篇一：可靠性研究现状调查报告
可靠性研究现状调查报告
摘要：对可靠性学科的发展历史，涉及领域，研究机构，专家会议，学术期刊，网站论坛，以及预测模型和方法进行了梳理和总结。
关键词：可靠性预测
可靠性学科发展的历史简介
*小结1：各国发展历史。
人们早期对“可靠性”这一概念仅仅从定性方面去理解，而没有数值量度。为了更好地表达可靠性的准确含义，不能只从定性方面来评价它，而应有定量的尺度来衡量它。在第二次世界大战后期，德国火箭专家R．Lusser首先提出用概率乘积法则，将系统的可靠度看成是其各子系统的可靠度乘积，从而算得V—Ⅱ型火箭诱导装置的可靠度为75％，首次定量地表达了产品的可靠性。只是从50年代初期开始，在可靠性的测定中更多地引进了统计方法和概率概念以后，定量的可靠性才得到广泛应用，可靠性问题才作为一门新的学科被系统地加以研究。
美国对可靠性的研究始于第二次世界大战。当时雷达系统已发展很快而电子元件却屡出故障。因此，早期的可靠性研究，重点放在故障占大半的电子管方面。不仅重视其电气性能，而且重视其耐震、耐冲击等可靠性方面。
美国对于机械可靠性的研究，开始于60年代初期，其发展与航天计划有关。当时在航天方面由于机械故障引起的事故多、损失大。于是美国宇航局(NASA)从1965年起开始进行机械可靠性研究，例如，用超载负荷进行机械产品的可靠性试验验证；在随机动载荷下研究机械结构和零件的可靠性；将预先给定的可靠度目标值直接落实到应力分布和强度分布都随时间变化的机械零件的设计中去，等等。
日本是在1956年由美国引进可靠性技术。日本将可靠性技术推广应用到民用工业部门取得很大成功，大大地提高了其产品的可靠度，使其高可靠性产品，例如汽车、彩电、照相机、收录机、电冰箱等，畅销到全世界，带来巨大的经济效益。日本人曾预见到今后产品竞争的焦点在于可靠性。 英国于1962年出版了《可靠性与微电子学》(Reliability And Microelectronics)杂志。 法国国立通讯研究所也在这一年成立了“可靠性中心”，进行数据的收集与分析，并于1963年出版了《可靠性》杂志。
前苏联在50年代就开始了对可靠性理论及应用的研究，1964年，当时的苏联及东欧各国在匈牙利召开了第一届可靠性学术会议。
国际电子技术委员会(1EC)于1965年设立了可靠性技术委员会，1977年又改名为可靠性与可维修性技术委员会。它对可靠性方面的定义、用语、书写方法、可靠性管理、数据收集等方面，进行了国际间的协调工作。
60年代以来，空间科学和宇航技术的发展提高了可靠性的研究水平，扩展了其研究范围。对可靠性的研究，已经由电子、航空、宇航、核能等尖端工业部门扩展到电机与电力系统、机械、动力、土木等一般产业部门，扩展到工业产品的各个领域。当今，提高产品的可靠性，已经成为提高产品质量的关键。今后只有那些高可靠性的产品及其企业，才能在竞争日益激烈的世界上幸存下来。不仅如此，国外还把对产品可靠性的研究工作提高到节约资源和能源的高度来认识。这不仅是因为高可靠性产品的使用期长，而且通过可靠性设计，可以有效地
利用材料，减少加工工时，获得体积小、重量轻的产品。
在我国，最早是由电子工业部门开始开展可靠性工作的，在60年代初进行了有关可靠性评估的开拓性工作。70年代初，航天部门首先提出了电子元器件必须经过严格筛选。70年代中期，由于中日海底电缆工程的需要，提出高可靠性元器件验证试验的研究，促进了我国可靠性数学的发展。从1984年开始，在国防科工委的统一领导下，结合中国国情并积极汲取国外的先进技术，组织制定了一系列关于可靠性的基础规定和标准。1985年10月国防科工委颁发的《航空技术装备寿命与可靠性工作暂行规定》，是我国航空工业的可靠性工程全面进入工程实践和系统发展阶段的一个标志。1987年5月，国务院、中央军委颁发《军工产品质量管理条例》明确了在产品研制中要运用可靠性技术；1987年12月和1988年3月先后颁发的国家军用标准GJB368—87《装备维修性通用规范》和GJB450—88《装备研制与生产的可靠性通用大纲》，可以说是目前我国军工产品可靠性技术具有代表性的基础标准。 与此同时，各有关工业部门、军兵种越来越重视可靠性管理，加强可靠性信息数据和学术交流活动。全国军用电子设备可靠性数据交换网已经成立；全国性和专业系统性的各级可靠性学会相继成立，进一步促进了我国可靠性理论与工程研究的深入展开。
