基于MRC最大比合并算法的SIMO无线通信系统性能仿真

资 源 简 介

该项目旨在实现一个完整的单输入多输出（SIMO）无线通信系统，并在接收端采用最大比合并（MRC）分集接收技术。其核心功能是模拟信号在具有瑞利衰落特征的无线信道中的传输与接收过程，详细评估分集增益对通信系统可靠性的提升。实现方法包括：首先生成随机比特流并进行BPSK或QAM数字调制；接着模拟信号通过多个独立的瑞利衰落通道，每个通道具有独立的复高斯增益；在信号到达接收端后，为每个支路叠加对应信噪比的加性高斯白噪声（AWGN）。接收机采用MRC算法对多路接收信号进行加权合并，通过将各支路信号乘以其对应信道的复共

详 情 说 明

基于MRC最大比合并算法的SIMO无线通信系统性能仿真

项目介绍

本项目实现了一个单输入多输出（SIMO）无线通信系统的链路级仿真。在无线信道环境下，信号通过多个相互独立的瑞利衰落路径到达接收端。项目重点展示了接收机利用最大比合并（MRC）分集接收技术来对抗多径衰落，并通过对比不同天线数量（1、2、4、8根天线）下的系统表现，定量分析空间分集对比特误码率（BER）性能的显著提升。

功能特性

1. 多天线配置仿真：支持从单天线（SISO）到多天线（1x2, 1x4, 1x8）的多种配置，直观展现分集增益。
2. 瑞利衰落建模：模拟复杂的无线传播环境，采用独立同分布的复高斯增益表示各接收支路的衰落特性。
3. MRC算法实现：核心接收算法能够根据各支路的信道状态信息进行最优加权合并，最大化合并后的信噪比。
4. 性能评估与对比：内置理论误码率计算公式，将蒙特卡洛仿真结果与理论曲线进行拟合验证。
5. 信号可视化：输出不同配置下的BER-SNR降幅曲线，并提供特定信噪比下的合并信号星座图，用于分析信号质量。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB 2016b 或更高版本。
2. 工具箱需求：基础MATLAB功能即可运行。

实现逻辑与步骤

系统通过循环迭代不同的天线数量和信噪比参数，完整经历了信号从产生到判决的闭环过程：

1. 参数设定：初始化发送比特数为10万位，设定信噪比范围为0dB至20dB，跨度为2dB，并定义不同的接收天线数量。
2. 信号调制：使用二进制随机函数生成码流，并将其映射为BPSK符号，即逻辑0映射为-1，逻辑1映射为+1。
3. 信道模拟：

- 生成与天线数量和信号长度对应的复高斯矩阵。 - 通过归一化处理（除以sqrt(2)）确保信道平均功率为1，模拟典型的瑞利衰落。

1. 噪声叠加：根据设定的信噪比计算噪声标准差，产生与接收支路数匹配的复高斯白噪声。
2. 信号传输：主干算法执行接收信号矩阵计算，将调制符号与信道增益矩阵相乘并叠加噪声。
3. 分集合并（MRC）：

- 获取每个支路信道增益的复共轭作为合并权重。 - 将接收信号与权重相乘并对所有天线支路求和，消除信道相位偏移并最大化输出功率。

1. 判决与统计：

- 对合并后的信号取实部进行硬判决（以0为阈值）。 - 将恢复的比特流与原始流对比，计算误码数并得出误码率。

1. 理论验证：执行针对瑞利信道下Nr阶分集的BPSK理论误码率公式计算。
2. 可视化输出：使用对数坐标绘制BER曲线，并绘制特定场景下（如4天线、10dB）的星座图分布。

关键技术与算法分析

1. 最大比合并 (Maximum Ratio Combining)：在接收端，各支路信号被乘以其对应信道系数的复共轭。这种做法确保了所有支路的信号相位在合并时完全一致（同相相加），同时根据信号强度分配权重——信道条件好的支路权重更大。这在数学上证明了能够获得最高的合并输出信噪比。
2. 瑞利衰落信道生成：代码通过两个独立的正态分布随机数合成虚数，构建了瑞利分布的幅度特性。这种模型准确捕捉了无直射路径环境下信号幅度的随机大幅波动。
3. 性能理论计算：算法内部集成了一个基于Nr阶分集的求和公式。该公式考虑了不同天线数量下的分集增益和阵列增益，通过计算特定参数mu（基于EbN0）及其阶乘组合，给出了瑞利衰落环境下的最优性能基准。
4. 星座图分析：通过对比理想映射点（-1,0 和 1,0）与实际合并后接收符号的偏移，表现了MRC算法在克服信道相移和减小噪声干扰方面的有效性。

使用方法

1. 启动MATLAB软件。
2. 将仿真脚本加载到编辑器窗口。
3. 点击“运行”按钮。
4. 仿真结束后，程序将自动弹出两个图形窗口：

- 窗口1展示了不同天线配置下的BER随SNR变化的曲线对比，包含实测点与理论线。 - 窗口2展示了特定配置下的信号星座分布，反映了接收端信号的汇聚情况。

1. 在命令行窗口可以观察到当前的仿真进度和最终的汇总统计信息。