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(jì)報(bào)告OFDM系統(tǒng)仿真目錄移動通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告1(一)題目要求：1(二)相關(guān)原理：11)OFDM：12)QPSK調(diào)制：23)導(dǎo)頻與均衡：24)循環(huán)前綴：25)分組交織：3(三)基本思路：3(四)結(jié)果：91)軟解碼與硬解碼情況下不同信噪比的誤碼率：92)不同信噪比下譯碼相位圖：10(五)總結(jié)體會：10(六)分工合作：11(七)程序代碼：11(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)制到在每個子信道上進(jìn)行傳輸

2、。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?dāng)_，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。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，通過信道后將其提取得，做頻域除法得傳輸函數(shù)，再通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)；4) 循環(huán)前綴：循環(huán)前綴(Cyclic Prefix, CP)是將OFDM符號尾部

3、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（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 繼比特分散開的方法，即一條信息中的相繼比特以非相繼方式發(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(jī)差錯的編碼技術(shù)（FEC）消除隨機(jī)差錯。糾錯數(shù)(三) 基本思路：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_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 6

5、3);%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*32ori_data2=reshape(ori_data1,1,2*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)制%ori_data_0=reshape(ori_data2,2,channell*num); %拆分成兩行12288列ori_da

6、ta_1=bi2de(ori_data_0','left-msb')' %QPSK的未調(diào)制數(shù)據(jù) 12288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_data_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

7、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(shí)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 = 0:31 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調(diào)制：使用IFFT；相關(guān)代碼：%OFDM信號產(chǎn)生%IFFT_data=zeros(128,128);for i = 1:128 IFFT_data(:,i)=ifft(channel_data_1(:,i),128); %128*128ifft數(shù)據(jù)endr_ifft_data=real(IFFT_data); %實(shí)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

9、入循環(huán)前綴%r_data=r_ifft_data(num-num/4+1:num,:);r_ifft_data; %保護(hù)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*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*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)：FFT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)=fft(rcv_data(:,i),

11、128); %128*128矩陣end11) 去導(dǎo)頻：取出過信道后導(dǎo)頻序列；12) 信道估計(jì)：計(jì)算收到每一路導(dǎo)頻序列的，已知導(dǎo)頻序列的，得到信道，利用線性插值得到每一路信息序列的；13) 均衡：將每一路信號，得到均衡后的信號頻域 ，然后得到；代碼：%信道估計(jì)與均衡（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'); %線性插值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; %還原數(shù)據(jù)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_OFDM_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_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) %求判決到各個位置的概率% 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_last_0_0,1,2*num*channell);17) 卷積譯碼：分別使用維特比譯碼，軟解碼，硬解碼方法，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); %

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譯碼函數(shù)：function decode=decode216(m,k)%m為碼字序列，硬判決譯碼輸入k

19、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） 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) 誤碼率統(tǒng)計(jì)；代碼：%誤碼率統(tǒng)計(jì)%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,(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) 結(jié)果：1) 軟解碼與硬解碼情況下不同信噪比的誤碼率：由上圖可以看出，信號誤碼性能隨著信噪比增加而增加，當(dāng)信噪比達(dá)到10dB的時候誤碼率已經(jīng)低于0.01，信噪比達(dá)到16dB時誤碼率已經(jīng)達(dá)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)?。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(dá)到8dB之后，軟解碼性能明顯比硬解碼好； 2) 不同

22、信噪比下譯碼相位圖：SNR=20（dB）SNR=12（dB）SNR=6（dB）由上圖可以看出，在不同信噪比下，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)時間周期較長，一邊學(xué)習(xí)一邊編寫，前后花了好幾周；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(fù)責(zé)不同部分，有問題時一起交流討論，這次團(tuán)隊(duì)協(xié)作非常愉快，并且高效；4) 從最開

23、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，查閱了許多資料；非常感謝老師的指導(dǎo)，也希望李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，王旭，周裔歡；這次我（倪鴻志）負(fù)責(zé)的是OFDM系統(tǒng)，信道的編寫，王旭負(fù)責(zé)了編碼譯碼部分，周裔歡寫了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

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_

25、data<p; % 生成伯努利信息序列 1*11136%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*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%編碼交織%ori_data1=reshape(ori_data,deep,(2*num*channell)/deep)' %768*32ori_data2=reshape(ori_data1,1,2*num*channell); %1*24576%QPSK調(diào)制%ori_data_0=reshape(ori_data2,2,channell*num); %拆分成兩行12288列ori_data_1=bi2de(ori_data_0','left-msb')' %QPSK的未調(diào)制數(shù)據(jù) 12288列M=4的數(shù)據(jù)de_OFDM_1=mode

27、m.pskmod(4); %生成調(diào)制器對象，設(shè)置qpsk調(diào)制QPSK_data=modulate(de_OFDM_1,ori_data_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)頻信號%pliot_1=2*rand(128,32);pliot_2=2*rand(128,32); %插入的導(dǎo)頻信號，實(shí)數(shù)pliot=pliot

28、_1+pliot_2*1i; %插入的導(dǎo)頻信號，復(fù)數(shù)channel_data_1=zeros(128,128);for i = 0:31 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信號產(chǎn)生%IFFT_data=ifft(channel_data); %128*10iff

29、t數(shù)據(jù)IFFT_data=zeros(128,128);for i = 1:128 IFFT_data(:,i)=ifft(channel_data_1(:,i),128); %128*128ifft數(shù)據(jù)endr_ifft_data=real(IFFT_data); %實(shí)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(hù)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_i

30、fft_data; %160*128%并串轉(zhuǎn)換%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') ;%加入噪聲%瑞利信道%chan = rayleighchan(ts,fd,tau,pdb); ru_data = filter(chan,data_AWGN); %接收信號%r_rcv_data=

31、real(ru_data);i_rcv_data=imag(ru_data);%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);%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=

32、zeros(128,128);for i = 1:128 de_OFDM_data(:,i)=fft(rcv_data(:,i),128); %128*128矩陣end%信道估計(jì)與均衡（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; %還原數(shù)據(jù)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的數(shù)據(jù)部分end%并串轉(zhuǎn)換%de_OFDM_data3=reshape(de_OFDM_3,1,chan

35、nell*num); %128*96%QPSK解調(diào)%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_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_0_1,num,channell*2); %128*2