(本文来自：WwW.xiaOCaofAnweN.Com 小草范文 网:理论性研究报告)*小结2：三个发展阶段。
（1）初期发展阶段
早期的可靠性研究，重点放在故障占大半的电子管方面。多用于军工产品。
30～40年代，两次世界大战。特别二战期间，电子设备常失效。
例：美国运到远东的航空电子设备60%不能使用（运输失效）；
海军舰艇上电子设备70%失效，其中50%仓库中失效；
雷达系统的电子元件问题。
1939年，英国航空委员会《适航性统计学注释》，首次提出飞机故障率≤0.00001次/ h，相当于一小时内飞机的可靠度Rs=0.99999，这是最早的飞机安全性和可靠性定量指标。 二战末期，德火箭专家R·卢瑟（Lussen）把Ⅴ—Ⅱ火箭诱导装置作为串联系统，求得其可靠度为75%，这是首次定量计算复杂系统的可靠度问题。
1942年，美国麻省理工学院，真空管的可靠性问题研究。
（2）可靠性工程技术发展形成阶段
50～60年代，大体上确定了可靠性研究的理论基础及研究方向。
1952年，美国军事工业部门和有关部门成立AGREE（Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment，国防部电子设备可靠性顾问团），研究电子产品的设计、制造、试验、储备、运输及使用。
至60年代后期，美国约40%的大学设置了可靠性工程课程。
日本，1958年成立可靠性研究委员会。1971年起每年召开一次可靠性与维修性学术会议。前苏联，1950年起，开始研究机器可靠性问题。
这一阶段，可靠性研究工作从电子产品扩展到机械产品，从军工产品扩展到民用产品。
（3）可靠性发展的国际化时代
1965年国际电子技术委员会设立了可靠性技术委员会TC—56（1977年改名为可靠性与维修性技术委员会）。
从70～80年代起，可靠性理论研究从数理基础发展到失效机理的研究；
形成了可靠性试验方法及数据处理方法；
重视机械系统的研究；
重视维修性研究；
建立了可靠性管理机构；
颁布了一系列可靠性标准；?
ˉ 国内可靠性研究的发展和现状：
第一个五年计划（1953年）以来，开始可靠性技术教育。
60年代初，广州设立可靠性环境试验研究所（电子元件）。70年代后开始注重可靠性工作：
（1） 各行业相继成立可靠性学术组织；
（2） 大力开展可靠性方面的人才培训；
（3） 制定了一些可靠性标准；
（4） 抓产品的可靠性考核工作。
可靠性工作具体有哪些，他们具体在做啥？
1、消费电子可靠性：这大家都非常熟悉了，基本上的工作内容有预计，降额设计，可靠性试验，可靠性增长，环境试验等，现在也算最成熟，从业人员最多的吧
2、半导体可靠性：这个现在国内的到不多，有的话也都只是重点放在失效分析这一块，其实半导体工艺是最关键的，但是国内硅晶片自己生产的很少，所以这方面特别的薄弱，在package这一块到还行，但是就内部晶片和package的内部连接的可靠性又不是特别好。就半导体可靠性来讲主要分三块了，晶片的可靠性，内部连接可靠性和封装可靠性。我比较喜欢做内部连接的，比较好玩，希望以后有机会可靠性做一做。
3、大型产品可靠性（例如汽车整车和生产设备等）：这类产品特别大，系统特别复杂，有时候无法对整个系统进行可靠性试验，这时候只能够针对单个部件逐个进行，这就与我们现在的消费电子产品有所区别了，而这就会生出很多不一样的理念来，不过其它的大家都差不多就是了。
