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【摘要】 MIMO系统为无线通信带来了革命性的变化。本文以影响MIMO信道容量的空域相关性为研究对象，首先阐述了MIMO系统的概念及其技术原理，在此基础上，选取六线均匀环形天线排列建立了空间模型，从均匀分布和非均匀分布两个方面，探讨了相关性系数与信道容量的关联，为MIMO系统建立可靠的通信信道起到了积极作用。
【关键词】 MIMO系统 信道容量 空域相关性
信道作为信号的传输媒介，它的容量大小是衡量系统发送和接受信息能力的主要度量。在新一代的无线通信系统中，利用MIMO的多天线技术，实现信号的同时接受与发射，在相同的频谱资源的情况下有效地提高信道的容量和利用率，在保证通信信号传输的高速、高效、高质方面发挥了重要作用，成为以4G为代表的未来无线通信业务的核心技术之一。
一、MIMO系统的概念及原理
MIMO通信技术又被称为“多输入多输出”通信技术，是在天线分集技术基础上利用空间信道来降低信道容量衰减的一种新型通信技术，是智能天线向多天线演化过程中的产物，对于无线通信来说，如果在传输过程中采用多径传输，往往会引起信道容量的衰落，成为制约通信发展的有害因素之一。与之相对的是，MIMO系统的使用则充分利用多天线的优点达到趋利避害的目标，为无线通信创造了多个并行通信空间，大大降低了通信信号的失真率，成为促进新一代无线通信发展的重点研究领域。由于MIMO系统两端均装有多天线，其系统主要工作原理为：信源信号将信息流传输到空时信号处理系统，经过编码形成过个子信息流经发射天线发出，然后被多径信息通道传输给接受天线，再一次经过解码处理还原信号，MIMO系统得接受和发散天线之间主要是通过多径信道进行连接。对于信道容量来说，在建筑密集的地域中的MIMO无线信道 假设其发射天线为n，接受天线为m，按照瑞利衰落模型分析，此MIMO系统的信道容量主要取决于三个参数：一个是系统的信号带宽，主要指的是信号的最高和最低频率之差，另外一个参数为接受端平均信燥比ρ，这是个重要的随机变量，在一定成都上决定了信道容量的高低；最后则是系统的接受和发射天线数量m，n，取两者的最小值。
二、MIMO系统与无线信道容量的相关性分析
2.1影响无线信道容量的主要因素
理想状态下，MIMO系统的无线信道之间的矩阵是相互独立的，如果排除时、频、空三域的中各子信道的交互影响，无线通信的信道容量可以达到最佳状态。但是在无线通信的实际情况中，相关性成为影响通信信道容量的不可忽视的因素，以频率选择为主的衰落信道，其传递函数主要表现为频域方面的相干性，此时，传递函数如果在一定时间内的传递无显著地变化，则被称为慢衰落信道，相反为快衰落信道。时域相干性也是同样的道理。相比于时域或频率来说，空域相关性对MIMO系统中的多径信道容量造成的损害最为严重，这主要与MIMO系统的天线阵列、路径角度、波长等多个方面有联系，因此，通过减少空域对MIMO系统的相关影响，可以为建立可靠的通信信道奠定理论基础。
2.2MIMO系统中空域相关性与信道容量分析
MIMO系统的天线常见的有均匀环形、均匀线性排列两种，笔者将以六根完全相同的天线构成的环形阵列为例进行分析，六根天线均匀的分布于360°圆周上，每根天线具有全方向性，无线通信的空间分布可以有两种情况：第一种情况为在空间分布上认为是均匀分布，则角能量分布2△的倒数，其中2△为以θ为中心的达到角的范围，如果△较小，通过普拉斯变化可得到第m个和n个天线之间的空间相关矩阵模型，在此基础上通过对均匀分布的仿真实验得知，均匀分布天线之间的相关性系数随天线半径的减小而增加，同时也随△增大而幅值变小。这从另外一个角度说明MIMO系统空域相关性与天线半径有着密切关系，当相关系数接近于0时，MIMO的信道容量达到最大值。第二种情况为在空间分布上认为是非均匀分布，可以得到拉普拉斯和高斯分布条件下的空间矩阵相关模型，拉普拉斯条件分布与均匀分布相关性类似，高斯分布则相关系数的变化并不明显。由此可见，不管是服从哪种分布，如果系统天线如果彼此之间的间距越大、来波角域越宽、达角垂直于阵列方向时，空域相关性越差。通过采用相关系数较小的天线能够提高通信质量，但一定空间范围内，随着MIMO系统天线数量的增加，将导致天线排列距离靠近，使得系统的空间相关系数变大，通信信道容量重新变小。
三、结束语
