基於1bitDAC的MU-MIMO的非線性預編碼演算法matlab效能模擬

1.演算法執行效果圖預覽

(完整程式執行後無水印)

2.演算法執行軟體版本

matlab2022a

3.部分核心程式

（完整版程式碼包含詳細中文註釋和操作步驟影片）

        % 計算符號能量，歸一化，以及其他引數
        Energy =  sqrt(mean(abs(Maps).^2));
        Maps   = Maps/Energy;          
        Lmaps  = length(Maps);
        bps    = log2(Lmaps); 
        bits   = de2bi(0:Lmaps-1,bps,'left-msb'); 
        % 生成隨機位元序列，對映到符號，新增噪聲，構建通道矩陣等   
        Xbits  = randi([0 1],Us,bps);
        Ybits  = bi2de(Xbits,'left-msb')+1;
        Zmod   = Maps(Ybits).';
        Noise  = (randn(Us,1)+1i*randn(Us,1))/sqrt(2);
        H      = (randn(Us,Ns)+1i*randn(Us,Ns))/sqrt(2);
        H1     = sqrt(1 - Herr)*H + sqrt(Herr)*(randn(Us,Ns)+1i*randn(Us,Ns)); 
        % 遍歷預編碼器型別    
        for j3=1:length(Pcd_sel) 
            % 遍歷每個SNR值 
            for k=1:length(SNRs)
                N0 = 10.^(-SNRs(k)/10);
                if strcmp(Pcd_sel{j3},'ZF')==1
                   [x,beta] = func_zf(Zmod,H1); 
                end
                if strcmp(Pcd_sel{j3},'WF')==1
                   [x, beta, ~] = func_WF(Zmod,H1,N0);
                end
                if strcmp(Pcd_sel{j3},'MRT')==1
                   [x, beta, ~] = func_MRT(Zmod,H1);
                end
                if strcmp(Pcd_sel{j3},'ADMM')==1
                   wb            = 1; 
                   [x, beta, vr] = func_ADMM(Zmod,H1,N0);  
                   Vr_sets       = [Vr_sets vr];
                end
                y  = H*x + sqrt(N0)*Noise;
                Y_ = beta*y; 
 
                [~,Iidx]    = min(abs(Y_*ones(1,length(Maps))-ones(Us,1)*Maps).^2,[],2); 
                bhat        = bits(Iidx,:);
                err         = (Ybits~=Iidx); 
                BER(m,j3,k) = BER(m,j3,k) + sum(sum(Xbits~=bhat))/(Us*bps);                   
            end         
        end     
    end
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4.演算法理論概述

在現代無線通訊系統中，多使用者多輸入多輸出（MU-MIMO, Multi-User Multiple-Input Multiple-Output）技術是提高頻譜效率和資料傳輸速率的關鍵。然而，高精度的數字模擬轉換器(DAC)在大規模MIMO系統中成本高昂，能耗巨大，因此基於1-bit DAC的預編碼技術應運而生，它透過僅使用1-bit的量化來顯著降低硬體複雜度和功耗。本文將深入探討基於1-bit DAC的MU-MIMO系統中的非線性預編碼演算法，並與傳統線性預編碼技術，如ZF（Zero-Forcing）、WF（Water-Filling）、MRT（Maximum Ratio Transmission）以及較為先進的ADMM（Alternating Direction Method of Multipliers）演算法進行對比。

4.1 基於1-bit DAC的非線性預編碼背景

在MU-MIMO系統中，預編碼的目的是將多路訊號對映到天線陣列上，以在接收端實現使用者間的干擾消除或最小化。當使用1-bit DAC時，訊號只能被量化為+1或-1，這導致預編碼過程變得非常具有挑戰性，因為它本質上是非線性的，需要設計特定的演算法來逼近理想線性預編碼的效能。

訊號量化可表示為：