移动通信系统课设_OFDM系统仿真设计

1、移动通信系统课程设计报告OFDM系统仿真目录移动通信系统课程设计报告1（一）题目要求：2（二）相关原理：21)OFDM :2)QPSK调制:3)导频与均衡:4)循环前缀:5)分组交织:14（三）基本思路:（四）结果:1）软解码与硬解码情况下不同信噪比的误码率2）不同信噪比下译码相位图：1.5.（五）总结体会:16（六）分工合作:17（七）程序代码:17（一）题目要求：1）OFDM128 路传输；2）QPSK调制3）AWGN信道4）3径或4径瑞利衰落信道（二）相关原理：1） OFDM :将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通

2、过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰（ISI）。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上可以看成平坦性衰落，从而可以消除码间串扰，而且由于每个子信道的带宽仅仅是原 信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。OFDtvt子载;IS频谱-8000-6000-400020000:2000400060008000'频率2) QPSK 调制：将每两个相连比特组在一起形成双比特码元，它的四种状态用4个不同的相位表示；3) 导频与均衡：在OFDM信息序列中插入已知的导频序列x n ,通过信道 后将其提取得y n ,做频域除法得传输函数H z =卫习，再通X

3、z过线性插值后得到每个信道频率响应，均衡滤波传输函数1Hz4) 循环前缀：循环前缀(Cyclic Prefix, CP)是将OFDM符号尾部的信号搬移到头部构成的。用来消去码间干扰，通常取长度Tg( 为信道冲激响应持续时间）5）分组交织：为了解决成串的比特差错问题，采用了交织技术：把一条消息中的相 继比特分散开的方法，即一条信息中的相继比特 以非相继方式发送，这样即使在传输过程中发生了成串差错 恢复成一条相继比特串的消息时，差错也就变成单个（或者 长度很短）的错误比特，这时再用信道纠正随机差错的编码 技术（FEC消除随机差错。纠错数bmax D t（三）基本思路：信号产生->卷积编码-&

4、gt;交织（32）QPSK调制（96路）>插入导频信 号（32路）1才OFDM调制 （IFFT）插入循环前 缀（1/4长度）->并串转换AWGN信道->3径瑞利信道17串并转换OFD M解调 （FFT）取导频信道估计与 均衡并串转换QPSK解调 解交织卷积译码误码率统计说明：1）编码：使用216卷积码;相关代码：% 卷积编码 %ori_data_t_ 仁reshape(ori_data_t, numn f,2*cha nn ell); %58*192 ori_data_t_2=zeros( num,2*cha nn ell);%128*192for i = 1:2*cha n

5、n ellseq = ori_data_t_1(:,i)：seq_code = en code216(seq)：ori_data_t_2(:,i) = seq_code;endori_data=resh ape(ori_data_t_2,1,2* nu m*cha nn ell);%1*24576编码函数：fun ctio n code=e ncode216(m)%输入信息序列%g1=1,0,0,0,0,0;g2=1,1,0,0,1,1;trel=poly2trellis(6,40 63);% 定义网格m仁m,0,0,0,0,0,0;code=c onven c(m1,trel);%卷积码编码

6、2) 交织：交织深度为32 ；相关代码：%编码交织% ori_data1=reshape(ori_data,deep,(2* nu m*cha nn ell)/deep)：%768*32ori_data2=reshape(ori_data1,1,2* nu m*cha nn ell);%1*245763) QPSK调制：转换为96路相位信号(复数)；代码：%QPSK调制 % ori_data_0=reshape(ori_data2,2,channell*num);%拆分成两行 12288 列ori_data_仁bi2de(ori_data_0','left-msb')&

7、#39;%QPSK 的未调制数据12288列M=4的数据de_OFDM_1=modem.pskmod(4);%生成调制器对象，设置 qpsk调制QPSK_data=modulate(de_OFDM_1,ori_data_1);%1*12288 复数形式%cha nn el_data=reshape(QPSK_data,cha nn ell, nu m);%拆分成128行，每行10个复数128*10cha nn el_data=reshape(QPSK_data ,nu m,cha nn ell);%拆分成128行，每行96个复数128*964）插入导频：32路已知序列；代码：%插入导频信号%p

