移動通信系統(tǒng)課設(shè)——OFDM系統(tǒng)仿真

1、移動通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告OFDM系統(tǒng)仿真目錄移動通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告1（一）題目要求：2（二）相關(guān)原理：21） OFDM : 22） QPSK 調(diào)制:33） 導(dǎo)頻與均衡：34） 循環(huán)前綴：35） 分組交織：4（三）基本思路：4（四）結(jié)果：111）軟解碼與硬解碼情況下不同信噪比的誤碼率： 112）不同信噪比下譯碼相位圖： 11（五）總結(jié)體會：12（六）分工合作：13（七）程序代碼：13（一） 題目要求：1） OFDM128 路傳輸；2） QPSK調(diào)制3） AWGN信道4） 3徑或4徑瑞利衰落信道（二）相關(guān)原理：1） OFDM :將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)

2、制到在每個子信道上進行傳輸。 正交信號 可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開， 這樣可以減少子信道 之間的相互干擾（ISI）。每個子信道上的信號帶寬小于信道的 相關(guān)帶寬，因此每個子信道上可以看成平坦性衰落， 從而可以 消除碼間串擾，而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬 的一小部分，信道均衡變得相對容易。OFD肝載波頻譜5 3-800)-60004000-200002000400060003000頻率2） QPSK 調(diào)制:將每兩個相連比特組在一起形成雙比特碼元，它的四種狀態(tài)用4個不同的相位表示；3)導(dǎo)頻與均衡：在OFDM信息序列中插入已知的導(dǎo)頻序列x n ,通過信道后將其提取得y n ,做頻域

3、除法得傳輸函數(shù)H z = Y亙，再通Xz過線性插值后得到每個信道頻率響應(yīng)，均衡濾波傳輸函數(shù)1Hz4)循環(huán)前綴:循環(huán)前綴(Cyclic Prefix, CP)是將OFDM符號尾部的信號搬移到頭部構(gòu)成的。用來消去碼間干擾，通常取長度 Tg (為信道沖激響應(yīng)持續(xù)時間）5）分組交織：為了解決成串的比特差錯問題，采用了交織技術(shù)：把一條 消息中的相繼比特分散開的法，即一條信息中的相繼比特以非 相繼式發(fā)送，這樣即使在傳輸過程中發(fā)生了成串差錯， 恢復(fù)成 一條相繼比特串的消息時，差錯也就變成單個（或者長度很短） 的錯誤比特，這時再用信道糾正隨機差錯的編碼技術(shù)（ FEC） 消除隨機差錯。糾錯數(shù)bmax D t（三

4、）基本思路：QPSK解調(diào). 解交織 ->卷枳洋碼> 誤碼率玩計說明：1)編碼：使用216卷積碼；相關(guān)代碼：%卷積編碼 %ori_data_t_1=reshape(ori_data_t,num_inf,2*channell); %58*192ori_data_t_2=zeros(num,2*channell);%128*192for i = 1:2*channellseq = ori_data_t_1(:,i)'seq_code = encode216(seq)'ori_data_t_2(:,i) = seq_code;endori_data=reshape(ori_

5、data_t_2,1,2*num*channell);%1*24576編碼函數(shù)：function code=encode216(m)%輸入信息序列%g1=1,0,0,0,0,0;g2=1,1,0,0,1,1;trel=poly2trellis(6,40 63);%定義網(wǎng)格m1=m,0,0,0,0,0,0;code=convenc(m1,trel);%卷積碼編碼2)交織：交織深度為32;相關(guān)代碼：%編碼交織%ori_data1=reshape(ori_data,deep,(2*num*channell)/deep)'%768*32 ori_data2=reshape(ori_data1,

