相互耦合对MIMO通信的影响

这个示例使用:

这个例子说明了天线相互耦合如何影响多输入多输出(MIMO)信道上正交空时分组码(OSTBC)传输的性能。发射机和接收机各有两个偶极子天线元件。在不同的相关和耦合情况下绘制了误码率和信噪比曲线。要运行这个例子，你需要Antenna Toolbox™。

系统参数

QPSK调制的Alamouti OSTBC在2x2准静态频率平坦瑞利信道上模拟[[1]]。该系统以2.4 GHz运行。要模拟的SNR范围为0至10 dB。

FC = 2.4E9;%中心频率元= 2;% Tx天线数量Nr = 2;% Rx天线数量blkLen = 2;％Alamouti代码块长度信噪比= 0:10;%信噪比范围maxNumErrs = 3 e2;％最大错误数maxnumbits = 5e4;％最大位数

创建对象以执行QPSK调制和解调，Alamouti编码和组合，AWGN通道以及BER计算。

qpskmod = comm.qpskmodulator;qpskdemod = comm.qpskdemodulator;ALAMOUTIENC = COMM.OSTBCENCODER（......“NumTransmitAntennas”、Nt);alamoutiDec = comm.OSTBCCombiner (......“NumTransmitAntennas”元,......'numreceiveantennas'、Nr);awgnChanNC = comm.AWGNChannel (......无耦合案例的％'noisemethod'那信噪比(SNR)那......“SignalPower”，1）;bercalcnc = comm.errorate;无耦合案例的％%为相互耦合情况克隆对象AWGNCHANMC =克隆（AWGNCHANNC）;Bercalcmc =克隆（Bercalcnc）;

天线阵列和耦合矩阵

在发射（Tx）和接收（Rx）侧使用两个元件谐振偶极子阵列。在Tx，偶极子间隔开半波长。在Rx，间距是波长的十分之一。

txSpacing = 0.5;rxSpacing = 0.1;λ= physconst ('LightSpeed') / fc;antElement =偶极子(......“长度”，lambda / 2，......“宽度”，lambda / 100）;txarray = lineararray（......'元件'，羚羊，......“NumElements”元,......“ElementSpacing”txSpacing *λ);rxArray = linearArray (......'元件'，羚羊，......“NumElements”，nr，......“ElementSpacing”rxSpacing *λ);

耦合矩阵基于阵列的电路模型，按[[2]]。对发送和接收阵列执行S参数计算，并且从该阵列的阻抗矩阵表示派生。

txMCMtx = helperCalculateCouplingMatrix(txArray, fc， [1 Nt]);rxMCMtx = helperCalculateCouplingMatrix(rxArray, fc， [1 Nr]);

空间相关性矩阵

发射和接收空间相关矩阵捕获信道的传播环境。在不耦合的情况下，假设Tx处的两个元件不相关，Rx处的两个元件相关性高。整个渠道的组合/整体相关矩阵是他们的克罗内克产品。

txCorrMtx =眼(2);rxCorrMtx = [1 0 0;0.9 - 1];combCorrMtx =克朗(txCorrMtx, rxCorrMtx);

通过耦合，我们在[[3]]，将Tx和Rx相关矩阵前后乘以相应的耦合矩阵进行修改。这在假设相关和耦合可以独立建模的情况下是有效的。

txmcrormtx = txmcmtx * txcorrmtx * txmcmtx';rxmcrmtx = rxmcmtx * rxcorrmtx * rxmcmtx';

空间相关性与耦合的组合为克隆亚麻(txMCCorr rxMCCorr)。或者，我们可以将Tx/Rx耦合矩阵“吸收”到Tx/Rx相关矩阵中，推导出组合相关矩阵如下:

txsqrtcorrmtx = txmcmtx * sqrtm（txcorrmtx）;rxsqrtcorrmtx = rxmcmtx * sqrtm（rxcorrmtx）;combmccRormtx = Kron（TXSQRTCorrMTX，RXSQRTCorrmtx）;combmccrormtx = combmcrormtx * combmccorrmtx';

MIMO频道建模

创建两个comm.MIMOChannel对象来模拟有耦合和没有耦合的2x2 MIMO通道。在每种情况下，对组合的空间相关矩阵进行赋值。的MaximumdDopplershift.对象的属性设置为0来建模准静态通道。

mimochanc = comm.mimochannel（......无耦合案例的％'MaximumDopplersHift'，0，......'Spatialcorrelationspececification'那“组合”那......'spatialcorreelationmatrix'，combcorrmtx，......'pathgainseoutputport'，真的）;%为相互耦合情况克隆对象mimochanmc =克隆（Mimochannc）;mimochanmc.spatialcorreelationmatrix = combmccorrmtx;

模拟

在有无天线耦合的情况下，模拟每个信噪比值的QPSK调制Alamouti码。在每次迭代中，通过MIMO信道模拟一个Alamouti代码。为了模拟准静态通道，我们重置了comm.MIMOChannel对象来为每次代码传输(迭代)获得一组新的通道增益。

％设置了一个数字以可视化BER结果h1 =图;网格在;持有在;斧头= GCA;AX.yscale ='log';xlim([信噪比(1),信噪比(结束)]);ylim ([1 e - 3]);包含(“信噪比(dB)”);ylabel（'BER');h1。NumberTitle =“关闭”;h1。Name =正交空时分组编码;h1。渲染器='zbuffer';标题(alamouti编码的2x2系统-高耦合、高相关);s = rng (108);可重复性的％[Bernc，BERMC] =交易（零（3，长度（SNR）））;%循环的信噪比值对于idx = 1:长度(snr) awgnChanNC。信噪比=信噪比(idx);awgnChanMC。信噪比=信噪比(idx);重置(berCalcNC);重置(berCalcMC);而MIN（BERNC（2，IDX），BERMC（2，IDX））<= MAXNUMERRS &&（BERNC（3，IDX）<= MAXNUMBITS）%生成随机数据txData = randi([0 3]， blkLen, 1);%进行QPSK调制和Alamouti编码txSig = alamoutiEnc (qpskMod (txData));％通过MIMO频道重置（MIMOCHANNC）;重置（Mimochanmc）;[Chanoutnc，Estchannc] = Mimochannc（TXSIG）;[Chanoutmc，Estchanmc] = Mimochanmc（TXSIG）;％adgn.rxSigNC = awgnChanNC (chanOutNC);rxSigMC = awgnChanMC (chanOutMC);用已知的信道状态信息执行alamouti解码if (rxSigNC = strcount (strcount (strcount))， strcount (strcount (strcount));drawtext (rxSigMC, close, close)， colorred;％执行QPSK解调rxDataNC = qpskDemod (decSigNC);rxDataMC = qpskDemod (decSigMC);%更新系统Bernc（：，IDX）= BercalCNC（TxData，RxDatanc）;BERMC（：，IDX）= bercalcmc（txdata，rxdatamc）;结束％绘图结果semilogy(信噪比(1:idx), berNC (1,1: idx),的r *);半机（SNR（1：IDX），BERMC（1,1：IDX），“波”);传说（{'频道没有耦合'那“带耦合的频道”});drawnow;结束曲线拟合率fitBERNC = berfit(信噪比、berNC (1:));if (snr, berMC(1，:));fitBERNC semilogy(信噪比,'r'、信噪比、fitBERMC'B');传说（{'频道没有耦合'那“带耦合的频道”});