通信信号处理课程报告.doc

一 MIMO概念概述 MIMO 表示多输入多输出。MIMO 有时被称作空间多样，因为它使用多空间通道传送和接收数据。MIMO 的优点是能够增加无线范围并提高性能。MIMO技术大致可以分为两类：发射/接收分集和空间复用。传统的多天线被用来增加分集度从而克服信道衰落。具有相同信息的信号通过不同的路径被发送出去，在接收机端可以获得数据符号多个独立衰落的复制品，从而获得更高的接收可靠性。举例来说，在慢瑞利衰落信道中，使用1根发射天线n根接收天线，发送信号通过n个不同的路径。如果各个天线之间的衰落是独立的，可以获得最大的分集增益为n，平均误差概率可以减小到 ，单天线衰落信道的平均误差概率为 。对于发射分集技术来说，同样是利用多条路径的增益来提高系统的可靠性。在一个具有m根发射天线n根接收天线的系统中，如果天线对之间的路径增益是独立均匀分布的瑞利衰落，可以获得的最大分集增益为mn。智能天线技术也是通过不同的发射天线来发送相同的数据，形成指向某些用户的赋形波束，从而有效的提高天线增益，降低用户间的干扰。广义上来说，智能天线技术也可以算一种天线分集技术分集技术主要用来对抗信道衰落。相反，MIMO信道中的衰落特性可以提供额外的信息来增加通信中的自由度(degrees of freedom)。从本质上来讲，如果每对发送接收天线之间的衰落是独立的，那么可以产生多个并行的子信道。如果在这些并行的子信道上传输不同的信息流，可以提供传输数据速率，这被成为空间复用。需要特别指出的是在高SNR的情况下，传输速率是自由度受限的，此时对于m根发射天线n根接收天线，并且天线对之间是独立均匀分布的瑞利衰落的。 图1 系统整体框图 图2 发送端原理图 图3 接收端原理图 四、软件设计思路 程序主流程图如图4所示。 图4 程序主流程图 考虑到模块化编程易于调试的优点，我们编写了大量的子函数，比如复数的加减乘除函数，复数矩阵的减法与乘法函数。 以下几点需要注意： 1．程序直接从文件读取数据而不是随机生成0/1序列。由于天线数目不确定，我们特意编制了文件读取和保存函数，每次读或写2位（bit）。这样，当天线数目变化时，都能保证每根天线得到2位数据进行传输。不过有一种特殊情况，当文件剩余比特数目少于天线数目×2时，程序将自动关闭不能取得数据的天线，比如3根天线关闭1根或2根天线，以实现文件的完整传输。 2．由于天线数目不确定，我们特意编制了一个索引表产生函数tableTraverse，实现诸如以下序列的遍历。 1 1 1 … 1 1 1 1 1 … 1 2 1 1 1 … 1 3 1 1 1 … 1 4 1 1 1 … 2 1 1 1 1 … 2 2 1 1 1 … 2 3 1 1 1 … 2 4 1 1 1 … 3 1 … 4 4 4 … 4 4 1 1 1 … 1 1 … 3．计算误码率是通过文件比较函数fileCompare实现的。 五、实验结果及分析 1．理想信道下MIMO性能比较（component = 8，fd＝0） 由上可见，当天线数目越多时，MIMO系统性能越好，误码率越低。4×4 MIMO在AWGN_SNR ＞ 18左右时，误码率已经接近为0。 2．信道估计下4×4 MIMO性能比较（component = 8，fd＝0） 由上图可知，理想信道与估计信道在AWGN_SNR值较低时相差比较大。要想在信道估计的基础上降低误码率，只有提高AWGN_SNR值。 3．信道估计下4×4 MIMO性能比较（AWGN_SNR = 10） 由上图可知，当AWGN_SNR=10，component=8时，信道估计下4×4 MIMO性能随多普勒频率变化的变化不大。 由上图可知，当AWGN_SNR=10，fd=0时，信道估计下4×4 MIMO性能并不随component数目变化而有大的波动。 六、总结 1．天数数目愈多，MIMO性能愈好。 2．MIMO使用MLD检测算法可以取得最好的传输性能，但天线数目不能太大，否则MLD将耗用大量的计算时间，降低系统效率。 3．要想取得更好的性能，可以增大AWGN的SNR值。 附录（完整的程序代码） #include stdio.h #include stdlib.h #include math.h #include time.h #include string.h #define __DEBUG #define SOURCE_FILE e:\\lena.jpg #define TARGET_FILE e:\\lena_copy.jpg #define BERRECORD_FILE e:\\ber_record.txt #define CHANNELCHANGENUM 200 #define FILEB