基于MATLAB的MIMO通信系统仿真报告

北京邮电大学

基于Matlab的MIMO通信系统仿真

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一、 概述3

(1)课设目的3

(2)数字通信系统概述3

二、 基本原理3

(1) MIMO系统理论3

(2) MIMO系统模型4

(3)分集与复用4

三、仿真设计7

(1)流程图7

(2)主要模块8

(3)主要参数11

四、程序块设计11

(1)结构性和关键语句11

信源产生11

信道编码11

调制11

MIMO信道模型12

(2)状态检验和性能测试13

信源产生13

调制14

MIMO信道模型仿真17

五、不同仿真条件下测试误码性能18

六、仿真结果与分析19

七、 重点研究问题19

八、结论(心得体会)20

九、参考文献20

概述

课设目的

本课程设计的目的是了解移动通信关键技术、了解数字通信系统仿真流程，学会用Matlab实现基本的信道编译码、调制解调等通信模块。学习并实现MIMO空时处理技术，通过本次实践学习和掌握性能分析的思路和方法。

(2)数字通信系统概述

信道中传输的是数字信号的通信方式称为数字通信，它包括将数字信号直接送往信道传输的数字传输和经载波调制后在送往信道传输的数字载波传输。对应的通信系统称为数字通信系统。抗干扰能力强，无噪声积累保密性能好便于组成现代化数字通信网，便于实现多媒体通信占用信道频带宽

基本原理

MIMO系统理论：

MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put)表示多输入多输出。

MIMO 的优点是能够增加无线范围并提高性能。MIMO 允许多个天线同时发送和接收多个空间流。它允许天线同时传送和接收。利用MIMO 技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。前者是利用MIMO 信道提供的空间复用增益，后者是利用MIMO 信道提供的空间分集增益。

核心思想：时间上空时信号处理和空间上分集相结合。

时间上空时：通过在发送端采用空时码实现，如空时分组、空时格码，分层空时码。

空间上分集：通过增加空间上天线分布实现。可以把原来对用户来说是有害的无电波多径传播转变为对用户有利。

MIMO系统模型：

代表发送天线，代表接收天线。

信道矩阵：

接收矢量：，即接收信号为信道衰落系数发射信号+接收端噪声

从上图可以看到，MIMO模型中有一个空时编码器，有多根天线，其系统模型和上述MIMO系统理论一致。发送天线的数目要大于接收天线，因为一般来说，移动终端所支持的天线数目总是比基站端要少。

分集与复用：

根据各根天线上发送信息的差别，MIMO可以分为发射分集技术和空间复用技术。

发射分集：在不同的天线上发射包含同样信息的信号(信号的具体形式不一定完全相同)，达到空间分集的效果，起到抗衰落的作用

典型代表：空时块码(STBC)

空间复用：在不同的天线上发射不同的信息，获得空间复用增益，从而大大提高系统的容量和频谱利用率

典型代表：分层空时码

空时块码(STBC)

Alamouti提出了采用两个发射天线和一个接收天线的系统可以得到采用一个发射天线两个接收天线系统同样的分集增益。

将每个输入字符映射为一个 矩阵，矩阵的每行对应在个不同的时间间隔里不同天线上所发送的符号。

在此例中，信源发送的二进制信息比特首先进行星座映射。假设采用4进制的调制星座，有。将从信源来的二进制信息比特，每2比特分为一组(此例中是x1和x2)，对连续的两组比特进行星座映射，得到两个调制符号x1,x2。把这两个符号送入编码器，并按照如下方式编码：

在第一个发送时刻，符号在天线1上发送出去，符号在天线2上发送出去。第二个时刻，符号在天线1上发送出去，符号在天线2上发送出去。可以看出，两幅发送天线上发送信号批次存在着一定的关系，因此这种空时码是基于发送分集的。两幅发送天线上发送的信号满足正交特性。

考虑两个发送天线，一个接收天线的情况：

假设接收端可以完全准确地估计出信道的衰落系数和，在接收端采用最大似然估计，从星座中找出一对符号，该符号即最终接收端认为发送端发送的符号。在程序中，其判决式为：

其中，是根据信道衰落系数和接收信号进行合并得到的信号。

考虑多接收天线的情况：

多天线系统中，发送端的编码与传输方案和单接收天线系统一样。只是在接收端的处理变得复杂，需要对不同接收天线上接收到的信号进行合并处理。多接收天线下的判决度量可以通过把各副接收天线上的接受信号得到的判决度量线性合并得到。判决式如下：

分层空时码(BLAST)

空时编码利用多天线组成的天线阵同时发送和接收。在