4、军用产品可靠性：军用产品所要求的高可靠性是民用所不一样的，例如导弹等在发射和运行期间不能够出现任何问题，可靠性之高可想而知，为了应付各种挑战，这时候会应用最坏情况分析法，参数漂移法等手段来保证产品的可靠性，这些都是民用产品中很少用到的，不过在美国波音好像是采用了，毕竟飞机可是关乎很多人生命安全的产品呢，哈哈。另外一个和民用产品区别特别大的就是存储可靠性，民用产品不会存在放着一两年再拿出来用的问题，但是武器弹药就很正常，现在战争非常少，很多的武器弹药都是一存几年，但是等发生问题时要求产品的可靠性一样很高，这就出现了存储可靠性的课题，就我的印象好像只是军方在研究存储可靠性的技术。
5、食品可靠性：食品也有可靠性吗，当然有了，否则会出人命的呢。食品主要关注食品安全，但是和可靠性息息相关就是了，这方面我到没怎么了解过，不过需要更多的化学知识，估计转行去做食品安全有比较高的门槛要求。不过有一个同样的东西就是可靠性试验，这食品一样要做哦，否则你拿到一个食品包装打开后发现都碎了肯定不要就是了，这和我们消费产品的可靠性试验就差不多了，呵呵。
6、化妆品等可靠性：化妆品的过期也会出现问题哦，就算不对人产生伤害也不好吗，这时候就也要做化妆品的可靠性，和上面的食品差不多，需要非常专业的化学知识，我是肯定干不来了。另外要提的就是可靠性试验了，呵呵，这就不说啦。
7、医疗器械可靠性（包括药品）：又是人命关天的事情，安全始终和可靠性联系在一起。现在国内的企业知道可靠性的超级少，而做可靠性的更少，很多的医疗事故就是因为可靠性而产生的，这方面没有接触过，所以也不太清楚就是了。
9、原材料可靠性（例如塑料原料等）：原材料的可靠性和产品可靠性是有很大区别的，主要就是在于原材料的特性参数决定，这样一来原材料的可靠性就需要根据产品的特性来制定，而不像消费电子产品有很多大家共通性的东西了，这方面我建议大家多和原材料供应商沟通，你们会了解到很多关于原材料特性的东西，而这些对你开展产品可靠性工作是绝对有帮
助的。
10、电网可靠性：电网的可靠性很多需要马科夫模型来建立，现在的国家电网对这方面也很关注，每年都会通报电网的可靠性，就是我了解不多，有谁比较了解的可以补充一下。
11、网络可靠性：对于网络来讲现在是生活的一部分了，所以可靠性要求是5个9的等级，这方面用到很多可靠性设计的知识，冗余在这里应用非常的广泛。不过现在只是在通信企业中应用了，大家看看老牌的通信企业就是了，他们对这些方法都非常的熟悉，例如Nokia，Simens，Moto，North Telecom，Lucent，Cisco，Juniper，Huawei，ZTE等。
可靠性工程的应用范围很广，做的比较好的还有：
1）建筑工程的可靠性工程，楼房和其他建筑的，如桥梁、隧道的寿命分析
2）核电系统、水电站的可靠性分析
3）导弹及卫星系统
可靠性的应用领域还有：
1）供水系统的可靠性
2）电梯系统的可靠性
3）药品的可靠性
4）社会公共安全系统的可靠性
5）运输系统的可靠性
6）管理决策系统的可靠性
研究机构
? CALCE Electronic Products and Systems Center, Univercity of Maryland美国
马里兰大学CALCE电子产品与系统中心(Computer Aided Life Cycle Engineering Center, 计算机辅助寿命周期工程中心)
座落在美国华盛顿特区郊外的马里兰大学，始建于1859年，是一所历史悠久的著名综合性高等学府。该校的工程学院在全美工程院校中排名第十六位。其中建立于1986年的 CALCE (计算机辅助产品寿命周期工程)电子产品及系统研究中心是工程学院中最大的研究机构之一。曾用名：计算机辅助生命周期工程(cALCE)电子封装研究中心。年预算400万美元。它有6名研究人员，5名技术人员，5名访问学者，7名管理人员，11名教职员。研究领域：设计，制造，试验集成可靠的、成本效益好的电子产品封装系统；关连系统的可靠性，设计和实质上的合格，加速合格和质量保证；生命周期成本分析和废弃战略。