6、1,2*num*channell);%1*245763） QPSK調(diào)制：轉(zhuǎn)換為96路相位信號（復(fù)數(shù)）；代碼:%QPSK調(diào)%拆分成兩行12288%QPSK的未調(diào)制數(shù)據(jù)%生成調(diào)制器對象，設(shè)置%1*12288%拆分成128%拆分成128行,制%ori_data_0=reshape(ori_data2,2,channell*num);列ori_data_1=bi2de(ori_data_0','left-msb')'12288列M=4的數(shù)據(jù)de_OFDM_1=modem.pskmod(4);qpsk調(diào)制QPSK_data=modulate(de_OFDM_1,ori_d

7、ata_1);復(fù)數(shù)形式%channel_data=reshape(QPSK_data,channell,num);行，每行10個復(fù)數(shù)128*10channel_data=reshape(QPSK_data,num,channell);每行96個復(fù)數(shù)128*964)插入導(dǎo)頻：32路已知序列；代碼：%插入導(dǎo)頻信號%pliot_1=2*rand(128,32);pliot_2=2*rand(128,32);%插入的導(dǎo)頻信號，實數(shù)pliot=pliot_1+pliot_2*1i; %插入的導(dǎo)頻信號，復(fù)數(shù)channel_data_1=zeros(128,128);for i = 0:31channel_

8、data_1(:,4*i+1)=pliot(:,i+1);channel_data_1(:,4*i+2)=channel_data(:,3*i+1);channel_data_1(:,4*i+3)=channel_data(:,3*i+2);channel_data_1(:,4*i+4)=channel_data(:,3*i+3); end5) OFDM 調(diào)制：使用IFFT相關(guān)代碼：%OFDM信號產(chǎn)生%IFFT_data=zeros(128,128);%128*128ifft 數(shù)for i = 1:128IFFT_data(:,i)=ifft(channel_data_1(:,i),128);

9、據(jù)endr_ifft_data=real(IFFT_data);% 實部128*128i_ifft_data=imag(IFFT_data);%虛部128*1286)插入循環(huán)前綴：這里選取長度為32;相關(guān)代碼:%加入循環(huán)前綴% r_data=rJff_data(num-num/4+1:num,:);rJff_data;%保護間隔取傳送數(shù)據(jù)的四分之一i_data=i_iff_data(num-num/4+1:num,:);iJff_data; %160*1287)并串轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換成1路；代碼：%并串轉(zhuǎn)換%r_out=reshape(r_data,1,(num+num/4)*channel);%1*

10、1600i_out=reshape(i_data,1,(num+num/4)*channel);%1*1600data=r_out+i_out.*1i;8) AWGN :加入信噪比-1020dB的噪聲；代碼：%AWGN 信道 % data_AWGN=awgn(data,SNR,'measured') ;%加入噪聲9)串并轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換成128路；代碼：%串并轉(zhuǎn)換%r_rcv_data1=reshape(r_rcv_data,num+num/4,channel);i_rcv_data1=reshape(i_rcv_data,num+num/4,channel);10)OFDM解調(diào)：F

11、FT快速算法；代碼：%OFDM解調(diào)FFT% de_OFDM_data=zeros(128,128); for i = 1:128 de_OFDM_data(:,i尸fft(rcv_data(:,i),128);%128*128 矩陣end11)去導(dǎo)頻：取出過信道后導(dǎo)頻序列y n ;12)信道估計：計算收到每一路導(dǎo)頻序列的 Yz,已知導(dǎo)頻序歹U的Xz,得到信道H z二組，利用線性插值得到每一路 Xz信息序列的Hi13)均衡:將每一路信號XJz Ez, Ez ,得到均衡后 HJz的信號頻域YJz,然后得到y(tǒng)'(n)；代碼：%信道估計與均衡(新的)depliot=zeros(128,32);

12、 for i = 0:31depliot(:,i+1)=de_OFDM_data(:,4*i+1);enddepliot_1=zeros(128,32);depliot_2=zeros(32,128);de_OFDM_0=zeros(128,32); for i = 1:32depliot_1(:,i)=pliot(:,i)./depliot(:,i);%depliot_2(i,:)=reshape(depliot_1(:,i),1,128);%x=1:128;%hx=1:128;%de_OFDM_0(:,i)=interp1(x,depliot_2(i,:),hx,'pchip

