MIMO系统容量与S参数

Question

使用信道建模软件(Quadriga)，我正在计算2x2 MIMO系统A在固定频率下的频谱效率(bps/Hz)高于2x2 MIMO系统B的相应容量。但是，系统A的隔离度(互耦-S21)比系统B低。为什么？软件将已实现的增益模式作为输入。它还将耦合矩阵作为输入，我分别使用了每个系统的S参数。

给定频率s21=-20dB的系统A||给定频率s21=-40dB的系统B

Answer 1

MIMO系统的容量取决于两个因素:总体信噪比(在所有MIMO子链路上平均)和信道矩阵的“正交性”。后者可以通过矩阵的奇异值分解来确定。如果所有奇异值相等，则矩阵是正交的。

在2x2的情况下，您将能够并行传输2个数据流，即容量与流的数量成线性关系(与SNR成对数关系)。然而，很少能实现完美的正交性。如果您使用相同的信道模型设置(多路径结构、频率、带宽、功率等)并且仅调整天线端口之间的耦合，那么由于信道系数中的较高相关性，较低的隔离度将导致较低的容量。这可以在下面的代码示例中看到(使用QuaDRiGa v2.2)：

clear all
iso = 0:5:40
for n = 1:numel(iso)
    % Keep identical random ssed
    RandStream.setGlobalStream(RandStream('mt19937ar','seed',1));

    l = qd_layout;                              % Quadriga Layout
    l.randomize_rx_positions(100,1.5,1.5,0);    % Random receiver position
    l.tx_array = qd_arrayant('ula2');           % ULA antenna
    l.tx_array.coupling = [ 1,sqrt( 10^(-iso(n)/10) ); 0,1 ];
    l.rx_array = l.tx_array.copy;
    l.set_scenario('3GPP_38.901_UMi_NLOS');

    c = l.get_channels;                         % Channel coefficients
    H = c.fr(1e9,1);                            % MIMO matrix
    P = mean(abs(H(:).^2));                     % Average Power
    H = H./sqrt(P);                             % Normalize Power
    C(n) = log2(abs(det( eye(2) + 10/2 * (H*H') )));   % MIMO Capacity @ 10 dB SNR
end
plot(iso,C,'-o')