率成了现代无线通信发展的一大瓶颈。提高频谱使用效率的一种重要方法是采用分集技术。单输入多输出（Single Input Multiple Output,SIMO）系统采用最佳合并的接收分集技术，通常能够改善接收端信噪比（Signal Noise Ratio，SNRMultiple Input Single Output,MISO）系统，如果发射端不知道信道的状态信息，无法在发射天线中采用波束形成技术和自适应分配发射功率，信道容量的提高不明显。SIMO和MISO技术的发展自然演变成多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMOBell实验室的学者E.Telatar和J.Foshinin分别证明了MIMO系统与SIMO和MISO系统相比，可以取得巨大的信道容量，也突破了传统的SISO信道容量的瓶颈，将信道容量提升了几个数量级，是C.E.Shannon信道容量的推广。由于MIMO技术良好的性能，已经在第三代移动通信信通和第四代移动通信系统中得到了应用，并且在IEEE 802.11n协议中也得到了应用。本文主要讨论MIMO系统的工作原理、信道模型和信道容量。 2 工作原理 2.1MIMO技术的发展及系统模型 SISO信道即传统无线信道，如图1所示，其信道冲激响应可以表示为 (1) 发射机 接收机 图1 SISO天线系统原理 其中，代表信道中的多径引入的总相移，为幅度，为第条路径的实验。 采用副接收天线的SIMO信道，如图2所示，可视为个SISO标量信道组合而成的向量信道，可写作如下形式： (2) 发射机 接收机 图2 SIMO天线系统原理 其中，为第个SISO子信道的冲激响应。SIMO信道的向量信道冲激响应可以从式（1）拓展而得，即 （3）、与分别是第个多径分量的路径增益、路径延迟与达波方向，是由运动引起的多普