基于Alamouti方案的STBC空时分组码性能仿真系统

资 源 简 介

本项目实现了一个完整的无线通信STBC（空时分组码）经典仿真框架，核心基于Alamouti提出的两天线发射分集方案。 程序通过构建多输入多输出（MIMO）传输模型，详细模拟了信息从源端到接收端的物理层处理全过程。实现流程包括： 随机生成二进制信息序列，并将其映射为QPSK或BPSK等调制符号；依据Alamouti编码规则将符号分配到两个不同的时间槽和两根发射天线。 信道模型采用独立的瑞利平坦衰落信道，模拟复杂的无线传播环境，并加入加性高斯白噪声（AWGN）。 在接收端，程序假设信道状态信息（CSI）已知，

详 情 说 明

基于Alamouti方案的STBC空时分组码性能仿真系统

项目介绍

本项目是一个专门用于评估和演示无线通信中空时分组码（STBC）性能的仿真系统。系统核心基于经典的Alamouti双发射天线分集方案，通过在MATLAB环境下构建多输入多输出（MIMO）传输模型，定量分析了发射分集和接收分集对系统误比特率（BER）的提升效果。该仿真框架涵盖了从原始比特生成、数字调制、衰落信道模拟到判决等完整的物理层通信链路。

功能特性

• 多场景对比仿真：系统同时支持单输入单输出（SISO）、2发射1接收（Alamouti 2x1）以及2发射2接收（Alamouti 2x2）三种模式的性能对比。
• 物理层精细模拟：完整实现了QPSK调制映射、瑞利平坦衰落信道模拟、加性高斯白噪声（AWGN）添加。
• Alamouti编码与解码：严格遵循Alamouti空时矩阵编码规则，在接收端通过最大似然（ML）合并算法实现信号解耦。
• 动态统计与可视化：程序在运行过程中实时统计误码数，并在仿真结束后自动生成多曲线对比图表，同时提供特定信噪比下的信号星座图展示。
• 高可靠性仿真逻辑：采用循环迭代机制，直到达到设定的误码数量阈值或总比特限制，确保了统计结果的准确性。

实现逻辑与处理流程

仿真过程在主函数中循环执行，针对信噪比范围（0dB到20dB）内的每个点进行以下处理：

1. 数据生成与调制：

随机生成二进制信息序列。采用QPSK调制映射逻辑，将每两个比特映射为一个复数符号。映射规则为：比特对经处理后转化为实部与虚部分量，实现如00映射为1+j、11映射为-1-j的星座逻辑，并进行功率归一化。

1. SISO基准传输：

作为对照组，符号通过单径瑞利衰落信道并叠加噪声。接收端通过简单的信道补偿（除以信道系数）进行判决，统计误比特率。

1. Alamouti 2x1传输实现：

* 编码：将符号序列分为s1和s2。在时间槽1，天线1和2分别发送s1和s2；在时间槽2，分别发送-s2*和s1*。 * 信道：模拟两根发射天线到一根接收天线的独立瑞利路径。 * 合并与判决：假设接收端已知信道状态信息（CSI），利用Alamouti合并公式（s1_hat = h1*y1 + h2*y2* 等）将时空符号解耦，恢复出原始发射符号的估计值。

1. Alamouti 2x2传输实现：

* 构建2x2的信道矩阵。 * 在接收端，不仅利用了时间上的分集，还通过两根接收天线的空间信号进行加权合并，进一步增强了抗衰落能力。

1. 性能评估：

对解调后的比特流与原始比特流进行比对，计算当前信噪比下的误比特率，并将结果存入容器。

关键技术算法说明

• 调制与解调算法：

程序内置了基于象限判定逻辑的QPSK解调函数。通过判断接收符号实部和虚部的符号（正负），将其还原回原始的二进制比特流。

• 信道模型：

采用复高斯分布生成瑞利衰落系数，模拟非视距传输环境下的无线衰落特性。信噪比通过调整加性高斯白噪声的标准差（noise_sigma）来实现，确保信号平均功率为1。

• 最大似然合并（ML Combining）：

这是Alamouti方案的可扩展逻辑。程序通过对不同时间槽和不同接收天线的信号进行复共轭加权合并，抵消了多径传播造成的相位偏移，并获得了最大化的信噪比增益。

• 进制转换逻辑：

自定义实现了二进制转十进制的辅助算法，采用左侧最高有效位（left-msb）原则，确保数据处理流程的准确性。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
• 工具箱需求：基础MATLAB环境即可（算法均为数学逻辑手动实现，不依赖特定的通信工具箱函数，具有很强的移植性）。

使用方法

1. 启动MATLAB程序。
2. 运行主函数脚本。
3. 系统将开始在控制台实时输出不同信噪比下的误比特率统计结果。
4. 仿真完成后，程序将自动弹出两个图窗：

* 图窗1：展示中等信噪比下，SISO接收信号与STBC合并后信号的星座图对比，直观观察信号聚合效果。 * 图窗2：展示BER vs. SNR的对数坐标曲线图，清晰呈现SISO、Alamouti 2x1与2x2之间的性能差异。