8、liot_ 仁2*ra nd(128,32);pliot_2=2*rand(128,32);%插入的导频信号，实数pliot=pliot_1+pliot_2*1i; % 插入的导频信号，复数 chann el_data_ 1= zeros(128,128);for i = 0:31chann el_data_1(:,4*i+1)=pliot(:,i+1);chann el_data_1(:,4*i+2)=cha nn el_data(:,3*i+1);chann el_data_1(:,4*i+3)=cha nn el_data(:,3*i+2);chann el_data_1(:,4*i+4

9、)=cha nn el_data(:,3*i+3);end5)OFDM调制：使用IFFT;相关代码:%OFDM生%IFFT_data=zeros(128,128);for i = 1:128%128*128ifftIFFT_data(:,i)=ifft(cha nn el_data_1(:,i),128);endr_ifft_data=real(IFFT_data);%实部128*128i_ifft_data=imag(IFFT_data);%虚部128*1286)插入循环前缀：这里选取长度为32 ；相关代码：缀%r_data=r_ifft_data( num-num/4+1: num,:);

10、r_ifft_data; %保护间隔取传送数据的四分之一i_data=i_ifft_data( num-n um/4+1: nu m,:);i_ifft_data; %160*1287) 并串转换：转换成1路；代码：%并串换%r_out=reshape(r_data,1,( num+n um/4)*cha nn el);%1*1600i_out=reshape(i_data,1,( nu m+num /4)*cha nn el);%1*1600data=r_out+i_out.*1i;8) AWGN :加入信噪比-1020dB 的噪声；代码：%AWGN 信道 % data_AWGN=awg n

11、(data,SNR,'measured') ;%力口入噪声9) 串并转换：转换成128路；代码：%串并换 % %r_rcv_data1=reshape(r_rcv_data, num+nu m/4,cha nn el);i_rcv_data1=reshape(i_rcv_data, num+nu m/4,cha nn el);10) OFDM解调：FFT快速算法；代码：%OFDM解调FFT% de_OFDM_data=zeros(128,128);for i = 1:128de_OFDM_data(:,i)=fft(rcv_data(:,i),128);%128*128 矩阵e

12、nd11) 去导频：取出过信道后导频序列yn ；12) 信道估计：计算收到每一路导频序列的Yz，已知导频序列的Xz，得到信道H z=g4，利用线性插值得到每一Xz路信息序列的Hi z ；13) 均衡：将每一路信号Xiz Eiz，Eiz1 ，得到均衡后Hiz的信号频域Yiz，然后得到y'(n)；代码：%信道估计与均衡(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=

13、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)=i nterp1(x,depliot_2(i,:),hx,'pchip');% 线性插值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

14、_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_OFDM_1(:,127)=depliot_1(:,32);de

15、_OFDM_1(:,128)=depliot_1(:,32);de_OFDM_2=de_OFDM_data.*de_OFDM_1;% 还原数据de_OFDM_3=;for i = 2:4:126de_OFDM_3=de_OFDM_3,de_OFDM_2(:,i:i+2); % 提取出 128*96 数据部分end14) 并串转换：变为96路信息序列;代码：%并串转换%de_OFDM_data3=reshape(de_OFDM_3,1,cha nnell*nu m);%128*9615) QPSK解调：还原调制前的数据；代码：%QPSK解调 %de_OFDM_data3_real=real(de

16、_OFDM_data3);de_OFDM_data3_imag=imag(de_OFDM_data3);de_OFDM_4=zeros(1,2*le ngth(de_OFDM_data3_real);%求方差%sigma=sum(abs(real(de_OFDM_data3)-real(QPSK_data)+abs(imag(de_OFDM_data3)-imag(QPSK_data)/(2*le ngth(de_OFDM_data3_real);fori=1:le ngth(de_OFDM_data3_real)%求判决到各个位置的概率%re_f1=n ormpdf(de_OFDM_data