? 北京航空航天大学可靠性工程研究所
北航工程系统工程系、可靠性工程研究所创建于1985年。多年来，系、所根据可靠性系统工程学科具有较强的交叉性、综合性和实践性特点，面向国民经济主战场,为推进可靠性系统工程在我国的发展与应用做出了重要贡献。系、所拥有可靠性系统工程领域国内一流的师资力量和教学科研条件，全系教工98人，其中教授11人、副教授30人、并外聘有各技术领域专家、顾问数十人已形成了具有较强的系统性、综合性的“技术与管理高度综合”、“理论与实践相互促进”、“硬件和软件互相渗透”、“产、学，研”紧密结合的人才培养机制。建立了从本科到硕士（工程硕士）、博士、博士后在内的完整人才培训体系。
本系现设有可靠性系统工程、可靠性实验工程、软件工程、元器件工程、可靠性信息工程等五个教研室（研究室）及可靠性与环境实验室（部级）、电子元器件破坏性物理分析（DPA）实验室（国家级）等多个实验室。
同时，可靠性工程研究所还挂靠有中国人民解放军总装备部可靠性工程技术中心、国防科技工业可靠性工程技术研究中心、中国航空工业第一集团公司和第二集团公司可靠性工程技术与管理中心等多个国家级和总公司级单位。系、所在“九五” 和“十五”、及“十一五”开年期间，共承担国防可靠性共性技术预研、国防军工基础科研及国防军工技术基础、型号专项等科研课题近500项,研究成果先后获得国家级、部（市）级、校级科技进步成果奖与各级立功奖励50余项，其中国家级2项，部市级30余项。在国际会议及核心期刊上共发表学术及科研论文400余篇，被SCI、EI、ISTP收录70余篇，出版学术专著与教材30余部。
北航失效分析和可靠性物理实验室(Failure Analysis and Physics Research Laboratory or faprl)
隶属于北京航空航天大学可靠性工程研究所。
faprl成立于2006年5月，主要从事产品的健康监控和故障预测(Prognostic Health Management or PHM)、可靠性物理理论和方法、失效分析技术、失效机理、可靠性试验和风险评价、以及其它有关产品质量和可靠性工程方法与技术研究。
faprl每年定期召开“北航失效分析和可靠性物理研讨会”旨在介绍国内外失效分析及可靠性技术研究的 最新成果以及增强各单位之间的技术交流与沟通。
faprl的宗旨是不断地扩展研究领域，深入PHM技术研究、完善科研环境；在承担并完成国家任务，完成各类电子器件与系统可靠性分析项目的基础上，加强与企业及可靠性工程单位的合作，为企业提供各类可靠性技术咨询和服务。
? 哈工大先进动力控制与可靠性研究所
哈尔滨工业大学先进动力控制与可靠性研究所其前身是成立于1998年的哈工大动力工程控制与仿真研究所。研究所现有教师14名，其中教授6名（博士生导师4名，兼职教授3名），副教授3名。兼职博士生导师是MIREA大学等离子物理实验室主任A.I. Bugrova，兼职教授有大连理工大学等离子体科学与工程研究中心主任王晓刚教授和航天三院史新兴研究员；在研究所客座工作的副教授有闫国军博士，江滨浩博士。
主要研究领域：航空、宇航和民用动力相关的控制、建模、实验技术和相关的基础理论与应用研究。近期主要研究课题包括等离子体推进器理论和实验研究、涡轮发动机控制与仿真、冲压发动机控制、发电厂及电力系统控制和数据挖掘技术及应用、大型旋转机械非线性振动、旋转机械故障诊断人工智能技术、电磁轴承转子系统设计和流固耦合振动问题等。实验室建有汽轮机组轴系模拟试验台、超临界汽轮发电机组转子轴承系统试验台、自动平衡试验台、全尺寸航空发动机实验台、高速滚动轴承实验台及振动测试系统，等离子发动机大型真空实验系统，发动机控制系统半实物仿真台。
