移动通信系统课设——OFDM系统仿真

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：1(二)相关原理：11)OFDM：12)QPSK调制：23)导频与均衡：24)循环前缀：25)分组交织：3(三)基本思路：3(四)结果：91)软解码与硬解码情况下不同信噪比的误码率：92)不同信噪比下译码相位图：10(五)总结体会：10(六)分工合作：11(七)程序代码：11(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

2、。正交信号可以通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。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，通过信道后将其提取得，做频域除法得传输函数，再通过线性插值后得到每个信道频率响应，均衡滤波传输函数；4) 循环前缀：循环前缀(Cyclic Prefix, CP)是将OFDM符号尾部

3、的信号搬移到头部构成的。用来消去码间干扰，通常取长度（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(三) 基本思路：说明：1) 编码：使用216卷积码；相关代码：%卷积编码%ori_data_t_1=reshape(ori_data_t,num_inf,2*channell); %58*192ori_dat

4、a_t_2=zeros(num,2*channell); %128*192for i = 1:2*channell seq = 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编码函数：function code=encode216(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 6

5、3);%定义网格m1=m,0,0,0,0,0,0;code=convenc(m1,trel);%卷积码编码2) 交织：交织深度为32；相关代码：%编码交织%ori_data1=reshape(ori_data,deep,(2*num*channell)/deep)' %768*32ori_data2=reshape(ori_data1,1,2*num*channell); %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_da

6、ta_1=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=modulate(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

7、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%pliot_1=2*rand(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channel_data_1=zeros(128,128);for i = 0:31 channel_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(

8、:,3*i+2); channel_data_1(:,4*i+4)=channel_data(:,3*i+3);end5) OFDM调制：使用IFFT；相关代码：%OFDM信号产生%IFFT_data=zeros(128,128);for i = 1:128 IFFT_data(:,i)=ifft(channel_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*1286) 插入循环前缀：这里选取长度为32；相关代码：%加

9、入循环前缀%r_data=r_ifft_data(num-num/4+1:num,:);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*1287) 并串转换：转换成1路；代码：%并串转换%r_out=reshape(r_data,1,(num+num/4)*channel); %1*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

10、噪声；代码：%AWGN信道%data_AWGN=awgn(data,SNR,'measured') ;%加入噪声9) 串并转换：转换成128路；代码：%串并转换%r_rcv_data1=reshape(r_rcv_data,num+num/4,channel);i_rcv_data1=reshape(i_rcv_data,num+num/4,channel);10) OFDM解调：FFT快速算法；代码：%OFDM解调FFT%de_OFDM_data=zeros(128,128);for i = 1:128 de_OFDM_data(:,i)=fft(rcv_data(:,i),

11、128); %128*128矩阵end11) 去导频：取出过信道后导频序列；12) 信道估计：计算收到每一路导频序列的，已知导频序列的，得到信道，利用线性插值得到每一路信息序列的；13) 均衡：将每一路信号，得到均衡后的信号频域 ，然后得到；代码：%信道估计与均衡（新的）depliot=zeros(128,32);for i = 0:31 depliot(:,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 = 1:32 depl

12、iot_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'); %线性插值endde_OFDM_1=zeros(128,128);for i= 0:30 de_OFDM_1(:,4*i+1)=depliot_1(:,i+1); de_OFDM_1(:,4*i+2)=depliot_1(:,i+1)+(depliot_1(:,i+

13、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_OFDM_1(:,128)=depliot_1

14、(:,32);de_OFDM_2=de_OFDM_data.*de_OFDM_1; %还原数据de_OFDM_3=;for i = 2:4:126 de_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,channell*num); %128*9615) QPSK解调：还原调制前的数据；代码：%QPSK解调%de_OFDM_data3_real=real(de_OFDM_data3);de_OFDM_data3_i

15、mag=imag(de_OFDM_data3);de_OFDM_4=zeros(1,2*length(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*length(de_OFDM_data3_real);for i=1:length(de_OFDM_data3_real) %求判决到各个位置的概率% re_f1=normpdf(de_OFDM_data3_real(i),-1,sigma); re_0=nor

16、mpdf(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)

17、=(im_f1+im_1)/(im_f1+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*num*channell)/deep,deep)'data_last_0_1=reshape(data_last_0_0,1,2*num*channell);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：%卷积码译码%data_last_1=reshape(data_last_0_1,num,channell*2); %

