1．目的及意义

1.1 研究目的及意义

近年来,随着无线通信的迅猛发展,多输入多输出（Multiple-InputMultiple-

Output,MIMO)技术已逐渐成为核心技术之一。它在不增加带宽和额外发射功率的前提下,就能够实现高速率传输,使得在有限的频带上能实现更高速率信息的传输,这对于解决当今越来越紧缺的频谱资源提供了有力的技术条件,因此该技术在移动通信系统中有着很广阔的应用前景。然而,在实际通信环境中MIMO的通信性能常常受到无线信道衰落特性的影响,因此MIMO的大规模应用还面临着大量有待解决的问题。故需要对无线MIMO衰落信道的空间特性进行研究,建立合适的无线衰落信道模型,推动MIMO技术的发展。

MIMO系统利用无线信道的多径传播，开发空间资源，建立空间并行矩阵传输通道，利用空时联合处理提高无线通信系统的容量与可靠性。然而，决定空时处理性能的关键因素在于无线传播信道的空时特性。研究表明，只有在无线信道散射传播的多径分量足够丰富的条件下，各对发-收天线单元间的多径衰落才趋于独立，信道矩阵才趋于满秩；如果散射不够丰富或天线单元间距较小等，多径衰落将不完全独立，信道矩阵也非满秩，MIMO信道的空间优势得不到充分发挥，MIMO系统传输方案的性能将下降，即信道传播条件决定了MIMO系统的信道容量。进行MIMO信道模型仿真，有利于模拟各种实际信道条件、评估各种空时处理算法的相对性能、优化设计高性能的通信系统。对于提高频谱效率实现高速率无线通信也具有重要意义。

5G指的是第五代移动通信技术。与前四代不同，5G并不是一个单一的无线技术，而是现有的无线通信技术的一个融合。目前，LTE峰值速率可以达到100Mbps，5G的峰值速率将达到10Gbps，比4G提升了100倍。现有的4G网络处理自发能力有限，无法支持部分高清视频、高质量语音、增强现实、虚拟现实等业务。5G将引入更加先进的技术，通过更加高的频谱效率、更多的频谱资源以及更加密集的小区等共同满足移动业务流量增长的需求，解决4G网络面临的问题，构建一个高速的传输速率、高容量、低时延、高可靠性、优秀的用户体验的网络社会。

1.2 国内外研究现状

MIMO技术并不是近些年才有的，最早在1908年马可尼就提出MIMO技术。但MIMO技术真正对无线移动通信形成一定的影响是上世纪90年代。在ATamp;TBell实验室学者的带动下，MIMO技术才进入一个崭新的阶段迅速发展起来。

鉴于MIMO技术的巨大优势和应用前景，现在越来越多的国内外研究机构都把目光放到MIMO信道建模上及相关技术上，以便走在MIMO技术的前端。

4G网络部署正在如火如荼地进行时，关于5G的研究也拉开了序幕。2012年，由欧盟出资2700亿欧元支持的5G研究项目METIS正式启动，项目分为八个组分别对场景需求、空口技术、多天线技术、网络架构、频谱分析、仿真及测试平台等方面进行深入研究；英国政府联合多家企业，创立5G创新中心，致力于未来用户需求、5G网络关键性能指标、核心技术的研究与评估验证；韩国由韩国科技部、ICT和未来计划部共同推动成立了韩国“5GFo-rum”，专门推动其国内5G进展；中国，工业和信息化部、发改委和科技部共同成立IMT-2020推进组，作为5G工作的平台，旨在推动国内自主研发的5G技术成为国际标准。可见，对于5G的研究，许多国家或组织都在积极地进行中，未来5G技术将使人们的通信生活发展到一个全新的阶段。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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本文以5G MIMO信道为背景，利用matlab软件编写界面，设计5G瑞丽衰落信道、莱斯衰落信道并仿真。观察总结相关性质并与3G、4G系统中MIMO技术进行比较分析。掌握在matlab的开发环境中，控制多个文件和图形窗口，函数嵌套，有条件中断等；对于matlab对许多专门的领域开发的功能强大的模块集和工具箱。并且通过大量练习实现灵活应用。

