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MIMO系统的Matlab仿真报告

一、原理及理论基础

1.BPSK:把模拟信号转换成数据值的转换方式之一。是利用偏离相位的复数波浪

组合来表现信息键控移相方式的一种。BPSK使用了基准的正弦波和相位反转的

波浪，使一方为0，另一方为1，从而可以同时传送接受2值(1比特)的信息。

2.QPSK:四相相移调制，和BPSK调制差不多，只不过它有4种相位.将360度分

成4分。各个相位角相差90度所以又称正交相移调制。常用的初始相位角可以

是0或者45度。一般QPSK可以看成正交的两路传播，一路I支路，一路为Q

支路。QPSK调制效率高，传输的频带利用率高,要求传送途径的信噪比较低。

3.Rayleigh信道：是一种无线电信号传播环境的统计模型。这种模型假设信号

通过无线信道之后，其信号幅度是随机的，即“衰落”，并且其包络服从瑞利分

布。这一信道模型能够描述由电离层和对流层反射的短波信道，以及建筑物密集

的城市环境。瑞利衰落只适用于从发射机到接收机不存在直射信号的情况，否则

应使用莱斯衰落信道作为信道模型。

4.MIMO：是一种用来描述多天线无线通信系统的抽象数学模型，能利用发射

端的多个天线各自独立发送信号，同时在接收端用多个天线接收并恢复原信息。

该技术最早是由马可尼于1908年提出的，他利用多天线来抑制信道衰落（fading）。

根据收发两端天线数量，相对于普通的单输入单输出系统（Single-Input

Single-Output，SISO），MIMO此类多天线技术尚包含早期所谓的“智能型天线”，

亦即单输入多输出系统（Single-InputMulti-Output，SIMO）和多输入单输出系统

（Multiple-InputSingle-Output，MISO）。由于MIMO可以在不需要增加带宽或总

发送功率耗损（transmitpowerexpenditure）的情况下大幅地增加系统的数据吞

吐量（throughput）及传送距离，使得此技术于近几年受到许多瞩目。MIMO的

核心概念为利用多根发射天线与多根接收天线所提供之空间自由度来有效提升

无线通信系统之频谱效率，以提升传输速率并改善通信质量。

二、设计思路

MIMO(Multiple-InputMultiple-Output)是一种使空间成为一种可以用于提高

性能的资源，并能够增加无线系统的覆盖范围的技术。

当无线电发送的信号被反射时，会产生多份信号。每份信号都是一个空间流。

使用单输入单输出（SISO）的系统一次只能发送或接收一个空间流。MIMO允许

多个天线同时发送和接收多个空间流，并能够区分发往或来自不同空间方位的信

号。

本仿真实验在MATLAB平台上对MIMO通信系统进行一个简单的框架仿

真（即仅包含QPSK调制解调、过Rayleighfading和AWGN信道模块，不包

括信道编码、频偏添加及估计等模块）。并对仿真结果进行一定的讨论。

三、系统的框图

在MIMO仿真的过程中，采用以下仿真模块流程图：

两路0、1比特流产生→QPSK调制→Rayleigh衰减→

AWGN信道→去Rayleigh衰减→QPSK解调→统计误码率

四、仿真结果

首先观察BPSK的星座图：

可以从以上的五幅图看出，3dB的时候无论是AWGN还是AWGA+RAY，信

号点都扩散的很严重，相比之下，10dB的信号比较良好；另一方面，增加了瑞

利衰减的信号，其信号的混杂度更高。

下面是QPSK的星座图：

相比于BPSK，明显发现在3dB的时候信号矢量几乎弥漫在一起，完全没有

明显的边界，就算是10dB的信噪比，在加入了瑞利衰减以后也比较混乱乱，可

以很直观地看出QPSK在低质量信道的条件下的弊端。

BER和SER曲线：

（横轴为EbN0(单位DB)，纵轴为错误百分比；红点线为误符号率，蓝线为误比

特率）

实验结果和预计的一样，符号率曲线在比特率曲线上方。下面以BER为参考

对象（为了和系统理论曲线比较，统一标准，未采用SER）