13、9;);%線性插值endde_OFDM_1=zeros(128,128); for i= 0:30de_OFDM_1(:,4*i+1)=depliot_1(:,i+1);de_OFDM_1(:,4*i+2)=depliot_1(:,i+1)+(depliot_1(:,i+2)-depliot_1(:,i+1) /4;de_OFDM_1(:,4*i+3)=depliot_1(:,i+1)+(depliot_1(:,i+2)-depliot_1(:,i+1) de_OFDM_1(:,4*i+4)=depliot_1(:,i+1)+(depliot_1(:,i+2)-depliot_1(:,i+1)

14、 /4*3; endde_OFDM_1(:,125)=depliot_1(:,32);de_OFDM_1(:,126)=depliot_1(:,32);de_OFDM_1(:,127)=depliot_1(:,32);de_OFDM_1(:,128)=depliot_1(:,32);de_OFDM_2=de_OFDM_data.*de_OFDM_1;%還原數(shù)據(jù)de_OFDM_3=; for i = 2:4:126de_OFDM_3=de_OFDM_3,de_OFDM_2(:,i:i+2);%提取出 128*96 數(shù)據(jù)部分end14)并串轉(zhuǎn)換：變?yōu)?6路信息序列；代碼：%并串轉(zhuǎn)換 % de_OF

15、DM_data3=reshape(de_OFDM_3,1,channell*num);%128*9615)QPSK解調(diào)：還原調(diào)制前的數(shù)據(jù)；代碼：%QPSK解調(diào)%de_OFDM_data3_real=real(de_OFDM_data3);de_OFDM_data3_imag=imag(de_OFDM_data3);de_OFDM_4=zeros(1,2*length(de_OFDM_data3_real);%求差 %sigma=sum(abs(real(de_OFDM_data3)-real(QPSK_data)+abs(imag(de_OFDM_data3)-imag(QPSK_data)/

16、(2*length(de_OFDM_data3_real);fo門=1:length(de_OFDM_data3_real)%求判決到各個位置的概率%re_f1=normpdf(de_OFDM_data3_real(i),-1,sigma);re_0=normpdf(de_OFDM_data3_real(i),0,sigma);re_1=normpdf(de_OFDM_data3_real(i),1,sigma);im_f1=normpdf(de_OFDM_data3_imag(i),-1,sigma);im_0=normpdf(de_OFDM_data3_imag(i),0,sigma);i

17、m_1=normpdf(de_OFDM_data3_imag(i),1,sigma);de_OFDM_4(2*i-1)=(re_f1+re_0*im_f1/(im_f1+im_1)/(re_f1+re_1+re_0); de_OFDM_4(2*i)=(im_f1+im_1)/(im_f1+im_1+im_0);enddata_last_0=de_OFDM_4;%1*2457616)解交織；代碼：%解交織 %data_last_0_0=reshape(data_last_0,(2*num*channell)/deep,deep)'data_last_0_1=reshape(data_la

18、st_0_0,1,2*num*channell);17)卷積譯碼：分別使用維特比譯碼，軟解碼，硬解碼法，得到譯碼結(jié)果;代碼：%卷積碼譯碼%data_last_1=reshape(data_last_0_1,num,channell*2);%128*256 data_last_2=zeros(num_inf,channell*2);%58*256for k = 1:2*channell seq0 = data_last_1(:,k)' seq0=1-2.*seq0; seq0_code = decode216(seq0,1)' data_last_2(:,k) = seq0_co