近十年来，研究所共完成国家“八五”、“九五”重点攻关项目、863项目及国防预研项目和自然科学基金项目20余项，获国家级奖励1项，省部级奖励6项，申请专利8项。国内首次研制出汽轮发电机组状态监测故障诊断系统，现有35套系统应用于十五个电厂、化工厂及航空发动机试车台。在国内首次研制成功第二代等离子发动机样机，性能指标达到国际先进水平。
研究所近十年发表在国内外刊物的论文近300篇，其中被EI、SCI收录38篇。
? IEEE Reliability Society(IEEE 可靠性协会)
? Society of Reliability Engineer国际可靠性工程师协会
可靠性工程师协会(SRE)是全球最大的可靠性工程专业团体之一，在美国和全球范围内
篇二：一份规范的应用性研究课题结题报告
一份规范的应用性研究课题结题报告，其基本结构大致包括以下10个部分（也可分为8个部分）：
1、课题提出的背景；
2、课题研究的意义（包括理论意义和现实意义，这个部分也可以合并归入“课题提出的背景”部分）；
这两个部分着重回答“为什么要选择这项课题进行研究？”
3、课题研究的理论依据；
4、课题研究的目标；
5、课题研究的主要内容；
6、课题研究的方法；
7、课题研究的步骤；
8、课题研究的主要过程；
从3--8部分，回答“这项课题是怎样进行研究的？”
结题报告的这8个部分，除了第8部分外，从第1到第7部分在填报课题立项申报表、在制定课题研究方案、在开题报告中，都有要求，内容基本相同。到了撰写结题报告时，只须照抄或作适当修改就可以了。而第8部分，则需要通过对课题研究过程进行回顾、梳理、归纳、提炼。有时候，第7、8两个部分也可以合并写。
9、课题研究成果；
这个部分是回答“课题研究取得哪些研究成果？”
10、课题研究存在的主要问题及今后的设想。
实验性研究课题结题报告的结构，基本上与应用性研究课题结题报告相同。它们之间的差别在3个地方：
1、研究报告中的第3部分“课题研究目标”，在实验报告中应改为“实验假设”。
2、研究报告中的第9部分“课题研究成果”，在实验报告中应改为“实验结果与分析”。
3、研究报告中其他部分的标题中的“课题研究”，应改为“课题实验”。
研究方法,手段
这一部分主要是向读者交代研究方法及研究过程,目的是为了让读者了解整个研究的全过程,以便评价整个研究在方法论和教育理论研究上的科学性和客观性,让读者据此决定是否承认和接受该项研究所得出的结果.
研究方法的介绍主要包括:研究对象的取样和选择,研究因素的操作与控制,资料的收集与处理等方面所采用的方法与实施的技术手段.此
外,还应包括对研究课题中出现的主要概念的定义和阐述,以及对研究所采用的特殊工具,设备以及一些特殊方法手段的介绍.如果这一部分内容较多,或附有设计的图纸,量表,调查问卷,测试题等,应以附录的形式附在后面.方法的介绍应注意条理清楚,交代明白,使别人可以据此重复研究,而具体实施的措施介绍则未必如课题设计方案那样周详细致了.研究方法的介绍常常可按研究过程的顺序逐一展开,在介绍过程中如果涉及一些专业性的概念或说法,则应注意用词的准确性.
四,结果,讨论
结果是研究报告的实质部分,撰写这一部分的主要目的,就是要将研究结果作为客观事实呈示给读者.这一部分主要包括两个内容:一是对在研究中所收集的原始文献资料和观察资料,实验资料经过初步整理,分析的结果,如对定性资料的归纳,列条,对定量资料列出图表等;二是对资料初步整理分析后,采用一些逻辑或统计的技术手段,推断出研究的最后结果或结论.与其他学科研究报告有所不同的是,教育科学一些研究者往往更注重定性分析,更注重举例说明问题,即使数据,往往也停留在例举和罗列的水平上.有鉴于此,应该强调,在研究报告中既要重视定性的分析,更要注重定量的分析,既可以有一两个典型事例或一些数据为佐证,更要有对客观数据资料的统计分析处理.撰写这一部分时应注意以下几点:
1.不可以一概全,单纯从逻辑的角度推出结论,而要重视定量与定性的综合分析.
2.对于数据资料,不应停留在仅仅作为事例例举的水平上,而应采用
一些统计分析的技术,从数量的变化中揭示事物的本质属性.