综上所述，频谱资源有限、无线通信环境复杂是现代通信不得不面对的事实，对于MIMO系统的信道容量研究还存在较大空间，无线通讯信道容量决定了MIMO天线的选择与设计，因此，这就加大对空域相关性的研究力度，成为提高无线通信的信道容量、降低失真率的重要途径。
【关键词】 MIMO系统 信道容量 空域相关性
信道作为信号的传输媒介，它的容量大小是衡量系统发送和接受信息能力的主要度量。在新一代的无线通信系统中，利用MIMO的多天线技术，实现信号的同时接受与发射，在相同的频谱资源的情况下有效地提高信道的容量和利用率，在保证通信信号传输的高速、高效、高质方面发挥了重要作用，成为以4G为代表的未来无线通信业务的核心技术之一。
一、MIMO系统的概念及原理
MIMO通信技术又被称为“多输入多输出”通信技术，是在天线分集技术基础上利用空间信道来降低信道容量衰减的一种新型通信技术，是智能天线向多天线演化过程中的产物，对于无线通信来说，如果在传输过程中采用多径传输，往往会引起信道容量的衰落，成为制约通信发展的有害因素之一。与之相对的是，MIMO系统的使用则充分利用多天线的优点达到趋利避害的目标，为无线通信创造了多个并行通信空间，大大降低了通信信号的失真率，成为促进新一代无线通信发展的重点研究领域。由于MIMO系统两端均装有多天线，其系统主要工作原理为：信源信号将信息流传输到空时信号处理系统，经过编码形成过个子信息流经发射天线发出，然后被多径信息通道传输给接受天线，再一次经过解码处理还原信号，MIMO系统得接受和发散天线之间主要是通过多径信道进行连接。对于信道容量来说，在建筑密集的地域中的MIMO无线信道 假设其发射天线为n，接受天线为m，按照瑞利衰落模型分析，此MIMO系统的信道容量主要取决于三个参数：一个是系统的信号带宽，主要指的是信号的最高和最低频率之差，另外一个参数为接受端平均信燥比ρ，这是个重要的随机变量，在一定成都上决定了信道容量的高低；最后则是系统的接受和发射天线数量m，n，取两者的最小值。
二、MIMO系统与无线信道容量的相关性分析
2.1影响无线信道容量的主要因素
理想状态下，MIMO系统的无线信道之间的矩阵是相互独立的，如果排除时、频、空三域的中各子信道的交互影响，无线通信的信道容量可以达到最佳状态。但是在无线通信的实际情况中，相关性成为影响通信信道容量的不可忽视的因素，以频率选择为主的衰落信道，其传递函数主要表现为频域方面的相干性，此时，传递函数如果在一定时间内的传递无显著地变化，则被称为慢衰落信道，相反为快衰落信道。时域相干性也是同样的道理。相比于时域或频率来说，空域相关性对MIMO系统中的多径信道容量造成的损害最为严重，这主要与MIMO系统的天线阵列、路径角度、波长等多个方面有联系，因此，通过减少空域对MIMO系统的相关影响，可以为建立可靠的通信信道奠定理论基础。
2.2MIMO系统中空域相关性与信道容量分析
MIMO系统的天线常见的有均匀环形、均匀线性排列两种，笔者将以六根完全相同的天线构成的环形阵列为例进行分析，六根天线均匀的分布于360°圆周上，每根天线具有全方向性，无线通信的空间分布可以有两种情况：第一种情况为在空间分布上认为是均匀分布，则角能量分布2△的倒数，其中2△为以θ为中心的达到角的范围，如果△较小，通过普拉斯变化可得到第m个和n个天线之间的空间相关矩阵模型，在此基础上通过对均匀分布的仿真实验得知，均匀分布天线之间的相关性系数随天线半径的减小而增加，同时也随△增大而幅值变小。这从另外一个角度说明MIMO系统空域相关性与天线半径有着密切关系，当相关系数接近于0时，MIMO的信道容量达到最大值。第二种情况为在空间分布上认为是非均匀分布，可以得到拉普拉斯和高斯分布条件下的空间矩阵相关模型，拉普拉斯条件分布与均匀分布相关性类似，高斯分布则相关系数的变化并不明显。由此可见，不管是服从哪种分布，如果系统天线如果彼此之间的间距越大、来波角域越宽、达角垂直于阵列方向时，空域相关性越差。通过采用相关系数较小的天线能够提高通信质量，但一定空间范围内，随着MIMO系统天线数量的增加，将导致天线排列距离靠近，使得系统的空间相关系数变大，通信信道容量重新变小。
三、结束语
综上所述，频谱资源有限、无线通信环境复杂是现代通信不得不面对的事实，对于MIMO系统的信道容量研究还存在较大空间，无线通讯信道容量决定了MIMO天线的选择与设计，因此，这就加大对空域相关性的研究力度，成为提高无线通信的信道容量、降低失真率的重要途径。