19、de; end data_last = reshape(data_last_2,1,2*num_inf*channell);%1*14848譯碼函數(shù)：function decode=decode216(m,k)%m為碼字序列，硬判決譯碼輸入 k為1,軟判決譯碼輸入k為0trel=poly2trellis(6,40 63);% 定義網(wǎng)格tblen=35;%回朔長度，為約束長度的 5倍 if(k=1)%硬判決譯碼hcode=m<0;decode1=vitdec(hcode,trel,tblen,'term','hard');else%軟判決量化譯碼(3比特量化

20、)index,hcode=quantiz(m,-0.75,-0.5,-0.25,0,0.25,0.5Q75,7,6,5,4,321,0); decode1=vitdec(hcode,trel,tblen,'term','soft',3); end decode=decode1(1:length(decode1)-6);18)誤碼率統(tǒng)計；代碼：%誤碼率統(tǒng)計%error_num=sum(abs(data_last-ori_data_t);bit_error_rate(1,(SNR-SNR_min)/2+1)= error_num/N; % 誤碼率 snr(1,(SN

21、R-SNR_min)/2+1)=SNR; end stem(snr,-10*log10(bit_error_rate),'-*','LineStyle','none'); xlabel('SNR'); ylabel('BER');title('Performance of OFDM under the channel AWGN')（四）結(jié)果：1）軟解碼與硬解碼情況下不同信噪比的誤碼率：Performance of OFDM under the channel AWGN 0soft decode如 h

22、ard decode-2-0.5681012141618SNR（dB）由上圖可以看出，信號誤碼性能隨著信噪比增加而增 加，當信噪比達到10dB的時候誤碼率已經(jīng)低于0.01，信 噪比達到16dB時誤碼率已經(jīng)達到-5量級，再之后出現(xiàn)相 關(guān)波動；另外，由于此次用于測試的數(shù)據(jù)只有 24576個，所以 誤碼率更高的時候誤碼率已經(jīng)變?yōu)?0。同時，在低信噪比時，軟解碼與硬解碼性能差別不大；在信噪比達到8dB之后，軟解碼性能明顯比硬解碼好;2）不同信噪比下譯碼相位圖：Scatter plotScatter plot543210Scatter plot50 In-Phase-1-2-3-4-5由上圖可以看出，在

23、不同信噪比下，相位圖譯碼結(jié)果不一樣；信噪比越大，相位譯碼越清晰;（五）總結(jié)體會:1）這次課設(shè)時間期較長，一邊學(xué)習(xí)一邊編寫，前后花了好幾;最開始搭建基本框架比較順利，通過對課程的理解，成功地理清了思路；2）編寫導(dǎo)頻和均衡部分時，由于書上講得不是很透徹，網(wǎng)上查閱資料也紛繁復(fù)雜，幾乎陷入了瓶頸；后來慢慢摸索，詢問老師，小組討論，同學(xué)交流；慢慢知道了自己的問題 所在，混淆了頻域和時域；3）小組討論后將程序分工，成員各自負責(zé)不同部分，有問題 時一起交流討論，這次團隊協(xié)作非常愉快，并且高效；4）從最開始做的無從下手到現(xiàn)在基本理解吃透，經(jīng)歷了一段 時間。中間也詢問了很多人，查閱了多資料；非常感老師 的指導(dǎo)，

24、也希望老師以后講解可以再耐心一些；（六）分工合作：我們小組成員有倪鴻志，旭，裔歡；這次我（倪鴻志）負 責(zé)的是OFDM系統(tǒng)，信道的編寫，旭負責(zé)了編碼譯碼部分， 裔歡寫了 QPSK調(diào)制，剩下的均衡，導(dǎo)頻，軟譯碼是大家一起 商量完成的。（七）程序代碼：1）主程序：clc;clear all;%參數(shù)設(shè)置 %p=0.5;%設(shè)定p值channel=128;num=128;channell=96;deep=32;%交織深度num_inf=num/2-6;%每一組信息位bit,注意復(fù)數(shù)包含兩組，58N=channell*2*num_inf;SNR_min=6;SNR_max=20;echo_num=8;ts=

