发布时间 : 星期日 文章基于MATLAB的MIMO-OFDMA系统的设计与仿真-毕业论文更新完毕开始阅读53270af2f021dd36a32d7375a417866fb84ac000
南京林业大学本科生毕业设计（论文）
发送端的ＱＰＳＫ星座映射0.80.6接收端的ＱＰＳＫ星座映射1.510.40.50.2正交分量0-0.2正交分量-0.500.5同相分量10-0.5-0.4-1-0.6-0.8-1-1.5-2-10同相分量12
图2.4 QPSK信号收发端星座映射
2.2 MIMO原理及数学描述
2.2.1 MIMO系统模型
MIMO技术是在无线通信天线技术和智能天线技术的基础上发展起来的，该技术结合了多入单出（Multiple-Input Single-Output，MISO）技术与单入多出（Single-Input Multiple-Output，SIMO）技术的优点[7]。典型的MIMO技术的框图如下图2.5所示。
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输入信息 发 送 端 信 号 处 理 调制 x1y1y2 解调 x2?xNt?yNr 接 收 端 信 号 处 理 输出信息
图2.5 MIMO系统原理图
假设发射机采用Nt个天线，接收端采用Nr个天线，从发射端的任意一根发射天线到接收端的任意一根接收天线间的无线通道都是相互独立的，则对于
Nt?Nr维的天线阵列，接收信号向量可以表示为：
其中，x??x1,x2,?,xNt?为发射端信号向量，y??y1,y2,?,yNr?为接收端信号
TTy?Hx?n （2-9）
向量，n??n1,n2,?,nNr?为噪声向量。Hc为Nt?Nr维的复衰落系数信道矩阵。
T可以表示为
?h1,1h1,2?h1,Nr??h?h?h2,12,22,Nr??Hc?????? （2-10） ??hh?hNt,Nr??Nt,1Nt,2其中，hi,j（i?1,2,3,?,Nt;j?1,2,3,?,Nr）表示第i个发射天线与第j个接收天线之间的信道衰落矩阵。不同的衰落信道，所配备的衰落系数也不相同。
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2.2.2 MIMO信道容量
对于随机的Nt?Nr阶信道H，本系统的信道容量为发送信号向量x和接收向量y之间的最大户信息量[8]。假设总的发射功率为P，噪声总功率为M??2，每根发射天线上的发送功率为P/N，每根接收天线上的信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）为SNR?P/?2，在未知的Hc（即未知信道的瞬时衰落系数）的情况下，此时信道容量可以表示为：
?SNRH?)HH? (2-11) C?log2?det(Im?Nt??
式中，m?min(N,M)。
2.2.3 空时编码技术
MIMO技术在实际应用中通常与空时编码技术相结合使用，空时编码是分集技术的一种，利用发射分集将编码技术、阵列天线相结合[9]。在不增加额外带宽的情况下，能够有效抵消多径衰落，降低误码率，提高信号功率和频谱效率，为接收端提供额外的信道增益。目前提出的典型空时编码主要有分层空时码(Bell Labs Layered Space-Time，BLAST)、空时格码(Space Time Trellis Coding，STTC)、空时分组码(Space Time Block Coding,STBC)等三种。本文中采用的是STBC-MIMO，原理图如下图2.6。
天线1调制二进制信息比特序列X1?(x1?x2*)星座映射?x1x2?编码天线2调制X2?(x2x1*)
图2.6 Alamouti空时编码方案
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首先，需要对信源发送的二进制信息比特进行星座映射而得到调制符号x1和x2。然后，再将调制所得到的符号进行空时编码，最后的并行发射由天线进行。图中采用的空时编码矩阵表示如下[10]。
?xX??1*??x2
x2? *x1?? （2-12）
*x1]，
其中，从天线1和天线2发送的符号分别为X1?[x1?x2*]，X2?[x2X1?X2?0。若信道在两个连续符号周期内保持不变，那么接收端的信号可以用
式2-8表示。
Y?XTH?N （2-13）
h1?n1?式中，H?[]，h1和h2分别表示天线1和天线2的信道。N???表示信道中
h2?n2?存在的加性高斯白噪声。
2.3 无线信道环境及数学描述
所谓无线信道，指的是一种利用电磁波在空间中传输信号的物理媒质，其质量对无线通信系统的性能具有重大影响。电磁波在传输过程中由于受到发射端与接收端之间许多障碍物的反射、绕射和散射等物理现象的影响导致无线信道是动态而不可预测的，从而增加了分析无线通信系统的难度[11,12]。在实际仿真过程中，限于条件，现实生活中的信道通常采用几种常用的信道来模拟，如加性高斯白噪声信道、多径瑞丽衰落信道等。
一般地，我们采用在信道中加入了加性高斯白噪声的方式来得到加性高斯白噪声信道，加性高斯白噪声在信号的传输过程中最为常见。图2.4为加入加性高斯白噪声的信道原理图。
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