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det??Im?Q??0 （2.32）

通过查找（2.32）的根，即可计算出信道矩阵的奇异值λ。 式（2.32）左边的特征多项式P（λ）为

p????det??Im?Q? （2.33）

其幂次为m，因为在det??Im?Q?的拉普拉斯最小项乘积式中，??Im?Q?的每一行对应λ的一次乘积项。由于复系数m次多项式刚好有m个零点，特征多项式可写成:

P?????????i? （2.34）

i?1m

式中，?i是特征多项式P（λ）的根，等于信道矩阵的奇异值。（2.32）可以写为：

?????i??0 （2.35）

i?lm

进而令（2.32）和（2.33）的左边相等

???????det??I1i?lmm ?Q? （2.36）

nT?2用?替换（2.36）中的λ，得到

p????ip?p???（2.37）

??1?n?2??det?Im?n?2Q??

TT??? i?l?m由（2.37）得到的容量公式，可以写成

??P（2.38） C?Wlog2det?I?Q?mn?2??

T??

由于HHH和HHH的非零特征值相等，信道矩阵H和HH的信道容量也相等。如果信道系数是随机变量，则（2.29）和（2.30）表示的是瞬时容量交互信息量。可以通过对所有信道系数的实现取平均得到平均信道容量。

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第3章 MIMO系统容量仿真

3.1 MATLAB简介

MATLAB的名称源自Matrix Laboratory，它是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作，而且利用MATLAB产品的开放式结构，可以非常容易地对MATLAB的功能进行扩充，从而在不断深化对问题认识的同时，完善MATLAB产品以提高产品自身的竞争能力。

MATLAB是MATLAB产品家族的基础，它提供了基本的数学算法，例如矩阵运算、数值分析算法，MATLAB集成了2D和3D图形功能，以完成相应数值可视化的工作，并且提供了一种交互式的高级编程语言—M语言。 3.2 搭建MATLAB仿真平台

首先，用矩阵实验室MATLAB7.0仿真软件搭建仿真平台，为MIMO信道容量公式编程，生成能计算信道容量的M 文件。参数设置见下表：

表3.1参数设置

参数设置 Capacity SNR N M 信道容量 信噪比 发射天线数 接受天线数 本科毕业论文(设计)

Counter 循环数 第 15 页

首先，赋值N、M、SNRmin、SNRmax 等参数，完成计算信道容量子程序的映射任务，程序中采用嵌套的For循环，迭代次数为Counter，求出在设定的信噪比范围内的MIMO信道的信道容量，求其平均值，以减少因信道瑞利衰落带来的仿真数据误差。

同样，用此平台，组合不同的天线，计算不同信噪比下的MIMO信道容量并进行仿真分析。本文计算0dB、5dB、10dB、15dB下的信道容量，并对其进行仿真，最后得出结论。计算容量子程序和主程序流程图分别见图3.1和图3.2

图 3.1计算信道容量子程序流程图

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图3.2 主程序流程图

3.3 MIMO系统信道容量的仿真和结果分析

1、发射天线数nT为4，接收天线nR逐渐增大，4种信噪比下的仿真结果如下图所示：

图 3.3 发射天线为4时，4种信噪比下仿真图