MIMO通信系统的空时编码和信道估计技术研究与实现.pdf

国防科学技术大学
硕士学位论文
MIMO通信系统的空时编码和信道估计技术研究与实现
姓名:于莉娜
申请学位级别:硕士
专业:信息与通信工程
指导教师:王莹
2010-11
国防科学技术大学研究生院硕士学位论文
摘要
MIMO(Multiple Input Multiple Output)通信系统采用空间分集和空间复用技
术,能够充分利用空间资源,在不增加系统带宽和天线发射总功率的情况下,显
著地提高了系统的频谱利用率,大大提高了系统容量。因此,得到了广泛的应用。
本文重点研究 MIMO 通信系统的空时编码和信道估计技术,及其硬件实现方
法。
首先,本文研究了 MIMO 通信系统的基本模型;分析了 MIMO 系统的容量以
及信道相关性对信道容量的影响,并通过计算机仿真验证了 MIMO 通信系统能够
显著提高系统容量,且信道相关性越强对系统容量的影响越大。
其次,针对中频实验系统的搭建,分析了空时编码的 Alamouti 编码方案及其
性能;总结了平坦 Rayleigh 衰落的信道估计技术;研究了典型的 MIMO 信道模型
的仿真方法,并基于传统的平坦 Rayleigh 衰落的 Clake 模型,给出了 2 发 1 收 MIMO
系统信道模型的仿真方法,该方法能够模拟相互独立的或具有一定空间相关性的
MIMO 信道特性。
然后,针对典型的信道模型、Alamouti 编码算法,以及信道估计算法,在中
频实验平台上,采用 VHDL 语言在 FPGA 上完成了部分算法的硬件实现,并给出
了部分实验结果。
最后,根据系统调试的需要,利用 Delphi 软件,编写了相应的调试软件平台,
实现了信道参数的实时调整,以及关键模块的参数控制。
主题词:MIMO、空时编码、信道估计、信道仿真、Clake 模型、FPGA、Delphi
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国防科学技术大学研究生院硕士学位论文
ABSTRACT
In MIMO (Multiple Input Multiple Output) communication system, spatial
diversity and spatial multiplex gains can be obtained, and hence bandwidth efficiency
and system capacity can be evidently improved without augmenting the system
bandwidth or the power of the antenna. Currently MIMO technology has been
employed in many applications.
In this thesis, we focus on space-time coding, channel estimation and hardware
implementation of MIMO systems.
Firstly the signal model of MIMO systems is described. We analyze the impact of
the channel relativity on channel capacity and shows that MIMO technology can
enhance system capacity. However, system capacity will decrease with the relativity of
channel coefficients.
Secondly the performance of Alamouti code is analyzed in an IF experimental
system. The technologies of channel estimation of flat Rayleigh fading are summarized.
Based on the classical simulation methods of MIMO channel models, we propose a
method to simulate the channel of an MIMO system with 2 transmitters and 1 receiver.
The method can also be applied to simulate the channels of MIMO system