MIMO系统信道模型及信道容量

王华龙

摘 要：MIMO通信技术与正交频分复用OFDM技术相结合是3G移动通信时代和后3G时代的关键技术之一，不仅能进一步提高频谱利用率，抗频率选择性衰落还具有良好的抗多径干扰等能力，本文针对MIMO-OFDM信号检测算法展开研究，在接收端和发送端分别采用多天线能显著地提高系统容量，但容量的提高必须采用合适的信号处理技术，现在有各种方案可应用到MIMO系统，如最大似然（ML）检测算法、迫零（ZF）检测算法、最小均方误差（MMSE）检测算法、V-BLAST检测算法等，人们提出了各种各样的改进算法，为了评估这些信号检测算法的特性，必须建立一个合适的基于MIMO系统的无线信道模型

关键词：OFDM技术；MIMO通信技术；信道容量

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.128

1 MIMO系统的频率选择性信道模型

在实际的MIMO无线系统中由于无线传输线路伴随着各种衰落和多径效应的广泛存在，使MIMO通信系统的信道的频率随时间不断变化。当信道的时延扩展远远大于或相当于符号的持续间隔。发送的信号发生了时间色散现象，这样就引起了码间串扰（ISI），接收端所接收到得信号中包含了经历衰减和时延的发送的多径信号，产生了接收信号失真。这样的信道称为频率选择性信道，如图1所示。

为MIMO系统的信道矩阵。假定信道服从瑞利分布，中的元素是均值为零的高斯随机变量。是MIMO信道在第径，时的信道脉冲响应。当时对应频率平坦性衰落信道矩阵。

信道的协方差矩阵可近似发射端的协方差矩阵与接收端的协方差矩阵的Kronecke积，所以第径MIMO信道脉冲响应的协方差矩阵为，其中和分别是发射端和接收端第径的协方差矩阵。其中为接收角扩展度，为接收天线的间距，为发射角扩展度，为发射天线的间距。

2 无线通信系统信道容量分析

3 小结

MIMO信道的容量在很大的程度上取决于天线之间的相关性能和MIMO信道矩阵的满秩情况。在MIMO信道模型中，考虑相关性的方式类似于通常在波束形成（BF）信道模型中的做法，用一个相关矩阵前乘或后乘信道矩阵来控制天线的相关度，使其成为路径角度、天线间隔和工作波长的函数。

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