研究方案：

图1 MIMO信道

对MIMO信道模型的仿真，首先需要对所仿真的MIMO无线信道场景进行选择。仿真的场景是指典型城区、恶劣城区、郊区或者乡村等信道传播环境。

图2 MIMO信道模型的仿真流程

然后选择发射端和接收端的天线阵列结构，即发射端和接收端的天线数目、天线间距以及阵列的拓扑结构(均匀线性阵列ULA或其它结构)等。再输入相应的信道参数，包括信道的多普勒功率谱、角度功率谱（PAS）、到达角（AOA）、离开角（AOD）、角度扩展（AS）等，分别计算MIMO信道收发两端的空间相关矩阵RRX和RTX，并得到MIMO信道的整体相关矩阵RMIMO，再对RMIMO进行相应的矩阵分解得到MIMO信道空间相关矩阵C；接下来按照信道的PDP进行各个支路的功率分配，再根据上一章所述的方法产生相关衰落系数。最后，由上面的计算结果，得到抽头延迟线仿真模型中的各个抽头的系数矩阵Ai，并最终得到MIMO信道矩阵H。如图2所示。3. 参考文献

[1] Guillem Femenias; Felip Riera-Palou;Xavier Mestre; Juan J. Olmos. Downlink Scheduling and Resource Allocation for5G MIMO-Multicarrier: OFDM vs FBMC/OQAM. IEEE Journals amp; Magazines. 2017,35(12):2708-2722
[2] Yue Xiao; Lixia Xiao; Lilin Dan; Xia Lei. Spatial modulaiton for 5G MIMOcommunications. 19th International Conference on Digital SignalProcessing (DSP). 2014

[3] Jeffrey G. Andrews, Stefano Buzzi, WanChoi, et al. What Will 5G Be? IEEE Journal on Selected Areas in Communications,2014, 32(6):1065-1082

[4] V Jungnickel, K Manolakis, W Zirwas.The role of small cells, coordinated multipoint, and massive MIMO in 5G. IEEECommunications Magazine》 , 2014 , 52 (5) :44-51

[5] C.Oberli, B.Daneshrad. Maximumlikelihood tracking algorithms for

MIMO-OFDM [J] Communications, 2004 ,(6).

[6] FarhanKhalid .Advances in MIMOTechnique For Mobile Communication-A Survey

[J].Scientific Research,2010.

[7] 孟令哲.无线MIMO系统的仿真与实践[D].大连.大连理工大学，2010.

[8] 任立刚等.移动通信系统中的MIMO技术[J].现代电信科技，2004，42-45.

[9] 宋梅等.MIMO OFDM:新一代移动通信核心技术[J].中国数据通信，2003，102-105.

[10] 刘学勇.详解Matlab通信系统建模与仿真[M].电子工业出版社.2011.11.344-362.

[11] 刘卫国.Matlab程序设计与应用[M].高等教育出版社.2006.12.39-84.
[12] 黄丘林. MIMO无线通信技术研究[D]. 西安电子科技大学, 2007.
[13] 秦飞，康绍丽．融合、演进与创新的5G技术路线[J]．电信网技术．，2013，9：11-15
[14] METIS．Mobileandwirelesscommunicationsenablersforthe2020informationsociety．In：EU7thFrameworkProgrammeProject，https：//www．metis2020．com
[15] 鲍欣欣. MIMO信道建模与信道容量研究[D]. 西安电子科技大学, 2009. 1．目的及意义

