一、前言

此示例展示了如何使用波束成形对点对点 MIMO-OFDM 系统进行建模。最近的无线标准（如 802.11x 系列）采用了多输入多输出 （MIMO） 和正交频分复用 （OFDM） 技术的组合，以提供更高的数据速率。由于MIMO使用天线阵列，因此可以采用波束成形来提高接收信噪比（SNR），从而降低误码率（BER）。

此示例需要通信工具箱。

二、介绍

术语MIMO用于描述存在多个发射器或多个接收器的系统。实际上，该系统可以采用许多不同的形式，例如单输入多输出（SIMO）或多输入单输出（MISO）系统。此示例说明了下行链路 MISO 系统。8 元件 ULA 部署在基站作为发射器，而移动单元是具有单个天线的接收器。

系统的其余部分配置如下。发射器功率为 9 瓦，发射增益为 -8 dB。移动接收器是固定的，位于 2750 米外，距离发射器的视线 3 度。功率为 1 瓦、增益为 -20 dB 的干扰源位于 9000 米处，与发射器的视线成 20 度。

整个场景可以用下图来描绘。

三、信号传输

首先，配置系统的发射器。发射器子系统中有许多组件，例如卷积编码器，扰频器，QAM调制器，OFDM调制器等。消息首先转换为信息比特流，然后通过源编码和调制阶段，为辐射做准备。在OFDM系统中，数据由多个彼此正交的子载波承载。

然后，将数据流复制到发射阵列中的所有辐射元件。在MIMO系统中，还可以分离多个用户的空间分复用（SDMA）。在这些情况下，数据流通常由对应于所需方向的权重调制，以便一旦辐射，信号在该方向上最大化。由于在MIMO信道中，从阵列中不同元件辐射的信号可能会经过不同的传播环境，因此从每个天线辐射的信号应单独传播。这可以通过在相位上将组合辐射信号设置为假来实现。散热器组件。

为了实现预编码，阵列中每个天线辐射的数据流通过与其辐射方向相对应的相移进行调制。此预编码的目标是确保在阵列朝该方向引导时，这些数据流同相相加。预编码可以指定为散热器上使用的权重。

同时，阵列也转向给定的转向角，因此总权重是预编码和转向权重的组合。请注意，传输的信号 txOFDM 是一个矩阵，其列表示从传输阵列中的相应元素辐射的数据流。

四、信号传播

接下来，信号通过MIMO通道传播。通常，对接收信号强度有两种传播效应：一种是由于传播距离引起的传播损耗，通常称为自由空间路径损耗;另一个是由于多路径导致的褪色。此示例对这两种效果进行建模。

为了模拟更逼真的移动环境，下一节还将插入干扰源。请注意，在无线通信系统中，干扰通常是不同的移动用户。

五、信号接收

接收天线收集传播的信号和干扰，并将它们传递给接收器，以恢复嵌入在信号中的原始信息。就像系统的发射端一样，MIMO-OFDM系统中使用的接收器也包含许多级，包括OFDM解调器、QAM解调器、解扰器、均衡器和维特比解码器。

将解码输出与原始消息流进行比较表明，生成的 BER 对于通信系统来说太高了。星座图也如下所示：

高误码率主要是由于移动设备偏离了基站阵列的转向方向。如果手机与转向方向对齐，则误码率大大提高。

因此，系统对转向误差非常敏感。另一方面，正是这种空间灵敏度使SDMA能够区分空间中的多个用户。

六、移相器量化效应

到目前为止的讨论假设光束可以转向确切的所需方向。然而，在现实中，这往往不是真的，特别是当使用模拟移相器时。模拟移相器的精度有限，按相移中使用的位数进行分类。例如，3 位移相器只能在 8 度内表示 360 个不同的角度。因此，如果将这种量化包含在仿真中，系统性能会下降，这可以从星座图中观察到。

七、总结

本例显示了采用波束成形的点对点MIMO-OFDM系统的系统级仿真。仿真对许多系统组件进行建模，例如编码、发射波束成形、预编码、多径衰落、信道估计、均衡和解码。

八、参考文献

[1] Houman Zarrinkoub， Understanding LTE with MATLAB， Wiley， 2014

[2] Theodore S. Rappaport et al. Mmmeter Wave Wireless Communications， Prentice Hall， 2014

九、程序

使用Matlab R2022b版本，点击打开。（版本过低，运行该程序可能会报错）

打开下面的“Example.m”文件，点击运行，就可以看到上述效果。

程序下载：https://download.csdn.net/download/weixin_45770896/87666499