3.在统计图表上出现过的事实,没有必要再用文字重复叙述,只要指出这些数字所说明的问题即可.
4.结果仅仅是对研究所收集的事实材料的客观归纳.在这一部分只可以例举客观材料,严谨地提出结论,切忌夸夸其谈,妄下结论,任意引申和发挥.
5.研究结果应以事实与数字为主,文字叙述要简洁明了,结论要明晰准确.
讨论是对研究研究者根据研究得出的客观事实和结论,结合自己对教育理论和实践的认识和了解,通过分析和思考,对当前教育理论和实践的发展提出自己的认识,建议和设想.因此,这一部分常常以"分析与讨论","讨论与建议","几点建议","几点思考"等作标题.
结果与讨论合而为一,或先呈示结果,接着讨论,或夹叙夹议,交叉进行.然后,无论形式如何,我们应该明确地看到它们之间的本质区别.研究结果呈现的是研究中的客观事实,它应该是基本肯定的,并可以在相同的研究中重复出现,而讨论则是主观的认识与分析,是研究者将研究的结果引向理论认识和实践应用的桥梁.
对研究结果的认识,可以是仁者见仁,智者见智,但作为研究报告的撰写者,必须对研究结果有一个全面透彻的分析.这就要求报告的撰写者既亲身经历研究的全过程,有充分的感想和体会,又谙熟教育理论与教育实践,善于提出问题和思考问题,善于从理论的角度,逻辑的角度,实践的角度,多角度地进行分析和讨论.在分析和讨论中,可以沿用一些
理论与说法,可以提出一些改进教育,教学的意见,建议和措施,可以提出个人的一些看法,想法和思考,也可以提出新的问题,新的设想,以留待进一步研究.
这一部分应根据实际内容的多少,将研究者的观点一一列出.所列出的观点应条理清楚,观点鲜明,切忌含糊其词,冗长拖沓.
五,附录,附注
在研究过程中所收集的一些客观材料,所采用的一些工具,设备,资料等常常在表述研究结果,论证研究结论,或进行重复研究时有举足轻重的地位,它对于读者了解研究过程,分析与评论研究结果与结论,也是十分必要的.这样的资料常常作为附录,列在研究报告的后面.附录主要包括以下三方面的内容:
一是研究中参考,引用的文献资料目录.这是最常见的一种附录,一般以"参考文献"为标题,开列出文献资料的目录.一般的书写方式是以阿拉数字为序号,然后列出作者姓名,文献名及出处.如果文献刊载于报刊上,出处应注明刊载报刊的名称和期数,如果文献是一本书的某一章节,则注明书名,第几章及出版单位,出版时间及版本.
二是研究中所收集的重要原始资料.所附原始资料要坚持少而精的原则,切忌累赘,繁杂.
三是研究中所采用的设备,工具和手段.如研究过程中所使用的仪器,设备,测验量表,调查问卷,测试卷等都可以附在研究报告后面,提供给读者或供结题验收,评审时参考.
经过以上工作,一份研究报告基本完成.这时,可再系统地看一遍或几遍,
以检查整篇研究报告观点是否正确,事实是否确凿,思路是否清晰,结论是否严谨.最后再核对一下数据,并对文字作系统的推敲和润色,使报告逐步趋于完善.