25、1e-5;fd=0;tau=ts3*ts8*ts;pdb=0-3-8;% 采樣時間為 1us,無多普勒頻移bit_error_rate=zeros（echo_num,（SNR_max-SNR_min）/2+1）;snr=zeros（1,（SNR_max-SNR_min）/2+1）;% 信噪比矩陣初始化for SNR=SNR_min:2:SNR_maxfor echo=1:echo_num;%初始信號產(chǎn)生 % ori_data=rand(1,N);ori_data_t=ori_data<p;% 生成伯努利信息序列1*11136%卷積編碼 % ori_data_t_1=reshape(ori

26、_data_t,num_inf,2*channell); %58*192 ori_data_t_2=zeros(num,2*channell);%128*192for i = 1:2*channellseq = ori_data_t_1(:,i)'seq_code = encode216(seq)'ori_data_t_2(:,i) = seq_code;endori_data=reshape(ori_data_t_2,1,2*num*channell);%1*24576%編碼交織 % ori_data1=reshape(ori_data,deep,(2*num*channel

27、l)/deep)'%768*32ori_data2=reshape(ori_data1,1,2*num*channell);%1*24576%拆分成兩行12288列%QPSK的未調(diào)制數(shù)據(jù) 12288%QPSK 調(diào)制 %ori_data_0=reshape(ori_data2,2,channell*num);ori_data_1=bi2de(ori_data_0','left-msb')'列M=4的數(shù)據(jù)de_OFDM_1=modem.pskmod(4);%生成調(diào)制器對象，設(shè)置qpsk調(diào)制QPSK_data=modulate(de_OFDM_1,ori_da

28、ta_1);%1*12288 復(fù)數(shù)形式%channel_data=reshape(QPSK_data,channell,num);%拆分成 128 行，每行10個復(fù)數(shù)128*10channel_data=reshape(QPSK_data,num,channell);%拆分成 128 行，每行96個復(fù)數(shù)128*96%插入導(dǎo)頻號%pliot_1=2*rand(128,32);pliot_2=2*rand(128,32);%插入的導(dǎo)頻信號，實數(shù)pliot=pliot_1+pliot_2*1i; %插入的導(dǎo)頻信號，復(fù)數(shù)channel_data_1=zeros(128,128);for i = 0:3

29、1channel_data_1(:,4*i+1)=pliot(:,i+1);channel_data_1(:,4*i+2)=channel_data(:,3*i+1);channel_data_1(:,4*i+3)=channel_data(:,3*i+2);channel_data_1(:,4*i+4)=channel_data(:,3*i+3); end%128*10ifft 數(shù)據(jù)%OFDM 信號產(chǎn)生 %IFFT_data=ifft(channel_data);IFFT_data=zeros(128,128);for i = 1:128IFFT_data(:,i尸ifft(channel_

30、data_1(:,i),128);%128*128ifft 數(shù)據(jù)end r_ifft_data=real(IFFT_data);% 實部128*128i_ifft_data=imag(IFFT_data);% 虛部 128*128%加入循環(huán)前綴 % r_data=r_ifft_data(num-num/4+1:num,:);r_ifft_data;% 保護間隔取傳送數(shù)據(jù)的四分之一i_data=i_ifft_data(num-num/4+1:num,:);i_ifft_data; %160*128% 并串車% % r_out=reshape(r_data,1,(num+num/4)*channe

31、l);%1*1600i_out=reshape(i_data,1,(num+num/4)*channel);%1*1600data=r_out+i_out.*1i;%AWGN信道%data_AWGN=awgn(data,SNR,'measured') ;%加入噪聲%瑞利信道 % chan = rayleighchan(ts,fd,tau,pdb);ru_data = filter(chan,data_AWGN);% % % % % %號%r_rcv_data=real(ru_data);i_rcv_data=imag(ru_data);%串并轉(zhuǎn)換%r_rcv_data1=res

