3D-MIMO信道模型的MATLAB模擬與仿真

1.算法仿真效果

matlab2022a仿真結果如下(完整代碼運行后無水又寥馈):



2.算法涉及理論知識概要

3D-MIMO(三維大規(guī)模多輸入多輸出)技術是第五代移動通信(5G)及未來無線通信系統(tǒng)的關鍵技術之一攘宙,它通過在三維空間中部署天線陣列,顯著增加了空間自由度碍现,從而提升了系統(tǒng)容量和覆蓋范圍。3D-MIMO信道模型旨在描述信號在復雜城市環(huán)境中傳播的物理過程浓领,包括城市宏小區(qū)(UMa)反镇、城市微小區(qū)(UMi)、農村宏小區(qū)(RMa)場景送火,以及視線(LOS)和非視線(NLOS)傳播條件拳话。


2.1 信道模型基礎

3D-MIMO信道模型通常基于幾何繞射理論(GSCM)或統(tǒng)計模型構建种吸,其中包含了路徑損耗弃衍、陰影衰落、多徑效應坚俗、以及空間相關性等關鍵要素笨鸡。


2.2 場景劃分

城市宏小區(qū)(UMa):適用于高樓林立的城市中心區(qū)域姜钳,天線高度較高,建筑物密集形耗。


城市微小區(qū)(UMi):適用于城市街道哥桥、商業(yè)區(qū)等,天線高度較低激涤,建筑物較矮拟糕,用戶設備靠近地面。


農村宏小區(qū)(RMa):對應開闊鄉(xiāng)村或郊區(qū)環(huán)境倦踢,天線高度較高送滞,障礙物較少。


2.3 視線與非視線傳播

LOS(Line-of-Sight):指信號直接從發(fā)射端到接收端的無遮擋傳播路徑辱挥。


NLOS(Non-Line-of-Sight):信號傳播過程中遭遇建筑物或其他障礙物遮擋犁嗅,導致信號反射、折射或衍射晤碘。


2.4 路徑損耗模型



2.5 多徑效應

多徑效應通過瑞利或多徑萊斯衰落模型描述褂微,以萊斯因子K定義的萊斯衰落為例:



2.6 空間相關性

空間相關性通過天線陣列的互相關函數表示,對于均勻線性陣列园爷,空間相關系數可以表示為:



2.7 UMa, UMi, RMa特定模型差異

UMa場景通常具有更高的建筑物導致的陰影衰落和多徑效應宠蚂,LOS路徑較多,路徑損耗模型中的n值相對較小童社。


UMi場景因建筑物較低求厕,NLOS情況更多,路徑損耗較高扰楼,陰影衰落和多徑效應更為復雜呀癣。


RMa場景由于開闊,LOS路徑為主弦赖,路徑損耗模型中考慮更多的是自由空間損耗和大氣衰減项栏。


3.MATLAB核心程序

% 繪制UMa場景的LOS概率曲線

plot(dists, P_uma, 'r-', 'LineWidth', 2) % 紅色線表示

hold on % 保持圖形以便疊加其他曲線


%% 城區(qū)微小區(qū)(UMi)場景

% 獲取UMi場景的信道參數

Y_umi = func_3DMIMO_Channel('UMi');

% 初始化LOS概率數組

P_umi = zeros(size(dists));

% 計算每個距離對應的LOS概率(注意:此處未使用h_UT_m,可能需根據實際函數需求調整)

for k=1:length(P_umi)

P_umi(k) = Y_umi.Pr_LOS(dists(k));

end

% 繪制UMi場景的LOS概率曲線

plot(dists, P_umi, 'b-', 'LineWidth', 2) % 藍色線表示


%% 宏小區(qū)農村(RMa)場景

% 獲取RMa場景的信道參數

Y_rma = func_3DMIMO_Channel('RMa');

% 初始化LOS概率數組

P_rma = zeros(size(dists));

% 計算每個距離對應的LOS概率(同樣未使用h_UT_m腾节,需確認函數接口)

for k=1:length(P_rma)

P_rma(k) = Y_rma.Pr_LOS(dists(k));

end

% 繪制RMa場景的LOS概率曲線

plot(dists, P_rma, 'g-', 'LineWidth', 2) % 綠色線表示


% 添加圖形元素

xlabel("距離(m)") % 設置橫坐標標簽及字體大小

ylabel("LOS概率") ??% 設置縱坐標標簽及字體大小

grid on % 顯示網格

legend('UMa場景的LOS概率', 'UMi場景的LOS概率', 'RMa場景的LOS概率') % 圖例忘嫉,標明各線條代表的場景

title('用戶終端高度為35米');

0X_064m

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