北京邮电大学
基于Matlab的MIMO通信系统仿真
班 姓 学
日
级： 名： 号： 期：
目录
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 .......................................................................................................... 错误！未定义书签。 （1） MIMO系统理论 .................................................................................... 错误！未定义书签。 （2） MIMO系统模型 ............................................................................................................................. 4 （3）分集与复用 ................................................................................................ 错误！未定义书签。 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
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一、 概述 （1） 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，它包括将基带数字信号直接送往信道传输的数字基带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。具体的通信流程如上图所示。数字通信具有如下特点:抗特点干扰能力强，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和占用信道频带宽。
二、 基本原理
（1） 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
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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。
（2） MIMO系统模型：
nT 代表发送天线，nR代表接收天线。
信道矩阵：
?h11??h21H?????hnR1h12h22hnR2h1nT??h2nT???hnRnT??nR?nT接收矢量：y?Hx?n，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。
（3） 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。
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? 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）
二进制信息比特序列星座映射调制（x1 x2）编码X1=（x1 -x2*）天线2调制Alamouti发送分集空时编码方案
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k个输入字符映射为一个
nT?p 矩阵，矩阵的每行对应在p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
m?log2M?2。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：
??x1?x2? x????xx ?21?
在第一个发送时刻，符号x1在天线1上发送出去，符号x2在天线2上发送出去。第二个时刻，符号?x2*在天线1上发送出去，符号x1*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h1和h2，在接收端采用最
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