4.1 上行链路的天线阵的选择和MATLAB仿真分析
4.1.1 天线的选择
对MIMO系统来说，要进行合理的天线选择，其最佳的方法就是从所有可选择的收发天线中，选出最优天线子集，这是一种最直接、但也是最复杂的办法。因为它需要遍历所有可能的天线子集进行尝试，实用性不强。因此，许多研究者提出了很多次优算法，通过微小的容量损失为代价，尽可能地降低计算量。虽然没有最优算法的效果或性能，但是能接近所期望的性能。先介绍最优天线选择算法。
假定信道是准静态平坦衰落的，信道矩阵H的各元素是独立同分布的。发射机采用全部发射天线，在接收机进行天线选择。在发射端采用空时编码，将进入空时编码器中的数据流进行编码后直接输出到N个发射天线发射出去。MIMO系统的信道可以用信道转移函数矩阵H来表示。信道是瑞利衰落的，是独立同分布，均值为零，方差为1的复高斯变量。接收信号被送到M根接收天线中最好的根天线，空时编码和解码都是理想情况。使用所有天线的MIMO系统的信道容量为：
（4-1）
最优天线选择算法需要对所有可能的接收天线子集进行搜索，找出能使得系统容量最大的子集，用公式表达如下：
（4-2）
4.1.2 天线的选择的matlab仿真
以下我们将对不同天线数目的MIMO系统进行仿真，通过仿真来对比在不同信噪比下的信道容量的变化从而选择一个比较合适的天线数目。
图4-1 四类天线种类的MIMO系统的信道容量和SNR的变化关系仿真图
如上图所示，自上而下分别为8*8MIMO系统性能曲线，4*4MIMO MIMO系统性能曲线，2*2 MIMO系统性能曲线和1*1 MIMO系统性能曲，通过比较，当天线数目越多则MIMO系统的性能越好，当然在实际中，我们更多的采用8*8 MIMO系统，从而获得更高性能的通信质量。
天线选择技术是MIMO通信系统中的关键技术之一，它以相对较低的成本，获得较大的系统容量，大大减少了MIMO系统的复杂度，受到广泛的关注。本章研究了MIMO技术特别是MIMO容量理论，验证了MIMO系统的在容量方面的优越性。通过对不同天线数目的反正进行性能分析，最后确定在8*8的情况下为最优的选择。
4.2 多用户MIMO技术的MATLAB仿真分析
4.2.1 理论分析
多用户检测的想法最早在1979年由Schneider提出来。1983年Kohn发表了基于干扰消除算法的接收器的研究成果。1984年Sergio Verdú提议和分析了最优多用户检测和最大序列检测器，认为多址干扰是具有一定结构的有效信息，理论上证明采用最大似然序列检测可以
逼近单用户接收性能，并有效地克服了远近效应，大大提高了系统容量，从而开始了对多用户检测的广泛研究。
但是 MLSD结构是匹配滤波器加上Viterbi算法，其复杂度为，K为用户数，这在工程上基本无法实现。后来开始研究各种次优化的多用户检测器，它可以用合理的复杂性实现较优化的性能，即在保证一定性能的条件下能够将复杂度降到工程可以接受的程度。次优多用户检测方案，主要分为线性多用户检测和干扰消除多用户检测两个方面。线性多用户检测对传统检测器的输出进行解相关或其他的线性变换以利于接收判决，而干扰消除利用可靠已知信息对干扰进行估计，然后在原信号中减去估计干扰以利于接收判决。
多用户检测技术(Multi-User Detection, MUD)是通过取消小区间干扰来改进性能、提高频谱利用率、增加系统容量的有效手段，现在在第三代移动通信系统中得到广泛的应用。小区实际容量的增加取决于算法的有效性、无线环境和系统负载。除了系统性能的改进，多用户检测还可以有效的缓解远近效应。由于信道的非正交性和不同用户扩频码字的非正交性，导致用户间存在相互干扰，多用户检测的作用就是去除多用户之间的相互干扰。
考虑系统中存在多个用户，每用户只有一根发射天线，而基站有多根接收天线的情形。在这种情况下，所有用户的发射天线与基站的所有接收天线构成了一个大的 MIMO系统。我们把这种情况下的多用户MIMO系统称作MU-MIMO-SDMA系统。整个 MU-MIMO-SDMA 系统可完全等效成一个不相关的单用户的 V-BLAST 系统。其检测算法与 V-BLAST 系统是一致的。
如图4-5所示。假设系统中存在M个用户，每个用户一根发射天线。基站有N根接收天线。为简化分析，本节仅考虑M = N的特殊情况。假设每根天线只发射一个流，用户k的流用来表示，则所有用户发射的数据流组成一个长为M 的矢量X，假设基站接收的信号向量为Y ，信道状态矩阵为一大小为N×M的矩阵H。假设各个用户的衰落是独立的，则H的各个分量是彼此独立的。所以整个MU-MIMO-SDMA系统可等效成一不相关的单用户MIMO系统，所有用户组成的用户集可等效成大的用户，而各个用户发射的数据流组成的集合可以等效成一个大的用户的数据帧经过串并变换后从不同的天线发出的集合，有：Y = HX +N。
4.2.2 多用户MIMO系统的性能仿真与分析
下面我们对各种情况下的系统进行仿真分析。
图4-6 1发送4接收的仿真
图4-7 2发送4接收的仿真
图4-8 3发送4接收的仿真
图4-9 4发送4接收的仿真
图4-9 ZF,ZF-SIC,MMSE,MMSE-SIC的Vblast接收的检测性能仿真