G移动通信系统中的空间分集技术Word下载.doc

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空间分集技术是MIMO的基本入门技术。

本文通过对空间分集技术的研究背景和无线信道的衰落特征做了简要介绍，对空间分集技术中分集技术和合并技术作了比较详细分类与研究，重点对最大比值合并、等增益合并、选择式合并技术做了详细的推论与对比，并进行了性能仿真研究，对比三种合并方式的性能；

对Alamouti发射分集方案进行性能分析并仿真，对最大合并比方案与Alamouti发射分集方案进行性能比较分析，通过仿真对比其性能。

最后对空间分集的发展提出展望，最终达到了本文的实证价值和研究意义。

关键词：

4G；

MIMO；

空间分集；

Alamouti方案

ABSTRACT

Mobilecommunicationtechnologyhasbecomethefastestgrowingandthelargestmarketpotentialinthefieldofcommunication.TheFourthgeneration--4Gmobilecommunicationsystemcanprovidethedifferentfixedandwirelessplatformsandacrossdifferentfrequencybandsforwirelessserviceinthenetwork,canbeinanyplaceofbroadbandInternetaccess,canprovidepositioningtimeoutsideofinformationcommunication,dataacquisition,remotecontrol,andcomprehensivefunctions.4Gcommunicationsnetworkischaracterizedbybroadbandnetworks,selforganized,mobileandallIP,etc.,tomeetthehightransmissionrateof4Gmobilecommunicationsystemandbroadbandcoveragerequirement,MIMO（Multiple-InputMultiple-Out-put）hasbecomeoneofthekeytechnologies.

MIMOcommunicationsystemhasgoodprospectsfordevelopment,itsdevelopmentisastonishing,alotofresearchandfruitfulresultsquickly.SpacediversitytechnologyisintroductiontothebasicofMIMOtechnology.Inthispaper,throughthestudyofspacediversitytechnologybackgroundanddoabriefintroductionofthefadingcharacteristicsofwirelesschannel,diversityofspacediversitytechnologyiscomparedwithtechnologyandcombinetechnology,detailedclassificationandresearchfocusofmaximalratiocombining,gain,choosethecombiningtechnologysuchasinferenceandcontrastindetail,andtheperformancesimulation,comparedtheperformanceofthethreekindsofcombinationway;

OnAlamoutitransmitdiversityschemeforperformanceanalysisandsimulation,thelargestmergerthanwithAlamoutischemetransmitdiversityschemeforperformancecomparisonanalysis,compareditsperformancethroughsimulation.Finallyputforwardoutlookonthedevelopmentofspacediversity,andeventuallyreachedtheempiricalvalueandresearchsignificanceofthispaper.

Keywords:

4G；

SpatialDiversity；

AlamoutiScheme

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目录

第一章绪论 1

1.1课题背景 1

1.2空间分集技术的发展 2

1.3本文研究内容与章节安排 2

第二章多天线技术 4

2.1多天线技术研究背景 4

2.1.1传统天线向多天线技术的发展 4

2.1.2智能天线向多天线的发展 5

2.2多天线技术基本原理 6

第三章空间分集技术 8

3.1分集技术的概念 8

3.2分集技术的分类 8

3.2.1空间分集 9

3.2.2频率分集 9

3.2.3角度分集 9

3.2.4极化分集 9

3.2.5时间分集 10

3.3空间分集技术原理 10

3.4分集接收技术 11

3.4.1选择式合并（SC） 12

3.4.2最大比值合并（MRC） 12

3.4.3等增益合并（EGC） 13

3.5分集合并性能的分析与比较 13

3.5.1选择式合并的性能 13

3.5.2最大比值合并的性能 15

3.5.3等增益合并的性能 16

3.5.4多重分集系统平均误码率考虑 16

3.6Alamouti发射分集方案 18

3.6.1Alamouti方案的编码原理 18

3.6.2合并和最大似然译码 20

3.6.3多根接收天线的Alamouti方案 21

3.6.4Alamouti方案的性能 22

3.7空间分集性能比较 24

3.7.1经典最大比接收合成（MRC）方案 24

3.7.2多个接收机双分支发射分集 26

第四章仿真实现与结果分析 29

4.1MATLAB简介 29

4.1.1MATLAB语言及特点 29

4.1.2M文件介绍 29

4.1.3MATLAB基本绘图方法 29

4.2分集合并仿真 30

4.3Alamouti发射分集方案仿真 33

4.4空间分集性能比较仿真 34

第五章结论与展望 36

5.1结论 36

5.2展望 36

5.2.1多发射天线和多接收天线系统（MIMO） 37

5.2.2基于分集的空时码结合OFDM 37

5.2.3空时码的编译码看法改进以及与其他技术的结合 37

主要参考文献 38

致谢 39

附录 40

1仿真程序设计框图及程序 40

1.1分集合并程序设计框图 40

1.2分集合并仿真程序 40

1.3Alamouti发射分集方案程序设计框图 46

1.4Alamouti发射分集方案仿真程序 46

1.5空间分集误码率比较程序设计框图 51

1.6空间分集误码率比较仿真程序 51

2外文资料原文 59

3外文资料译文 73

第一章绪论

1.1课题背景

中国移动通信集团总公司总工程师李默芳说:

“世界移动通信业务在过去20年间（或者30年间）增长了80多倍，而各种移动通信技术,例如2G，3G，WLAN等又以惊人的速度发展着，日新月异的通信技术不断提高人们的生活质量：

从传统大功率的单独的基站系统到蜂窝移动系统，本地覆盖到区域覆盖的转换，到现在的全国覆盖，进一步并实现了国内甚至国际漫游，从提供话音业务到提供包括低速数据综合业务,典型例子就是视频通信,手机WAP网站，从模拟移动通信系统（AM,模拟电视）到数字移动通信系统（2G，3G，TD.LTE）……正在商业化的3G技术和正在研究的下一代移动通信技术（TD.LTE）正在实现,或者已经实现了,即任何人在任何地方任何时间与其他任何人进行任何方式的通信。

”

第四代无线通信系统——4G与现有的无线通信系统相比，不但应提供更高的音声质量和更快比特速率的数据服务，而且必须能在不同类型环境下进行可靠工的作，如宏蜂窝、微蜂窝和微微蜂窝的环境，城市、城郊和农村，室内和室外等。

在多径衰落信道中提高质量或降低有效误差率的极其困难的，目前最有效的技术是发射功率控制，但是，这种方法存在两个基本问题：

第一，发射机的动态范围。

发射机要克服某种程度的衰落，必须增加同等量级的发射功率，由于发射功率限制、放大器尺寸和成本等因素，此种方法在4G通信系统中应用是不实际的。

第二，发射机没有接收机经历信道的任何知识，因此，信道信息不得不从接收机反馈到发射机，这导致吞吐量降低，并给发射机和接收机增加相当大的复杂性。

在大多数环境中，天线分集是实际有效，并广泛应用于降低多径衰落效应的技术。

在发射端和接收端同时增加天线，每一个发射天线发送一个独立信号，就形成天线分集通信系统——多入多出（MIMO）通信系统。

MIMO通信系统的核心思想是空时处理。

在这个处理中时间和固定的空间中有多个分布天线的空间维数相匹配。

关键特征是把传统无线传输的障碍，即多径效应，转变为有利于信道容量的能力，利用随机衰落和多径时延分布来增大传输速率。

MIMO无线通信系统起源于天线分集技术与智能天线技术，它是多入单出（MISO）通信系统与单入多出（SIMO）通信系统的结合，具有两者的特征。

结合天线发射分集、接收分集与信道编码技术是无线通信发展的趋势，在多径传播环境中，增大阵元间距与角度扩展以及结合空时处理都有利于捕获、分离与合并多径。

因此，天线分集技术与空时处理技术的结合结果产生了极具潜力的MIMO无线通信技术[1]。

图2.1MIMO系统模型

1.2空间分集技术的发展

尽管MIMO技术是一个崭新的、富有挑战性的研究领域，但是MIMO技术的基础一—空间分集技术并不是一个全新的概念。

简单的空间分集技术在2G系统中就有应用，GSM中使用的多接收天线接收分集就是一种成熟的空间分集技术，在2G基站中经常使用它来提高上行链路范围。

然丽，由于实施代价和空