篇三：MIMO技术原理与性能研究报告
MIMO技术原理与性能研究报告
摘要
为适应发展的需要，未来移动通信系统将要求能够支持高达每秒数十兆甚至数白兆比特的高速分组数据传输，在无线资源日趋紧张的情况下，采用MIMO（multiple-input-multiple-output）无线传输技术，充分挖掘利用空间资源，最大限度地提高频谱利用率和功率效率，成为下一代移动通信研究的关键所在。
根据项目要求，我们将在大量参考前人研究成果的基础上，详细阐述MIMO技术的产生背景、理论基础、关键技术以及在未来宽带无线通信中的应用前景。与此同时，给出相关性能的仿真结果。
全文内容安排如下：第1章简要介绍MIMO发展的背景、历程，以及其主要技术特征。第2章详细地讲述了MIMO技术的数学模型、基本原理以及系统性能增益。第3章阐述MIMO的空时处理技术，包括空时格码、空时块码和分层空时码。第4章介绍了MIMO技术几种关键技术，包括MIMO系统的信道估计。均衡以及天线设计。第5章介绍了MIMO技术在未来移动通信系统中的应用。
第 1 章 绪论
1.1 研究背景
新一代移动通信系统所追求的目标就是任何人，任何时候可以与任何地方的任何人进行通信，并要求能以更低成本提供上百兆bits/s的多媒体数据通信速率，显然必须开发高频谱效率的无线传输方案才可能实现此目标。而随着无线通信技术的快速发展，频谱资源的严重不足己经日益成为遏制无线通信事业的瓶颈。所以如何充分开发利用有限的频谱资源，提高频谱利用率，是当前通信界研究的热点课题之一。追求尽可能高的频谱利用率已成为并且在今后仍然是一个充满挑战的问题。这种挑战促使人们努力开发高效的编码，调制及信号处理技术来提高无线频谱的效率。MIMO技术被认为是未来移动通信与个人通信系统实现高速率数据传输，提高传输质量的重要途径。近几年来，对无线系统中使用多天线以及空时编码与调制技术的研究己成为无线系统中新的领域，而且在理论和实践上也日渐成熟。当前，空时处理技术已经引入3G系统、4G系统、固定和移动IEEE 802.11协议和无线局域网IEEE 802.21协议等标准中，而且使用空时技术的专利产品也己经出现。
从理论上可以证明，如果在发射端和接收端同时使用多天线，那么这种MIMO系统的内在信道并行性必然在提高整个系统容量的同时，提高系统性能。如果接收端可以准确地估计信道信息，并保证不同发射接收天线对之间的衰落相互独立，对于一个拥有n个发射天线和m个接收天线的系统，能达到的信道容量随着min(n，m)的增加而线性增加。也就是说，在其他条件都相同的前提下，多天线系统的容量是单天线系统的min(n，m)倍。因此，多天线信道容量理论的提出无疑给解决高速无线通信问题开辟了一条新的思路。
1.2 MIMO技术概述
MIMO技术利用多个发射天线和多个接收天线来抑制信道衰落，提高信道容量，提高频谱利用率。MIMO信道是在收发两端使用多个天线，每个收发天线之间形成一个MIMO子信道，假定发送端存在nR个发送天线，接收端有nT个接收天线，在收发天线之间形成nR?nT信道矩阵H，如下：
?h11h12
?
?h21h22
H????
???hnR1hnR2h1nT?
?
?h2nT?
（1-1） ????
?hnRnT???
其中H的元素是任意一对收发天线之间的子信道。当天线相互之间足够远的距离时，各发送天线之间到各接收天线之间的信号传输就可以看成是相互独立的，矩阵H的秩较大，理想情况下能达到满秩。如果收发天线相互之间较近，各发送天线到各接收天线之间的信号传输可以看成是相关的，矩阵H的秩较小。因此MIMO信道容量和矩阵H的大小关系密切。目前较为典型的实现方法是仅仅在基站处配备多副天线，达到降低移动终端的成本和复杂性的目的。如果不知道发送端的信道消息，但是信道矩阵的参数确定，且总的发射功率P一定，那么把功率平均分配到每一个发送天线上，则容量公式为：
C?log2det(InR?
?
nT
HHH) （1-2）
考虑满秩MIMO信道，nR＝nT＝n，则秩为n，且矩阵H是单位阵，HHH＝
In?n，可以得到容量公式：
C?log2
deInt(?
?
n
In??)
i?1
n
lo?(1?n2
n
?
)
2
（1-3） ?g(1n
?
