【MIMO预编码】基于堆叠智能超表面SIM MIMO预编码和组合附Matlab代码

最新推荐文章于 2025-12-05 17:04:10 发布

原创最新推荐文章于 2025-12-05 17:04:10 发布 · 360 阅读

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#预编码算法 #matlab #算法

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🔥 内容介绍

前文我们从理论层面阐述了基于动态超表面天线（可重构智能表面，SIM）的频率选择性波束成形与单次波束训练原理，而本次提供的 MATLAB 代码则是该理论的工程实现 —— 通过构建发射端（TX-SIM）与接收端（RX-SIM）双超表面系统，模拟多流数据传输场景下的信道建模、相位优化、误差评估与容量计算，核心目标是验证超表面层数对波束成形性能（NMSE 误差、系统容量）的影响。下面我们将按 “代码框架→核心模块→参数映射→结果解读” 的逻辑，逐行拆解代码细节。

一、代码核心框架与理论场景匹配

在解析代码前，需先明确代码对应的物理场景：

该代码模拟的是28GHz 毫米波频段（5G/6G 典型频段）下，基于双超表面（TX-SIM 发射端、RX-SIM 接收端）的多流 MIMO 通信系统，通过优化超表面的相位偏移，实现频率选择性波束成形（代码中通过固定 28GHz 载频、聚焦信道匹配实现频率适配）与高效波束训练（通过随机初始化 + 梯度下降优化相位，替代传统多次扫描），最终以 “归一化均方误差（NMSE）” 衡量波束成形精度，以 “系统容量” 衡量通信性能。

代码整体框架遵循 “参数初始化→超表面信道建模→相位优化训练→性能评估” 的流程，对应前文理论中的 “动态超表面硬件参数→频率选择性波束成形设计→单次波束训练策略→性能评估指标”，形成完整的 “理论 - 实现” 闭环。

⛳️ 运行结果

📣 部分代码

clc;

clear all;

close all;

load('Capacity_K_1.mat')

load('Capacity_K_2.mat')

load('Capacity_K_5.mat')

load('Capacity_K_10.mat')

load('Capacity_max.mat')

load('NMSE_K_1.mat')

load('NMSE_K_2.mat')

load('NMSE_K_5.mat')

load('NMSE_K_10.mat')

figure

plot(NMSE_K_1,'r-.','linewidth', 3)

hold on

plot(NMSE_K_2,'g:','linewidth', 3)

hold on

plot(NMSE_K_5,'b--','linewidth', 3)

hold on

plot(NMSE_K_10,'m-','linewidth', 3)

legend(' K = 1',' K = 2',' K = 5',' K = 10','location','best')

xlabel('Number of transmit metasurface layers, L');

ylabel('Fitting NMSE, \Delta');

set(gca,'fontsize',14)

figure

plot(Capacity_K_1,'r-.','linewidth',3)

hold on

plot(Capacity_K_2,'g:','linewidth',3)

hold on

plot(Capacity_K_5,'b--','linewidth',3)

hold on

plot(Capacity_K_10,'m-','linewidth',3)

hold on

plot(Capacity_max,'k-.','linewidth',3)

legend(' K = 1',' K = 2',' K = 5',' K = 10',' Optimal','location','best')

xlabel('Number of transmit metasurface layers, L');

ylabel('Channel capacity, C [bps/Hz]');

set(gca,'fontsize',14)

🔗 参考文献

[R] J. An et al., "Stacked Intelligent Metasurfaces for Efficient Holographic MIMO Communications in 6G," in IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 41, no. 8, pp. 2380-2396, Aug. 2023