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摘 要

随着信息时代的发展，无线通信技术变得越来越发达，而MIMO（多输入多输出天线）技术由于能够显著提高无线信道容量，且无需增加传输信道带宽，因此成为了无线通信技术研究的热点，越发的被科技工作者所关注。在未来通信领域中，MIMO高速率传输，高信道容量，高传输质量的优势将会被更进一步扩大，然而现实生活中，多输入多输出天线阵列的搭建成本是非常高昂的，因此使用软件构建MIMO模型并进行仿真成为了MIMO理论研究中非常重要内容。本文便是通过借鉴查阅多方资料，使用Matlab搭建了一个非常理想化的简易MIMO模型。

本文一开始先对MIMO无线信道的特征进行了总结，接着详细地分析了他的传输特性和衰落特性，在已经知晓了衰落特性地基础上，提出了两种比较常见的信道模型，并通过相干参数的设定，使用Matlab软件程序仿真来根据天线的阵元间距，阵元数量，以及波束长度来大致模拟出理想环境下的波束成形，发射天线的信道容量以及不同方向上的用户选择，绘出图像，并对结果进行相应的分析，以及通过改变取值来获得更多图像，并得到天线数量越多，天线方向性越强，天线的能量也越强的结论，以此探究为什么大规模MIMO会成为现代通信技术的主流。

关键词：MIMO:波束成形：信道容量：用户选择

ABSTRACT

With the development of the information age, wireless communication technology has become more and more developed, and MIMO (Multiple Input Multiple Output Antenna) technology can significantly increase the capacity of wireless channels without increasing the bandwidth of transmission channels. Therefore, it has become a research of wireless communication technology. Hot spots, more and more concerned by science and technology workers. In the future communication field, mimo's advantages of high-speed transmission, high channel capacity, and high transmission quality will be further expanded. However, in real life, the cost of building a multi-input and multi-output antenna array is very high, so it is built using software. The MIMO model and simulation have become very important in the study of MIMO theory. This article is to use the Matlab to build a very ideal simple MIMO model by referring to a number of data.

This article first summarizes the characteristics of the MIMO wireless channel, and its transmission characteristics and fading characteristics. Next, two common channel models and some parameters in the MIMO system are introduced. Based on this, Matlab program simulation is used to determine the antenna array. The spacing between elements, the number of array elements, and the beam length are used to roughly simulate the beamforming in an ideal environment, the channel capacity of the transmit antenna, and the user selection in different directions. The images are plotted and the results are analyzed accordingly.

Keywords: MIMO: Beamforming: Channel capacity: user selection

目录

第一章 绪论 6

1.1 课题研究背景 6

1.1.1 MIMO技术简介 7

1.1.2 MIMO建模的必要性 8

1.2选题的意义与研究内容 9

1.3本文的结构 10

第二章 MIMO无线通信理论 11

2.1 信号的传播方式 11

（1） 信号的直线传播 11

（2） 信号的反射 11

（3） 信号的的折射 11

（4） 信号的散射 12

2.2 空时编码技术 12

2.2.1 空时编码技术及其分类 13

2.2.2空时编码技术的未来展望 13

2.3 信道的衰落 13

2.3.1 大尺度的衰落特性 14

2.3.2 小尺度衰落特性 14

2.3.3 多径衰落的特性 15

2.4 无线信道的数学模型 17

2.4.1 非频率选择性的信道模型 17

2.4.2 频率选择性的信道模型 18

2.5 MIMO信道容量的推导 18

2.6 大规模MIMO 20

第三章 Matlab程序仿真 21

3.1 MIMO的波束成形 22

3.2 信道容量的累积概率分布 25

3.3 波束选择 27

3.3.1 发射接收天线的波束选择 27

3.3.2 MIMO的波束选择 32

第四章 总结 35

参考文献 36

第一章 绪论

课题研究背景

第五代移动通信，简称5G，是目前通信领域正在着重研究的新一代无线通信技术，在未来某一天，当第四代移动通信的大厦轰然倒塌，成为历史，它会取代4G扛起第五代信息时代的大旗。

关于第五代通信可以追溯到2009年，华为公司首先对其展开了相关技术的研究，并在预言在2020年左右，第五代移动通信将会步入我们的生活。

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