MIMO大作业

西安电子科技大学MIMO系统与OFDM传输技术大作业学院：通信工程学院专业：通信与信息系统学号：1401120096姓名：孟梅梅2014年12月15日目录1、题目分析..................................................................................................................31.1题目选择：.......................................................................................................31.2题目分析：.......................................................................................................31.3仿真参数设置：...............................................................................................31.4预得到的仿真曲线：.......................................................................................32、仿真准备..................................................................................................................32.1MIMO简介.......................................................................................................32.2MIMO系统模型：...........................................................................................42.3采用V-BLAST结构的MIMO系统简介.......................................................52.4MIMO信号检测及MMSE检测算法的简介.................................................72.4.1MIMO信号检测...................................................................................72.4.2MMSE检测算法...................................................................................82.5不同的信道模型...............................................................................................93、仿真结果及仿真分析..............................................................................................94、仿真的MATLAB代码.........................................................................................114.1主函数：.........................................................................................................114.2调用的子函数：.............................................................................................111、题目分析1.1题目选择：（6）PlottheMMSEcurvesforV-BLASTwithacorrelationof0.6.HowdoesthiscurvecomparewithaMMSEcurvewithnocorrelation？1.2题目分析：绘制出V-BLAST系统结构下MMSE检测算法的性能曲线，不同的仿真参数为：信道的相关系数。1.3仿真参数设置：MIMO系统结构VBLAST收发端天线数4*4调制方式QPSK信道模型瑞利衰落信道信噪比0:2:30性能指标误码率（BER）1.4预得到的仿真曲线：随着信噪比的增加，误码率的变化曲线，至少得到两条曲线，一条仿真于理想的瑞利衰落信道，一条仿真于相关系数为0.6的相关信道。2、仿真准备2.1MIMO简介MIMO（MultipleInputandMultipleOutput，多输入多输出）技术是指利用空间分集，同时使用多根发射天线和接收天线，即基站和移动终端均配置多天线阵列，从而将单条通信信道分解成多条并行的子信道。如果利用多条并行子信道发送同一信息的多个副本，便可利用传输分集来提高传输的可靠性；如果利用多条并行子信道传输不同的数据流，便可通过空间复用提高通信系统的传输速率，因此，MIMO技术具有许多突出的技术优势。