32、hape(r_rcv_data,num+num/4,channel);i_rcv_data1=reshape(i_rcv_data,num+num/4,channel);%去前綴%r_rcv_data2=r_rcv_data1(num/4+1:num+num/4,:);i_rcv_data2=i_rcv_data1(num/4+1:num+num/4,:);rcv_data=r_rcv_data2+i_rcv_data2*1i;%OFDM解調(diào)FFT%de_OFDM_data=zeros(128,128);for i = 1:128 de_OFDM_data(:,i尸fft(rcv_data(:

33、,i),128);%128*128 矩陣end%信道估計與均衡(新的)depliot=zeros(128,32);for i = 0:31depliot(:,i+1)=de_OFDM_data(:,4*i+1);enddepliot_1=zeros(128,32);depliot_2=zeros(32,128);de_OFDM_0=zeros(128,32);for i = 1:32depliot_1(:,i)=pliot(:,i)./depliot(:,i);endde_OFDM_1=zeros(128,128);for i= 0:30de_OFDM_1(:,4*i+1)=depliot_1

34、(:,i+1);de_OFDM_1(:,4*i+2)=depliot_1(:,i+1)+(depliot_1(:,i+2)-depliot_1(:,i+1)/4;de_OFDM_1(:,4*i+3)=depliot_1(:,i+1)+(depliot_1(:,i+2)-depliot_1(:,i+1)/2;de_OFDM_1(:,4*i+4)=depliot_1(:,i+1)+(depliot_1(:,i+2)-depliot_1(:,i+1)/4*3;endde_OFDM_1(:,125)=depliot_1(:,32);de_OFDM_1(:,126)=depliot_1(:,32);de

35、_OFDM_1(:,127)=depliot_1(:,32);de_OFDM_1(:,128)=depliot_1(:,32);de_OFDM_2=de_OFDM_data.*de_OFDM_1;%還原數(shù)據(jù)de_OFDM_3=;for i = 2:4:126de_OFDM_3=de_OFDM_3,de_OFDM_2(:,i:i+2);%提取出 128*96 的數(shù)據(jù)部分end%并串轉(zhuǎn)換%de_OFDM_data3=reshape(de_OFDM_3,1,channell*num);%128*96%QPSK解調(diào)%h1 = modem.pskdemod(4);%de_QPSK_data=demodu

36、late(h1,de_OFDM_data3);%demodata=de2bi(de_QPSK_data,'left-msb')'de_OFDM_data3_real=real(de_OFDM_data3);de_OFDM_data3_imag=imag(de_OFDM_data3);de_OFDM_4=zeros(1,2*length(de_OFDM_data3_real);% 求差 %sigma=(sum(de_OFDM_4-ori_data)/(2*length(de_OFDM_data3_real)F2;for i=1:length(de_OFDM_data3_r

37、eal)%求判決到各個位置的概率%re_f1=normpdf(de_OFDM_data3_real(i),-1,sigma);re_0=normpdf(de_OFDM_data3_real(i),0,sigma);re_1=normpdf(de_OFDM_data3_real(i),1,sigma);im_f1=normpdf(de_OFDM_data3_imag(i),-1,sigma);im_0=normpdf(de_OFDM_data3_imag(i),0,sigma);im_1=normpdf(de_OFDM_data3_imag(i),1,sigma);de_OFDM_4(2*i-1)=(re_f1+re_0*im_f1/(im_f1+im_1)/(re_f1+re_1+re_0); de_OFDM_4(2*i)=(im_f1+im_1)/(im_f1+im_1+im_0);enddata_last_0=de_OFDM_4;%1*24576%解交織 %data_last_0_0=reshape(data_last_0,(2*num*channell)/deep,deep)'data_last_0_1=reshape(data_last_0_0,1,2*num*channell);%卷積碼譯碼 % data_last_1=reshape(data_last