互耦对MIMO传播效果

这个示例使用:

这个例子展示了天线互耦如何影响在多输入多输出(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。绘制了不同相关和耦合情况下的误码率与信噪比曲线。要运行此示例，您需要Antenna Toolbox™。

系统参数

在2x2准静态平坦瑞利信道上模拟QPSK调制的Alamouti OSTBC [［1］]。该系统运行在2.4GHz。要模拟的SNR范围为0〜10分贝。

FC = 2.4e9;%中心频率元= 2;% Tx天线数Nr = 2;% Rx天线数blkLen = 2;％Alamouti码块长度信噪比= 0:10;%信噪比范围maxNumErrs = 3 e2;％误差的最大数量maxNumBits = 5E4;％的比特的最大数量

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

qpskMod = comm.QPSKModulator;qpskDemod = comm.QPSKDemodulator;alamoutiEnc = comm.OSTBCEncoder（......“NumTransmitAntennas”、Nt);alamoutiDec = comm.OSTBCCombiner (......“NumTransmitAntennas”元,......'NumReceiveAntennas'、Nr);awgnChanNC = comm.AWGNChannel (......％对于没有连接的情况下'NoiseMethod'那“信噪比”那......“SignalPower”，1）;berCalcNC = comm.ErrorRate;％对于没有连接的情况下%为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

的两元素谐振偶极阵列被用来在两个发射（Tx）和接收（Rx）侧。在TX，偶极子被隔开一个半波长。在rx，间隔为波长的十分之一。

txSpacing = 0.5;rxSpacing = 0.1;拉姆达= 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);

耦合矩阵根据阵列的电路模型计算，按[[2]]。S参数计算用于发送执行与接收阵列和从该阵列的阻抗矩阵表示的。

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。在没有耦合的情况下，假设Tx处的两个元素是不相关的，而Rx处的两个元素具有较高的相关性。整个通道的组合/整体相关矩阵是它们的克罗内克乘积。

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

随着耦合，我们使用的方法[[3]将Tx和Rx相关矩阵前后乘以相应的耦合矩阵，从而对其进行修正。在相关性和耦合可以独立建模的假设下，这是有效的。

txMCCorrMtx = txMCMtx * txCorrMtx * txMCMtx';rxMCCorrMtx = 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，并推导出组合相关矩阵如下:

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对象来模拟有和没有耦合的2x2 MIMO信道。在每种情况下分配组合空间相关矩阵。的MaximumDopplerShift属性设置为0以建模准静态通道。

mimoChanNC = comm.MIMOChannel（......％对于没有连接的情况下'MaximumDopplersHift'，0，......'SpatialCorrelationSpecification'那“组合”那......'SpatialCorrelationMatrix'，combCorrMtx，......'PathGainsOutputPort'，真正的）;%为互耦合情况克隆对象mimoChanMC =克隆（mimoChanNC）;mimoChanMC.SpatialCorrelationMatrix = combMCCorrMtx;

模拟

对有和没有天线耦合的每个信噪比值进行QPSK调制的Alamouti码模拟。每次迭代都通过MIMO信道模拟一个Alamouti码。为了模拟准静态通道，我们重置comm.MIMOChannel对象获取每次代码传输(迭代)的一组新的信道增益。

％成立了数字可视化BER结果h1 =图;网格在；持有在；AX = GCA;ax.YScale =“日志”；XLIM（[SNR（1），SNR（结束）]）;ylim（[1E-3 1]）;xlabel（“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2x2系统-高耦合，高相关'）;s = rng (108);％对于重复性[berNC，berMC] =交易（零（3，长度（SNR）））;%循环信噪比值对于idx = 1:长度(snr)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）生成随机数据txData = randi([0 3]， blkLen, 1);%执行QPSK调制和Alamouti编码txSig = alamoutiEnc (qpskMod (txData));通过MIMO信道％通行证复位（mimoChanNC）;复位（mimoChanMC）;[chanOutNC，estChanNC] = mimoChanNC（txSig）;[chanOutMC，estChanMC] = mimoChanMC（txSig）;％添加AWGNrxSigNC = awgnChanNC (chanOutNC);rxSigMC = awgnChanMC (chanOutMC);％下进行的Alamouti与已知的信道状态信息进行解码decSigNC = alamoutiDec(rxSigNC, squeeze(estChanNC)); / /压缩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（SNR（1：IDX），berMC（1,1：IDX），“波”）;传说（{“通道没有联轴器”那“通道耦合凭借”}）;drawnow;结束%进行曲线拟合fitBERNC = berfit(snr, berNC(1，:));fitBERMC = berfit(信噪比，berMC(1，:));fitBERNC semilogy(信噪比,'r'、信噪比、fitBERMC'B'）;传说（{“通道没有联轴器”那“通道耦合凭借”}）;

图正交空时分组编码包含一个轴。标题为Alamouti-coded 2x2 System - High Coupling, High Correlation的轴包含24个line类型的对象。这些对象表示没有耦合的通道、有耦合的通道。

RNG（一个或多个）;%恢复RNG

进一步的探索

可以通过修改相关系数和/或通过改变元件之间的间距来进一步研究的相关性和互耦的BER性能的效果。间隔越小，较高的耦合。类似于上面已经对高相关性（0.9）和高耦合（间距=做 $0. ． 1 λ$ ）在的Rx，我们现在显示BER和SNR结果低相关性（0.1）和/或低偶联（间距= $0. ． 5. λ$ ）．