MIMO技术的主要优势有：提高传输速率——配置的天线越多，就有越多的数据流被独立传送；提高传输的可靠性——天线数越多，无线信号的传输路径便越多，且在MIMO系统中，多径衰落被转劣为优；提高信道容量——MIMO最初便是为了突破传统的香农信道容量而设计；抵抗共道干扰——MIMO系统可以利用多用户检测技术和自适应波数成型技术来解决共道干扰的问题；另外，MIMO技术还可以提高频谱的利用率，提高通信系统的发射效率等等。2.2MIMO系统模型：假设一个点对点的MIMO系统，发送端和接收端均采用多天线，发送端天线数为Tn，接收端天线数为Rn，这样便构成了一个RTnn的MIMO系统（在本论文的研究中，均假设传输信道是瑞利平坦衰落型的）。该系统框图如图2.1所示：空时编码Tnx1x2x...空时译码1r2rRnr...11h21h12hRTnnh图2.1MIMO的系统结构这由Tn根发送天线，Rn根接收天线构成的RTnn的MIMO系统。假设各天线之间的间距足够大（一般至少大于半个波长），假设该信道满足准静态瑞利平坦衰落信道的条件，信道响应矩阵为：11121n21222n12n...............TTRRRTnnnhhhhhhhhhH，H可以通过信道估计得到，假设每组天线在发送和接收一组信号的时间内信道响应不改变，而且可以假设接收信号相互独立。在上图中，jx表示来自第j根发送天线的信号，iy表示第i根接收天线的信号，ijh表示t时刻从第j根发送天线到第i根接收天线的信道响应。则接收天线i上接收的信号可以表示成公式（2-1）：0y()()()()Tniijjiithtxtnt(0,1...)Rin（2.1）其中()jxt，(1,)Ttn，为t时刻第j根发送天线的发送信号，()iyt，(1,)Rtn为t时刻的接收信号，()ijht是该时刻对应的信道响应，并且有2||1ijEh，()int是满足均值为0的加性复高斯白噪声，方差为2n。如果一组数据的发送时间足够短，可以假定其信道响应不变，（2.2）式是用矢量形式表示的MIMO系统模型：y=Hx+n（2.2）其中，12(,,...,)Rnyyyy为接收端接收到的矢量，11121n21222n12n...............TTRRRTnnnhhhhhhhhhH为传输信道的响应矩阵，12(,,,)Tnxxxx为发送端发送的信号矢量，01(,,,)Tnnnnn为噪声矢量.2.3采用V-BLAST结构的MIMO系统简介BLAST结构是提高移动通信系统有限带宽有效性的有用途径，最早是由Foschini提出的。BLAST系统采用多发射、多接收天线对空时编码数据流进行并行传输。其结构框图如图2.2所示：在一个BLAST结构的MIMO系统中，首先利用星座映射将输入的信息比特流串/并转换为若干并行子流，然后利用多个发送天线同时发送这些并行数据子流。星座映射空时分层结构空时信号检测11TnRn图2.2BLAST结构框图由于所有的数据子流在相同频带内发送，从而大大提高了通信频谱的使用效率。如果所传数据有多个副本进入信道传输，则同时会有多个输出，在接收端，接收天线挑选出发送的多个数据子流及其散射副本，利用信道估计得到的信道状态信息（CSI）进行空时信号检测，分离出各个数据流，而后恢复原始数据流。通过这种方式，能极大地提高数据传输率，并且BLAST中多径越多，数据传输效率越高。BLAST按照发射端分路的不同方式可以分为DBLAST、HBLAST和VBLAST。本文中，信号检测算法是基于VBLAST结构的，VBLAST系统结构是第一个可实现的BLAST系统结构，它采用了串行干扰抵消来消除各天线之间的相互干扰，其实现方式简单、实用性强，只是无法对抗深度衰落，而且在VBLAST系统的实现中，接收端需要得到准确的CSI（信道状态信息）。采用V-BLAST结构的MIMO系统框图为图2.1所示：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2p1ppn数据图2.1采用V-BLAST结构的MIMO系统框图其中V-BLAST的结构如图2.2所示：………编码器1输出编码器2输出编码器3输出编码器1输出到发射天线1到发射天线2到发射天线301C02C03C31C11C12C13C41C21C22C23C51C时间轴时刻0时刻1时刻2时刻3图2.2V-BLAST结构框图图2.2中，ijC表示第i个时刻从第j个编码器输出的码元。可见，在一个VBLAST结构的MIMO系统设计中，首先，由VBLAST编码器接收从各并行信道编码器编码后的码元，将码元与发射天线按垂直方向进行空时编码，其中，信道编码器1输出的最先M个码元排列在第一列，信道编码器2输出的最先的M个码元排列在第二列，由此类推。一般而言，信道编码器i第j批输出的M个码元排在第1ijM列。编码后的空时码元矩阵，通过M个发送天线被发送。2.4MIMO信号检测及MMSE检测算法的简介2.4.1MIMO信号检测MIMO系统检测是指：对接收端接收到的信号进行处理，以恢复出发射信号。也就是：根据接收向量y求出发射向量x的估计值^x。MIMO系统信号检测的模型如图2.3：信源x空时编码空时解码检测器比较符号BERxx估计值...图2.3MIMO系统检测模型由上图可见，为了很好地评价一个检测算法的检测性能，我们用误码率BER的大小来评价，把检测器检测得的发射向量x的估计值^x与原始的发射信号x作比，得到BER，BER越低，代表检测算法的检测性能越好。2.4.2MMSE检测算法最小均方误差（MMSE）检测的准则：发射和接收信号间的线性组合的均方误差期望最小，即：2argmin{||||}MMSExGEWy-x其中，2是矩阵的二范数，W为TRnn的能使MMSEG最小化的矩阵，MMSE检测算法的线性加权矩阵为：T12HnMMSEHGHH+IH在接收端接收信号y左乘线性加权矩阵MMSEG，得：1H2THZFMMSEnGyGyHHIHy2.5不同的信道模型1）瑞利衰落信道模型：H2）空间相关性模型：