Compact MIMO systems often suffer from degraded channel capacity due to spatial correlation. To overcome this issue, we propose a formulation for the channel capacity of a compact MIMO system that directly links it to the geometry of a pixelated surface embedded into the MIMO system. This formulation allows us to maximize the channel capacity of the MIMO system and straightforwardly obtain the optimum geometry for the pixelated surface that reduces spatial correlation. The key step in obtaining the formulation is to link the pixelated surface geometry to an impedance matrix that allows us to obtain an expression for the systems channel capacity. The formulation is general and can be applied to a wide variety of MIMO antenna systems and geometries. To demonstrate the versatility of the approach, we include a design for a compact 4-port planar inverted-F antenna (PIFA) array integrated with a pixelated surface. Simulations and experiments are provided to evaluate the performance of the compact MIMO system with and without optimization of the surface. It is shown that optimizing the geometry of the pixelated surface can increase channel capacity by 13% and energy efficiency by 19.9% compared to the system without optimization. The importance of the approach is that it provides a link between communication and electromagnetic formulations of MIMO antenna systems.

中文翻译：

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利用像素化表面的紧凑型 MIMO 系统：容量最大化

由于空间相关性，紧凑型 MIMO 系统经常遭受信道容量下降的困扰。为了克服这个问题，我们提出了一个紧凑型 MIMO 系统的信道容量公式，将其直接链接到嵌入到 MIMO 系统中的像素化表面的几何形状。这种公式使我们能够最大化 MIMO 系统的信道容量，并直接获得像素化表面的最佳几何形状，从而降低空间相关性。获得公式的关键步骤是将像素化表面几何形状与阻抗矩阵联系起来，这使我们能够获得系统通道容量的表达式。该公式是通用的，可应用于多种 MIMO 天线系统和几何结构。为了证明该方法的多功能性，我们包括一个紧凑型 4 端口平面倒 F 天线 (PIFA) 阵列的设计，该阵列与像素化表面集成。提供了模拟和实验来评估紧凑型 MIMO 系统在表面优化和不优化的情况下的性能。结果表明，与未优化的系统相比，优化像素化表面的几何形状可以增加 13% 的通道容量和 19.9% 的能量效率。该方法的重要性在于它提供了 MIMO 天线系统的通信和电磁公式之间的链接。结果表明，与未优化的系统相比，优化像素化表面的几何形状可以增加 13% 的通道容量和 19.9% 的能量效率。该方法的重要性在于它提供了 MIMO 天线系统的通信和电磁公式之间的链接。结果表明，与未优化的系统相比，优化像素化表面的几何形状可以增加 13% 的通道容量和 19.9% 的能量效率。该方法的重要性在于它提供了 MIMO 天线系统的通信和电磁公式之间的链接。