互耦对MIMO通信的影响
这个例子显示了天线互耦影响正交空时分组码的性能(OSTBC)传输一个多输入多输出(MIMO)信道。发射机和接收机两个偶极天线元素。误码率与信噪比曲线绘制在不同的相关性和耦合场景。要运行这个示例,您需要天线工具箱™。
系统参数
一个QPSK调制Alamouti OSTBC模拟在2 x2静态frequency-flat瑞利信道([1]]。系统运行在2.4 GHz。模拟的信噪比范围是0到10 dB。
fc = 2.4 e9;%中心频率元= 2;% Tx天线的数量Nr = 2;%的Rx天线blkLen = 2;% Alamouti代码块长度信噪比= 0:10;%信噪比范围maxNumErrs = 3 e2;%的最大错误数maxNumBits = 5 e4;%最大的比特数
创建对象执行QPSK调制和解调,Alamouti编码,结合,AWGN信道误码率计算。
qpskMod = comm.QPSKModulator;qpskDemod = comm.QPSKDemodulator;alamoutiEnc = comm.OSTBCEncoder (…“NumTransmitAntennas”、Nt);alamoutiDec = comm.OSTBCCombiner (…“NumTransmitAntennas”元,…“NumReceiveAntennas”、Nr);awgnChanNC = comm.AWGNChannel (…%不耦合的情况“NoiseMethod”,信号噪声比(信噪比)的,…“SignalPower”1);berCalcNC = comm.ErrorRate;%不耦合的情况%克隆对象相互耦合的情况awgnChanMC =克隆(awgnChanNC);berCalcMC =克隆(berCalcNC);
天线阵列和耦合矩阵
双元素共振偶极子阵列用于传输(Tx)和接收(Rx)。在Tx,偶极间距为半波分开。Rx的间距是波长的十分之一。
txSpacing = 0.5;rxSpacing = 0.1;λ= physconst (“光速”)/ fc;antElement =偶极子(…“长度”λ/ 2,…“宽度”,λ/ 100);txArray = linearArray (…“元素”antElement,…“NumElements”元,…“ElementSpacing”txSpacing *λ);rxArray = linearArray (…“元素”antElement,…“NumElements”Nr,…“ElementSpacing”rxSpacing *λ);
基于电路模型耦合矩阵计算数组的根据([2]]。发送和接收的参数计算执行数组和从这个数组的阻抗矩阵表示。
txMCMtx = helperCalculateCouplingMatrix (fc, txArray[1元);rxMCMtx = helperCalculateCouplingMatrix (fc, rxArray [1 Nr]);
空间相关性矩阵
传输和接收空间相关矩阵获取信道的传播环境。没有耦合,假设这两个元素在Tx是不相关的两个元素在Rx有很高的相关性。结合/整体整个信道相关矩阵是他们的克罗内克积。
txCorrMtx =眼(2);rxCorrMtx = [1 0.9;0.9 - 1];combCorrMtx = kron (txCorrMtx rxCorrMtx);
与耦合,我们使用的方法[3]修改Tx和Rx相关矩阵和pre的post-multiplying他们相应的耦合矩阵。这是有效的假设下相关性和耦合可以独立建模。
txMCCorrMtx = txMCMtx * txCorrMtx * txMCMtx ';rxMCCorrMtx = rxMCMtx * rxCorrMtx * rxMCMtx ';
结合空间相关性和耦合克隆亚麻(txMCCorr rxMCCorr)。或者,我们可以把Tx / Rx耦合矩阵作为“吸收”到Tx / Rx相关矩阵,推导出结合相关矩阵如下:
txSqrtCorrMtx = txMCMtx * sqrtm (txCorrMtx);rxSqrtCorrMtx = rxMCMtx * sqrtm (rxCorrMtx);combMCCorrMtx = kron (txSqrtCorrMtx rxSqrtCorrMtx);combMCCorrMtx = combMCCorrMtx * combMCCorrMtx ';
MIMO信道建模
创建两个comm.MIMOChannel对象来模拟2 x2 MIMO信道使用和不耦合。合并后的空间相关矩阵被分配在每种情况下。的MaximumDopplerShift对象的属性设置为0,准静态信道模型。