1.1 研究目的及意义

近年来,随着无线通信的迅猛发展,多输入多输出（Multiple-InputMultiple-

Output,MIMO)技术已逐渐成为核心技术之一。它在不增加带宽和额外发射功率的前提下,就能够实现高速率传输,使得在有限的频带上能实现更高速率信息的传输,这对于解决当今越来越紧缺的频谱资源提供了有力的技术条件,因此该技术在移动通信系统中有着很广阔的应用前景。然而,在实际通信环境中MIMO的通信性能常常受到无线信道衰落特性的影响,因此MIMO的大规模应用还面临着大量有待解决的问题。故需要对无线MIMO衰落信道的空间特性进行研究,建立合适的无线衰落信道模型,推动MIMO技术的发展。

MIMO系统利用无线信道的多径传播，开发空间资源，建立空间并行矩阵传输通道，利用空时联合处理提高无线通信系统的容量与可靠性。然而，决定空时处理性能的关键因素在于无线传播信道的空时特性。研究表明，只有在无线信道散射传播的多径分量足够丰富的条件下，各对发-收天线单元间的多径衰落才趋于独立，信道矩阵才趋于满秩；如果散射不够丰富或天线单元间距较小等，多径衰落将不完全独立，信道矩阵也非满秩，MIMO信道的空间优势得不到充分发挥，MIMO系统传输方案的性能将下降，即信道传播条件决定了MIMO系统的信道容量。进行MIMO信道模型仿真，有利于模拟各种实际信道条件、评估各种空时处理算法的相对性能、优化设计高性能的通信系统。对于提高频谱效率实现高速率无线通信也具有重要意义。

5G指的是第五代移动通信技术。与前四代不同，5G并不是一个单一的无线技术，而是现有的无线通信技术的一个融合。目前，LTE峰值速率可以达到100Mbps，5G的峰值速率将达到10Gbps，比4G提升了100倍。现有的4G网络处理自发能力有限，无法支持部分高清视频、高质量语音、增强现实、虚拟现实等业务。5G将引入更加先进的技术，通过更加高的频谱效率、更多的频谱资源以及更加密集的小区等共同满足移动业务流量增长的需求，解决4G网络面临的问题，构建一个高速的传输速率、高容量、低时延、高可靠性、优秀的用户体验的网络社会。

1.2 国内外研究现状

MIMO技术并不是近些年才有的，最早在1908年马可尼就提出MIMO技术。但MIMO技术真正对无线移动通信形成一定的影响是上世纪90年代。在ATamp;TBell实验室学者的带动下，MIMO技术才进入一个崭新的阶段迅速发展起来。

鉴于MIMO技术的巨大优势和应用前景，现在越来越多的国内外研究机构都把目光放到MIMO信道建模上及相关技术上，以便走在MIMO技术的前端。

4G网络部署正在如火如荼地进行时，关于5G的研究也拉开了序幕。2012年，由欧盟出资2700亿欧元支持的5G研究项目METIS正式启动，项目分为八个组分别对场景需求、空口技术、多天线技术、网络架构、频谱分析、仿真及测试平台等方面进行深入研究；英国政府联合多家企业，创立5G创新中心，致力于未来用户需求、5G网络关键性能指标、核心技术的研究与评估验证；韩国由韩国科技部、ICT和未来计划部共同推动成立了韩国“5GFo-rum”，专门推动其国内5G进展；中国，工业和信息化部、发改委和科技部共同成立IMT-2020推进组，作为5G工作的平台，旨在推动国内自主研发的5G技术成为国际标准。可见，对于5G的研究，许多国家或组织都在积极地进行中，未来5G技术将使人们的通信生活发展到一个全新的阶段。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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本文以5G MIMO信道为背景，利用matlab软件编写界面，设计5G瑞丽衰落信道、莱斯衰落信道并仿真。观察总结相关性质并与3G、4G系统中MIMO技术进行比较分析。掌握在matlab的开发环境中，控制多个文件和图形窗口，函数嵌套，有条件中断等；对于matlab对许多专门的领域开发的功能强大的模块集和工具箱。并且通过大量练习实现灵活应用。