17、3_real(i),-1,sigma);re_O=normpdf(de_OFDM_data3_real(i),0,sigma);re_1=n ormpdf(de_OFDM_data3_real(i),1,sigma);im_f1=n ormpdf(de_OFDM_data3_imag(i),-1,sigma);im_0=n ormpdf(de_OFDM_data3_imag(i),0,sigma);im_1= no rmpdf(de_OFDM_data3_imag(i),1,sigma);de_OFDM_4(2*i-1)=(re_f1+re_0*im_f1/(im_f1+im_1)/(re_f

18、1+re_1+re_0);de_OFDM_4(2*i)=(im1+im_1)/(im1+im_1+im_0);enddata_last_0=de_OFDM_4;%1*2457616) 解交织；代码：%解交织%data_last_0_0=reshape(data_last_0,(2* nu m*cha nn ell)/deep,deep)'data_last_0_ 仁reshape(data_last_0_0,1,2* nu m*cha nn ell);17) 卷积译码：分别使用维特比译码，软解码，硬解码方法，得到译码结果；代码：%卷积码码%data_last_ 仁reshape(dat

19、a_last_0_1, num,cha nn ell*2);%128*256data_last_2=zeros( numn f,cha nn ell*2);%58*256for k = 1:2*cha nn ellseqO = data_last_1(:,k)：seq0=1-2.*seq0;seq0_code = decode216(seq0,1)：data_last_2(:,k) = seq0_code;enddata_last = reshape(data_last_2,1,2* numn f*cha nn ell);%1*14848译码函数：function decode=decode2

20、16(m,k)%m为码字序列，硬判决译码输入 k为1软判决译码输入k为0trel=poly2trellis(6,40 63);%定义网格tblen=35;%回朔长度，为约束长度的5倍if(k=1)%硬判决译码hcode=m<0;decode1=vitdec(hcode,trel,tble n,'term','hard');else%软判决量化译码(3比特量化)in dex,hcode=qua ntiz(m,-0.75,-0.5,-0.25,0,0.25,0.5,0.75,7,6,5,4,3,2,1,0);decode1=vitdec(hcode,trel,

21、tble n,'term','soft',3);enddecode=decode1(1:le ngth(decode1)-6);18)误码率统计；代码：%误码率计% error_ num=sum(abs(data_last-ori_data_t);bit_error_rate(1,(SNR-SNR_mi n)/2+1)= error_ num/N; % 误码率sn r(1,(SNR-SNR_mi n)/2+1)=SNR;endstem(s nr,-10*log10(bit_error_rate),'-*','L in eStyle'

22、;,' non e');xlabel('SNR');ylabel('BER');title('Performa nee of OFDM un der the cha nnel AWGN')（四）结果：1）软解码与硬解码情况下不同信噪比的误码率：Performa nee of OFDM un der the cha nnel AWGN-0.5soft decode hard decode-1.5-2681012141618SNR(dB)由上图可以看出，信号误码性能随着信噪比增加而增 力口，当信噪比达到10dB的时候误码率已经低于0.

23、01，信 噪比达到16dB时误码率已经达到-5量级，再之后出现相 关波动；另外，由于此次用于测试的数据只有24576个，所以误码率更高的时候误码率已经变为0。同时，在低信噪比时，软解码与硬解码性能差别不大； 在信噪比达到8dB之后，软解码性能明显比硬解码好；2) 不同信噪比下译码相位图：Scatter plot2015oSNR=（dB）eluLakaauQo5-20 -10 0 10 20 In-Phase5o5-o2-5-4-3-2-1012345In-PhaseScatter plotprnrardauQIn-Phase由上图可以看出，在不同信噪比下，相位图译码结果不一样；信噪比越大，相位