18、128*256data_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_code;enddata_last = reshape(data_last_2,1,2*num_inf*channell); %1*14848译码函数：function decode=decode216(m,k)%m为码字序列，硬判决译码输入k

19、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,tblen,'term','hard');else%软判决量化译码(3比特量化） index,hcode=quantiz(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,tblen,'term',&

20、#39;soft',3);enddecode=decode1(1:length(decode1)-6);18) 误码率统计；代码：%误码率统计%error_num=sum(abs(data_last-ori_data_t);bit_error_rate(1,(SNR-SNR_min)/2+1)= error_num/N; %误码率snr(1,(SNR-SNR_min)/2+1)=SNR;endstem(snr,-10*log10(bit_error_rate),'-*','LineStyle','none');xlabel('SN

21、R'); ylabel('BER'); title('Performance of OFDM under the channel AWGN')(四) 结果：1) 软解码与硬解码情况下不同信噪比的误码率：由上图可以看出，信号误码性能随着信噪比增加而增加，当信噪比达到10dB的时候误码率已经低于0.01，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

22、信噪比下译码相位图：SNR=20（dB）SNR=12（dB）SNR=6（dB）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

23、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channel=128;num=128;channell=96;deep=32;%交织深度num_inf=num/2-6; %每一组信息位bit,注意复数包含两组

24、,58N=channell*2*num_inf;SNR_min=6;SNR_max=20;echo_num=8;ts=1e-5;fd=0;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_min)/2+1);snr=zeros(1,(SNR_max-SNR_min)/2+1); %信噪比矩阵初始化for SNR=SNR_min:2:SNR_maxfor echo=1:echo_num;%初始信号产生%ori_data=rand(1,N);ori_data_t=ori_

25、data<p; % 生成伯努利信息序列 1*11136%卷积编码%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*channell seq = 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)

26、; %1*24576%编码交织%ori_data1=reshape(ori_data,deep,(2*num*channell)/deep)' %768*32ori_data2=reshape(ori_data1,1,2*num*channell); %1*24576%QPSK调制%ori_data_0=reshape(ori_data2,2,channell*num); %拆分成两行12288列ori_data_1=bi2de(ori_data_0','left-msb')' %QPSK的未调制数据 12288列M=4的数据de_OFDM_1=mode

27、m.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%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_1=2*rand(128,32);pliot_2=2*rand(128,32); %插入的导频信号，实数pliot=pliot

28、_1+pliot_2*1i; %插入的导频信号，复数channel_data_1=zeros(128,128);for i = 0:31 channel_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%OFDM信号产生%IFFT_data=ifft(channel_data); %128*10iff

29、t数据IFFT_data=zeros(128,128);for i = 1:128 IFFT_data(:,i)=ifft(channel_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-num/4+1:num,:);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_i

30、fft_data; %160*128%并串转换%r_out=reshape(r_data,1,(num+num/4)*channel); %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') ;%加入噪声%瑞利信道%chan = rayleighchan(ts,fd,tau,pdb); ru_data = filter(chan,data_AWGN); %接收信号%r_rcv_data=

31、real(ru_data);i_rcv_data=imag(ru_data);%串并转换%r_rcv_data1=reshape(r_rcv_data,num+num/4,channel);i_rcv_data1=reshape(i_rcv_data,num+num/4,channel);%去前缀%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解调FFT%de_OFDM_data=

32、zeros(128,128);for i = 1:128 de_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 = 0:31 depliot(:,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 = 1:32 depliot_1(:,i)=pliot(:,i)./depliot(:,i);endd

33、e_OFDM_1=zeros(128,128);for i= 0:30 de_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;endd

34、e_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; %还原数据de_OFDM_3=;for i = 2:4:126 de_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,chan

35、nell*num); %128*96%QPSK解调%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*length(de_OFDM_data3_real);%求方差%sigma=(sum(de_OFDM_4-ori_

36、data)/(2*length(de_OFDM_data3_real)2;for i=1:length(de_OFDM_data3_real) %求判决到各个位置的概率% 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_ima

37、g(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%解交织%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);%卷积码译码%data_last_1=reshape(data_last_0_1,num,channell*2); %128*2