mimoChanNC = comm.MIMOChannel (…%不耦合的情况“MaximumDopplerShift”0,…“SpatialCorrelationSpecification”,“组合”,…“SpatialCorrelationMatrix”combCorrMtx,…“PathGainsOutputPort”,真正的);%克隆对象相互耦合的情况mimoChanMC =克隆(mimoChanNC);mimoChanMC。SpatialCorrelationMatrix = combMCCorrMtx;
模拟
模拟QPSK调制Alamouti代码为每个值信噪比有或没有天线耦合。一个Alamouti代码通过MIMO信道模拟在每个迭代中。准静态模型通道,我们重置comm.MIMOChannel对象获得一套新的渠道收益为每个代码传输(迭代)。
%建立一个图来可视化系统的结果h1 =图;网格在;持有在;甘氨胆酸ax =;斧子。YScale =“日志”;xlim([信噪比(1),信噪比(结束)]);ylim ([1 e - 3]);包含(“信噪比(dB)”);ylabel (“方方面面”);h1。NumberTitle =“关闭”;h1。Name =正交空时分组编码的;h1。渲染器=“zbuffer”;标题(“Alamouti-coded 2 x2系统——高耦合、高相关性的);s = rng (108);%的可重复性[berNC, berMC] =交易(0(3、长度(信噪比)));%循环信噪比的值为(信噪比)awgnChanNC idx = 1:长度。信噪比=信噪比(idx);awgnChanMC。信噪比=信噪比(idx);重置(berCalcNC);重置(berCalcMC);而分钟(berNC (2、idx) berMC (2, idx)) < = maxNumErrs & & (berNC (3 idx) < = maxNumBits)%产生随机数据txData =兰迪([0 3]blkLen 1);%执行QPSK调制和Alamouti编码txSig = alamoutiEnc (qpskMod (txData));%通过MIMO信道重置(mimoChanNC);重置(mimoChanMC);[chanOutNC, estChanNC] = mimoChanNC (txSig);[chanOutMC, estChanMC] = mimoChanMC (txSig);%增加情况下rxSigNC = awgnChanNC (chanOutNC);rxSigMC = awgnChanMC (chanOutMC);%执行Alamouti解码与已知信道状态信息decSigNC = alamoutiDec (rxSigNC挤压(estChanNC));decSigMC = alamoutiDec (rxSigMC挤压(estChanMC));%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%绘制结果semilogy(信噪比(1:idx), berNC (1,1: idx),的r *);semilogy(信噪比(1:idx), berMC (1,1: idx),“波”);传奇({“无耦合通道”,“与耦合通道”});drawnow;结束%进行曲线拟合fitBERNC = berfit(信噪比、berNC (1:));fitBERMC = berfit(信噪比、berMC (1:));fitBERNC semilogy(信噪比,“r”、信噪比、fitBERMC“b”);传奇({“无耦合通道”,“与耦合通道”});
rng(年代);%恢复RNG
进一步的探索
相关性和相互耦合的影响对误码性能可以进一步研究通过修改相关系数和/或通过改变元素之间的间距。间距越小,耦合越高。类似于以上做高相关性(0.9)和高耦合(间隔= )的处方,我们现在显示的误码率与信噪比的结果相关性较低(0.1)和/或低耦合(间距= )。
高耦合(间隔= )、低相关(0.1)
低耦合(间隔= ),高度相关(0.9)
低耦合(间隔= )、低相关(0.1)
结论
仿真结果类似报道的参考。的间距 都有一个微不足道的影响下的误码率高、低相关条件。高耦合的情况,即 元素的间距,根据相关条件,结果表明,该系统可以是高于或低于如果不考虑耦合。
附录
这个示例使用以下辅助函数:
相关的话题
引用
[1]a . a . Abouda h . m . El-Sallabi和s . g . Haggman”Alamouti方案的相互耦合对系统性能的影响,“IEEE国际研讨会天线和传播,2006年7月。
[2]Gupta,我。,and A. Ksienski. “Effect of Mutual Coupling on the Performance of Adaptive Arrays.”IEEE天线和传播31日。5(1983年9月):785 - 91。https://doi.org/10.1109/TAP.1983.1143128。
[3]y, j . p . Linnartz j·w·m·伯格曼和s . Attallah”天线互耦对MIMO系统的性能,”Proc。29日研讨会信息理论比荷卢经济联盟,2008年5月。