24、译码越清晰；（五）总结体会：1）这次课设时间周期较长，一边学习一边编写，前后花了好几周；最开始搭建基本框架比较顺利，通过对课程的理解，成功地理清了思路；2）编写导频和均衡部分时，由于书上讲得不是很透彻，网上查阅资料也纷繁复杂，几乎陷入了瓶颈；后来慢慢摸索，询问老师，小组讨论，同学交流；慢慢知道了自己的问题 所在，混淆了频域和时域；3）小组讨论后将程序分工，成员各自负责不同部分，有问题时一起交流讨论，这次团队协作非常愉快，并且高效；4）从最开始做的无从下手到现在基本理解吃透，经历了一段时间。中间也询问了很多人，查阅了许多资料；非常感谢 老师的指导，也希望李老师以后讲解可以再耐心一些；（六）分工合

25、作：我们小组成员有倪鸿志，王旭，周裔欢；这次我（倪鸿志） 负责的是OFDM系统，信道的编写，王旭负责了编码译码部 分，周裔欢写了 QPSK调制，剩下的均衡，导频，软译码是 大家一起商量完成的。（七）程序代码：1）主程序：clc;clear all;% 参数设置 %p=0.5;%设定p值cha nn el=128; nu m=128;cha nn ell=96;deep=32;%交织深度numnf=num/2-6;%每一组信息位bit,注意复数包含两组,58N=cha nn ell*2* num_inf;SNR_mi n=6;SNR_max=20;echo_ num=8;ts=1e-5;fd=0

26、;tau=ts 3*ts 8*ts;pdb=0 -3 -8 ;%采样时间为 1us ,无多普勒频移bit_error_rate=zeros(echo_ num,(SNR_max-SNR_mi n)/2+1);sn r=zeros(1,(SNR_max-SNR_mi n) /2+1);% 信噪比矩阵初始化for SNR=SNR_mi n:2:SNR_maxfor echo=1:echo_ num;%初始信号产生 %ori_data=ra nd(1,N);ori_data_t=ori_data<p;% 生成伯努利信息序列 1*11136%卷积编码%ori_data_t_ 1=reshape(

27、ori_data_t, numn f,2*cha nn ell); %58*192ori_data_t_2=zeros( nu m,2*cha nn ell);%128*192for i = 1:2*cha nn ellseq = ori_data_t_1(:,i)'seq_code = en code216(seq)'ori_data_t_2(:,i) = seq_code;endori_data=reshape(ori_data_t_2,1,2* nu m*cha nn ell);%1*24576%编码交织%ori_data1=reshape(ori_data,deep,(

28、2* nu m*cha nn ell)/deep)：%768*32ori_data2=reshape(ori_data1,1,2* nu m*cha nn ell);%1*24576%QPSK调制%ori_data_0=reshape(ori_data2,2,channell*num);%拆分成两行 12288 列ori_data_仁bi2de(ori_data_0','left-msb')'%QPSK 的未调制数据 12288 列M=4的数据de_OFDM_1=modem.pskmod(4);% 生成调制器对象，设置qpsk调制QPSK_data=modula

29、te(de_OFDM_1,ori_data_1);%1*12288 复数形式%channel_data=reshape(QPSK_data,channell,num);%拆分成 128 行，每行 10个复数128*10channel_data=reshape(QPSK_data,num,channell);%拆分成 128 行，每行 96个复数128*96%插入导频信号%pliot_ 仁2*ra nd(128,32);pliot_2=2*rand(128,32);%插入的导频信号,实数pliot=pliot_1+pliot_2*1i; % 插入的导频信号,复数 cha nn el_data_

30、仁 zeros(128,128);for i = 0:31cha nn el_data_1(:,4*i+1)=pliot(:,i+1);cha nn el_data_1(:,4*i+2)=cha nn el_data(:,3*i+1);cha nn el_data_1(:,4*i+3)=cha nn el_data(:,3*i+2);cha nn el_data_1(:,4*i+4)=cha nn el_data(:,3*i+3);end%OFDM 信号产生 %IFFT_data=ifft(cha nn el_data);%128*10ifft 数据IFFT_data=zeros(128,12

