基于相关矩阵法的LTE及4G中MIMO多径信道仿真实现

代码可准确模拟LTE/4G系统中MIMO多径信道的空间相关特性

一、算法

1. 空间相关矩阵生成

% 基于指数相关模型
function R = generate_correlation_matrix(Nt, Nr, rho)
    % Nt: 发射天线数, Nr: 接收天线数, rho: 相关系数
    R = zeros(Nt,Nr);
    for i = 1:Nt
        for j = 1:Nr
            R(i,j) = rho^abs(i-j);
        end
    end
end

2. 多径信道建模

% LTE标准信道模型（ETSI TR 136.897）
function H = lte_channel_model(Nt, Nr, num_paths)
    H = zeros(Nr,Nt);
    for p = 1:num_paths
        % 瑞利衰落路径
        tau_p = 1e-6 * (1:p);  % 时延扩展
        alpha_p = (randn(1,Nt) + 1j*randn(1,Nt))/sqrt(2);  % 复增益
        H(:,:,p) = alpha_p * diag(exp(-1j*2*pi*1e9*tau_p));  % 假设载波1GHz
    end
    H = sum(H,3);  % 合并多径
end

3. 信道矩阵生成

Nt = 4;  % 发射天线
Nr = 4;  % 接收天线
rho = 0.5;  % 空间相关性

% 生成相关矩阵
R_tx = generate_correlation_matrix(Nt, Nt, rho);
R_rx = generate_correlation_matrix(Nr, Nr, rho);

% 生成独立信道矩阵
H_independent = (randn(Nr,Nt) + 1j*randn(Nr,Nt))/sqrt(2);

% 应用空间相关性
H = R_rx^0.5 * H_independent * R_tx^0.5;

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三、仿真流程实现

1. 信号生成与预处理

% 参数设置
SNR_dB = 20;  % 信噪比
num_symbols = 1000;  % OFDM符号数

% QPSK调制
data = randi([0 1], num_symbols*Nt, 1);
tx_bits = pskmod(data, 4, pi/4);

% OFDM调制
tx_waveform = ofdm_mod(tx_bits, Nt, 128, 16);  % 128子载波，CP=16

2. 信道传输仿真

% 添加多径效应
rx_waveform = zeros(size(tx_waveform));
for p = 1:size(H,3)
    rx_waveform = rx_waveform + H(:,:,p) * tx_waveform;
end

% 添加AWGN
rx_waveform = awgn(rx_waveform, SNR_dB, 'measured');

3. 接收端处理

% 去CP
rx_waveform = rx_waveform(17:end);

% FFT变换
rx_freq = fft(rx_waveform, 128);

% 信道估计
H_est = lte_channel_estimation(rx_waveform);

% MMSE均衡
eq_signal = mmse_equalizer(rx_freq, H_est);

% 解调
rx_bits = pskdemod(eq_signal, 4, pi/4);

参考代码 基于相关矩阵法的LTE及4G中MIMO多径信道的仿真 www.youwenfan.com/contentcnj/54899.html

四、评估指标

1. 误码率（BER）计算

ber = sum(data ~= rx_bits)/numel(data);
disp(['BER: ', num2str(ber)]);

2. 信道容量分析

capacity = zeros(1,30);
SNR_range = 0:2:60;
for snr = SNR_range
    H = lte_channel_model(Nt,Nr,num_paths);
    capacity(snr/2+1) = log2(det(eye(Nr) + 10^(snr/10)*(H*H')));
end
plot(SNR_range, 10*log10(capacity));
xlabel('SNR (dB)');
ylabel('Capacity (bps/Hz)');

3. 相关性影响分析

rho_values = 0:0.1:0.9;
ber_matrix = zeros(length(rho_values),1);
for rho_idx = 1:length(rho_values)
    rho = rho_values(rho_idx);
    H = generate_correlated_channel(Nt,Nr,rho);
    % ... 仿真流程 ...
    ber_matrix(rho_idx) = ber;
end
plot(rho_values, ber_matrix);
title('空间相关性对BER的影响');
xlabel('相关系数\rho');
ylabel('BER');