)
从上式可以看出，满秩MIMO信道矩阵H在单位阵情况下，信道容量在确
定的信噪比下随着天线数量的增大而几乎线性增大。也就是说在不增加带宽和发送功率的情况下，可以利用增加收发天线数成倍地提高无线信道容量，从而使得频谱利用率成倍地提高。同时可以利用MIMO技术地空间复用增益和空间分集增益提高信道的可靠性，降低误码率，若进一步将多天线发送和接收技术与信道编码技术相结合，还可以极大地提高系统的性能。目前MIMO技术领域的研究热点之一是空时编码，空时编码技术真正实现了空分多址。空时码利用空间和时间上的编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。总之MIMO技术有效利用了随机衰落和多径传播力量，在同样的带宽条件下为无线通信的性能带来改善。
第 2 章 MIMO系统的基本原理
2.1 无线信道的数学模型
为了便于分析MIMO空时信道，有必要从数学模型的角度对多径进行分析。一个带通信号如下：
sb(t)?Re{s(t)e
j2?fct
}（2-1）
假设信道包含L条路径，则接收到的带通信号和等效低通信号可以表示为
xb(t)?Re{x(t)exb(t)?
j2?fct
} （2-2）
??(t)e?
ll?1
L
jl(t)
s(t??l(t))??(t) （2-3）
对于非频率选择性信道，时延扩展相对于码元周期很小，因此有如下假设：
s(t??l(t)? )（2-4） )s(t
如果信道中有L条多径存在，则接收信号可以表示为
x(t)?s(t)
??(t)e?
ll?1L
L
jl(t)
??(t) （2-5）
其中，定义复乘系数为
?(t)???l(t)ej?(t)（2-6）
l
l?1
则有
?(t)??R(t)?j?I(t)??(t)ej?(t)（2-7）
?R(t)???l(t)cos(?l(t))（2-8）
l?1L
L
?I(t)???l(t)sin(?l(t))(2-9)
l?1
2.1.1 瑞利衰落信道
如果满足路径的数量很多，且没有视距路径的条件，根据中心极限定理，式（2-9）、式（2-10）中所定义的?R(t)和?I(t)可以看成独立高斯随机过程，则接收信号可以表示为
x(t)??(t)s(t)??(t) （2-10）
式中?(t)为零均值复高斯随机变量，式中?(t)为零均值复高斯随机变量，以
?R、?I表示?R(t)、?I(t)中的采样，?(t)??R(t)?j?I(t)??(t)ej?(t)。即有
和?I?N(0,?2)，于是?可以描述成零均值复高斯随机变量。 ?R?N(0,?2)
f?R,?I
?R2??I2
(?R,?I)?exp(?)（2-11） 22
2??2?
1
引入(a?,
(a,?)，得
)以a??a??)表示衰落幅度，，
??arc?taIn?(??,?表示衰落相位。用雅格比变换将)(?R,?I)转换成R?
a2
exp(?2) （2-12）fa,?(a,?)? 2
2??2?
a
通过两个随机变量分别求边缘概率密度有
2?
f?(a)?
?
a2
fa,?(a,?)d??2exp(?2)（2-13）
?2?
a
?
f?(?)?
?
fa,?(a,?)da?
1
(2-14) 2?
两个变量分别服从瑞利分布和均匀分布。这就是瑞利衰落，多发生在城市地区的陆地移动通信环境（有许多障碍物，几乎没有视距路径）中。
2.1.2 莱斯衰落信道
如果视距路径存在（或者有一条路径占主导地位），不失一般性，将视距路
径定为第一条路径，式（2-6）可以写成
??
??e
ll?1
L
j?l
?R?j????1e???lej?l??R1?j?I?1? I （2-15）?l?2
j?1
LOS成分
L
?R)?j(?I1???I) (2-16) ???R?j?I?(?R1??
假设?R1，?I1是定值，则?是非零均值复高斯随机过程，令?R1和?I1分别取
?R和?R，则：
?R?N(?R,?2) ?I?N(?R,?2)（2-17）
(?R??R)2?(?I??I)2
exp[?](2-18)
f?R,?I(?R,?I)?22
2??2?
1
定义??，??arctan(
(a,?)，得
?I
)，用雅格比变换式将(?R,?I)转换为?R
a2??2?2a?cos(???)exp[?]（2-19）fa,?(a,?)? 2??22?2
a
其边缘概率密度为
a2??2a?
)I() （2-20） fa(a)?22exp(? 0
?2?2?2
a
这就是莱斯分布，主要发生在郊区得陆地移动信道和卫星信道。
2.2 MIMO系统模型
考虑一个点到点的MIMO通信系统，该系统包括nT个发送天线和nR个接收天线。系统框图如图2-1所示：
图2-1 MIMO系统结构图
在系统的每一个符号周期内，发送信号可以用一个nT?1的列向量