31、8);for i = 1:128IFFT_data(:,i)=ifft(cha nn el_data_1(:,i),128);%128*128ifft 数据endr_ifft_data=real(IFFT_data);% 实部128*128i_ifft_data=imag(IFFT_data);% 虚部 128*128%加入循环前缀 %r_data=r_ifft_data( num-nu m/4+1: nu m,:);r_ifft_data; %保护间隔取传送数据的四分之一i_data=i_ifft_data(num-num/4+1:num,:);i_ifft_data; %160*128%并

32、串转换%r_out=reshape(r_data,1,( num+nu m/4)*cha nn el);%1*1600i_out=reshape(i_data,1,( num+nu m/4)*cha nn el);%1*1600data=r_out+i_out.*1i;%AWGN信道%data_AWGN=awg n(data,SNR,'measured') ;%加入噪声%瑞利信道%cha n = rayleighcha n(ts,fd,tau,pdb);ru_data = filter(cha n,data_AWGN);%接收号%r_rcv_data=real(ru_data)

33、;i_rcv_data=imag(ru_data);%串并换%r_rcv_data1=reshape(r_rcv_data, num+nu m/4,cha nn el);i_rcv_data1=reshape(i_rcv_data, num+nu m/4,cha nn el);%去缀% r_rcv_data2=r_rcv_data1( nu m/4+1: num+nu m/4,:); i_rcv_data2=i_rcv_data1( nu m/4+1: num+nu m/4,:); rcv_data=r_rcv_data2+i_rcv_data2*1i;%OFDMFFT%de_OFDM_dat

34、a=zeros(128,128);for i = 1:128de_OFDM_data(:,i)=fft(rcv_data(:,i),128);%128*128 矩阵end%信道估计与均衡(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);en

35、dde_OFDM_仁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)/2;de_OFDM_1(:,4*i+4)=depliot_1(:,i+1)+(depliot_1(:,i+2)-depliot_1(:,i+1)/4*3;endde_O

36、FDM_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; % 还原数据de_OFDM_3=;for i = 2:4:126de_OFDM_3=de_OFDM_3,de_OFDM_2(:,i:i+2);% 提取出 128*96 的数据部分end%并串转换%de_OFDM_data3=reshape(de_OFDM_3,1,cha n

37、n ell* nu m);%128*96%QPSK调%h1 = modem.pskdemod(4);%de_QPSK_data=demodulate(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*le ngth(de_0FDM_data3_real);%求方差 %sigma=(sum(de_OFDM_4-o

38、ri_data)/(2*le ngth(de_OFDM_data3_real)A2;for i=1:le ngth(de_OFDM_data3_real)%求判决到各个位置的概率 %re_f1=n ormpdf(de_OFDM_data3_real(i),-1,sigma);re_0=normpdf(de_OFDM_data3_real(i),0,sigma);re_1=n ormpdf(de_OFDM_data3_real(i),1,sigma);im_f1=n ormpdf(de_OFDM_data3_imag(i),-1,sigma);im_0=normpdf(de_OFDM_data3

39、_imag(i),0,sigma);im_1= no rmpdf(de_OFDM_data3_imag(i),1,sigma);de_OFDM_4(2*i-1)=(re_f1+re_O*im_f1/(im_f1+im_1)/(re_f1+re_1+re_O);de_OFDM_4(2*i)=(im_f1+im_1)/(im_f1+im_1+im_O);enddata_last_0=de_OFDM_4;%1*24576% 解交织 %data_last_0_0=reshape(data_last_0,(2* nu m*cha nn ell)/deep,deep)：data_last_0_ 仁 reshape(data_last_0_0,1,2* nu m*cha nn ell);%卷积码译码%data_last_1=