【信道容量】基于MIMO+SIMO+MISO+SISO信道容量仿真附Matlab代码

matlab科研社

已于 2024-12-24 21:38:08 修改

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于 2023-07-24 13:38:33 首次发布

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✅作者简介：热爱科研的Matlab仿真开发者，修心和技术同步精进，matlab项目合作可私信。

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⛄ 内容介绍

对于基于MIMO(多输入多输出)、SIMO(单输入多输出)、MISO(多输入单输出)和SISO(单输入单输出信道容量的仿真，您可以按照以下步骤进行：

确定系统模型：根据您的需求，选择适当的MIMO、SIMO、MISO和SISO系统模型，并确定相关参数，如天线数目、信道模型、信噪比等。
生成信道矩阵：根据所选的系统模型和参数，生成相应的信道矩阵。对于MIMO系统，可以使用矩阵分解方法(如SVD)来生成信道矩阵。
计算信道容量：根据生成的信道矩阵，使用适当的信道容量计算公式来计算每个系统模型的信道容量。对于MIMO系统，常用的计算公式是基于香农公式的容量计算方法。
进行仿真实验：使用所选的仿真工具(如MATLAB、Python等)编写仿真代码，将生成的信道矩阵和计算公式应用于仿真实验中。通过调整系统参数和信道条件，可以得到不同情况下的仿真结果。
分析和评估：根据仿真结果，对不同系统模型和参数进行分析和评估。比较不同系统模型之间的性能差异，以及参数对信道容量的影响。

需要注意的是，这只是一个简要的概述，具体的仿真过程和相关代码实现会因具体的系统模型和仿真工具而有所不同。您可以根据您的具体需求和熟悉的仿真工具，进行更详细的研究和实现。

⛄ 部分代码

% MIMO_Capacity.m

clear all;clc;

Nt = 1;                                % 8.发射天线的数目为1
Nr = 1;                                % 9.接收天线的数目为1                                      
SampleNum = 10000;                                        % 10.蒙特卡洛仿真时的抽样数量
SNR_dB = 2:2:20;                                          % 11.信噪比(单位dB)

for nSNR = 1:length(SNR_dB)
    SNR_dB(nSNR)
  rho = 10^(SNR_dB(nSNR)/10);                           % 13-15.完成信噪比的单位转换

    for nSample = 1:SampleNum
        H = (randn(Nr,Nt)+sqrt(-1)*randn(Nr,Nt))/sqrt(2); % 18.瑞利衰落信道矩阵
        Cn(nSNR,nSample) = log2(real(det(min(Nt,Nr)+rho*H*H'/Nt)));
    end
    
    Capacity1(nSNR) = mean( Cn(nSNR,:) );                  % 22.求遍历信道容量
    tempC1 = sort(Cn(nSNR,:));
end

Nt = 3;                                % 26-42.收发两端天线的数目为3
Nr = 3;                                                                       
SampleNum = 10000;                                        
SNR_dB = 2:2:20;                                         

for nSNR = 1:length(SNR_dB)
    SNR_dB(nSNR)
  rho = 10^(SNR_dB(nSNR)/10);                           

    for nSample = 1:SampleNum
        H = (randn(Nr,Nt)+sqrt(-1)*randn(Nr,Nt))/sqrt(2); 
        Cn(nSNR,nSample) = log2(real(det(min(Nt,Nr)+rho*H*H'/Nt)));
    end
    
    Capacity2(nSNR) = mean( Cn(nSNR,:) );                  
    tempC2 = sort(Cn(nSNR,:));
end

Nt = 5;                                % 44-60.收发两端天线的数目为5
Nr = 5;                                                                      
SampleNum = 10000;                                        
SNR_dB = 2:2:20;                                         

for nSNR = 1:length(SNR_dB)
    SNR_dB(nSNR)
  rho = 10^(SNR_dB(nSNR)/10);                           

    for nSample = 1:SampleNum
        H = (randn(Nr,Nt)+sqrt(-1)*randn(Nr,Nt))/sqrt(2); 
        Cn(nSNR,nSample) = log2(real(det(min(Nt,Nr)+rho*H*H'/Nt)));
    end
    
    Capacity3(nSNR) = mean( Cn(nSNR,:) );                  
    tempC3 = sort(Cn(nSNR,:));
end

Nt = 7;                                % 62-78.收发两端天线的数目为7
Nr = 7;                                                                       
SampleNum = 10000;                                        
SNR_dB = 2:2:20;                                     

for nSNR = 1:length(SNR_dB)
    SNR_dB(nSNR)
  rho = 10^(SNR_dB(nSNR)/10);                           

    for nSample = 1:SampleNum
        H = (randn(Nr,Nt)+sqrt(-1)*randn(Nr,Nt))/sqrt(2); 
        Cn(nSNR,nSample) = log2(real(det(min(Nt,Nr)+rho*H*H'/Nt)));
    end
    
    Capacity4(nSNR) = mean( Cn(nSNR,:) );                  
    tempC4 = sort(Cn(nSNR,:));
end

Nt = 9;                                % 80-96.收发两端天线的数目为9
Nr = 9;                                                                       
SampleNum = 10000;                                        
SNR_dB = 2:2:20;
for nSNR = 1:length(SNR_dB)
    SNR_dB(nSNR)
  rho = 10^(SNR_dB(nSNR)/10);                          

    for nSample = 1:SampleNum
        H = (randn(Nr,Nt)+sqrt(-1)*randn(Nr,Nt))/sqrt(2); 
        Cn(nSNR,nSample) = log2(real(det(min(Nt,Nr)+rho*H*H'/Nt)));
    end
    
    Capacity5(nSNR) = mean( Cn(nSNR,:) );                 
    tempC5 = sort(Cn(nSNR,:));
end

figure(1)                                                 % 98.开始仿真作图

nSNR = length(SNR_dB);
plot(tempC1, (1:SampleNum)/SampleNum, 'r-');
hold on;
plot(tempC2, (1:SampleNum)/SampleNum, 'g-');
hold on;
plot(tempC3, (1:SampleNum)/SampleNum, 'b-');
hold on;
plot(tempC4, (1:SampleNum)/SampleNum, 'y-');
hold on;
plot(tempC5, (1:SampleNum)/SampleNum, 'c-');
hold on;

xlabel('信道容量 (bit/s/Hz)');
ylabel('概率分布');
legend('1X1','3X3','5X5','7X7','9X9')
grid on;

figure(2)

plot(SNR_dB, Capacity1, 'r-');
hold on;
plot(SNR_dB, Capacity2, 'g-');
hold on;
plot(SNR_dB, Capacity3, 'b-');
hold on;
plot(SNR_dB, Capacity4, 'y-');
hold on;
plot(SNR_dB, Capacity5, 'c-');
hold on;
xlabel('信噪比(dB)');
ylabel('遍历容量');

legend('1X1','3X3','5X5','7X7','9X9');
grid on;