无线通信——基于MATLAB实现OFDM系统（信道估计与均衡）

基于MATLAB实现OFDM系统基带信号在频率选择性衰落信道条件下的发送与接收

题目及要求：

仿真系统构成：信号输入（为随机比特流）、OFDM调制、仿真信道传输、OFDM解调、信号输出（可能存在误码的比特率）；
仿真分析内容：根据输入、输出比特流计算不同信噪比条件下的误码率，并绘制曲线。
对调制的要求：OFDM调制的子载波间隔为15KHz，循环前缀长度及子载波数目可调，各子载波使用QPSK调制。
其它要求：

1. 信道采用3GPP TS36.101给出的ETU300Hz多径信道，并在其上叠加一个信噪比可调的白噪声。表2.1-1~表2.1-4和表2.2-1给出的ETU300Hz多径信道的参数。
2. 设计梳妆或者块状导频并在接收端完成信道估计与补偿，并与没有信道估计情况下的性能进行分析比较。
   
   
   

   
   
   
   
   
   

正文

1. OFDM系统的组成

2. 仿真过程

3. 仿真程序

整体代码如下所示：

% ================================================== % 作者： Allen % 时间：4/27 2020 % =================OFDM仿真参数说明：================ % f_delta=15e3; ---子载波间隔 % 子载波数 carrier_count ---128 也就是FFT点数，通常为2的次幂 % 子载波间隔 f_delta ---15e3 % 总符号数 symbol_count ---1000 % IFFT长度 ifft_length ---128 % 循环前缀 cp_length ---16 % 调制方式 ---QPSK % 信道估计算法 ce_method ---1：采用最小二乘法LS；0：采用mse算法 % 插入导频间隔 pilot_interval ---5 % 每星座符号比特数 M ---2 % 信道模型选择参数 awgn_en ---0:表示ETU信道；1：AWGN信道 % 最大多普勒扩展 fd ---300；通常可配置0-300hz之间的数据 % 仿真统计次数 sta_num ---10 % 信噪比大小SNR ---可设置 % ====================仿真过程======================= % 产生0-1随机序列 => 串并转换 => 映射 => 取共轭 % => IFFT => 加循环前缀和后缀 => 并串转换 => % 多径信道即ETU信道 => 加AWGN => 串并转换 => 去前缀 % => FFT =>解映射 => 求误码率 % ================================================== clear all; close all; carrier_count = 128; % 子载波数 f_delta=15e3; %子载波间隔 symbol_count = 1000; %一次发送的总符号数 ifft_length = carrier_count; %ifft点数为子载波数目 cp_length = 16; %循环前缀 ce_method=1 %信道估计算法参数1：采用最小二乘法LS；0：采用mse算法 pilot_interval=5; %导频间隔 awgn_en=0; %信道选择参数 0:表示ETU信道；1：AWGN信道 M=2; %每星座符号比特数 fd=300; %最大多普勒扩展 sta_num=20; % 仿真统计次数 num_bit=carrier_count*symbol_count*M; %对应比特数据个数，即128*1000*2 pilot_bit_l=randi([0 1],1,M*carrier_count);%生成导频序列，长度为M*carrier_count OFDM_SNR_BER=zeros(1,31); %存储直接解调OFDM误码率 OFDM_LS_SNR_BER=zeros(1,31); %存储基于信道估计后OFDM误码率 i=1; % ================多径信道参数======================= fs=(carrier_count)*f_delta; %信道带宽，为子载波间隔乘以子载波个数 ts=1/fs; %每个bit符号持续的时间 tau=[0,50,120,200,230,500,1600,2300,5000]/(10^9); pdb=[-1.0,-1.0,-1.0,0,0,0,-3.0,-5.0,-7.0]; chan=rayleighchan(ts,fd,tau,pdb); chan.ResetBeforefiltering=0; % ================产生随机序列======================= OFDM_sigbits =sourcebits(num_bit) ; % 1*，发送的OFDM数据 [moddata_outI,moddata_outQ]=qpsk_modulation(OFDM_sigbits); %进行映射 OFDMmoddata_in_temp=moddata_outI+1i*moddata_outQ; OFDMmoddata_in=reshape(OFDMmoddata_in_temp,carrier_count,length(OFDMmoddata_in_temp)/carrier_count); %串并变换 % ================加导频======================== [Insertpilot_out,count,pilot_seq]=insert_pilot_f(OFDMmoddata_in,pilot_bit_l,pilot_interval); %加入导频后的矩阵为Insertpilot_out，大小为128*1200 % ===================IFFT=========================== OFDMmoddata_out=ifft(Insertpilot_out,ifft_length)*sqrt(ifft_length); % ==================加循环前缀================== InsertCPdata_out=Insert_CP(OFDMmoddata_out,cp_length); % =================并串转换========================== [m,n] = size(InsertCPdata_out) Channel_data=reshape(InsertCPdata_out,1,m*n); % ===================发送信号，多径信道==================== for SNR=0:1:30 be1=0; be2=0; frm_cnt=0; while(frm_cnt<sta_num) frm_cnt=frm_cnt+1; %经过多径信道 if(awgn_en==1) Add_Multipath_data=Channel_data; %awgn信道 elseif(fd~=0) Add_Multipath_data=filter(chan,Channel_data); %ETU信道 end Add_noise_data=awgn(Add_Multipath_data,SNR,'measured'); %添加高斯白噪声 % =======================串并变换=========================== Add_noise_data_temp=reshape(Add_noise_data,m,n); % =======================去循环前缀========================== DeleteCPdata_out=Delete_CP(Add_noise_data_temp,cp_length); % =======================取出导频H========================== [Deletepilot_Data,H]=Get_pilot(DeleteCPdata_out,pilot_interval); % =========================FFT============================== OFDM_Demodulationdata_out_iter1=fft(Deletepilot_Data,ifft_length)/sqrt(ifft_length); % ===============无信道估计下并串转换以及逆映射=============== OFDMdemodulationdata_out_1=reshape(OFDM_Demodulationdata_out_iter1,1,num_bit/2); [demodulationdata_outI_1,demodulationdata_outQ_1]=qpsk_demodulation(OFDMdemodulationdata_out_1);%星座的逆映射 P2Sdata_out_1=P2SConverter(demodulationdata_outI_1,demodulationdata_outQ_1); % =====================有信道估计下========================== estimation_output=Channel_estimation(ce_method,Deletepilot_Data,pilot_seq,H); OFDMdemodulationdata_out_2=reshape(estimation_output,1,num_bit/2); [demodulationdata_outI_2,demodulationdata_outQ_2]=qpsk_demodulation(OFDMdemodulationdata_out_2);%星座的逆映射 P2Sdata_out_2=P2SConverter(demodulationdata_outI_2,demodulationdata_outQ_2); % =========================误比特率========================== be1=be1+length(find(P2Sdata_out_1~=OFDM_sigbits)); be2=be2+length(find(P2Sdata_out_2~=OFDM_sigbits)); ber1=be1/(frm_cnt*num_bit); ber2=be2/(frm_cnt*num_bit); if(mod(frm_cnt,20)==0) fprintf('SNR=%.1f,frm_cnt=%d,ber_de=%.8f,ber_ls=%.8f\n',SNR,frm_cnt,ber1,ber2); end end % fprintf('SNR=%.1f,frm_cnt=%d,ber_de=%.8f,ber_ls=%.8f\n',SNR,frm_cnt,ber1,ber2); % =========================误码率========================== OFDM_SNR_BER(i)=ber1; OFDM_LS_SNR_BER(i)=ber2; i=i+1; end 

4.仿真结果

5.仿真结果分析以及结论

6.写在最后

代码为整体架构，其中里面的一些具体的子函数以及OFDM的原理比如保护间隔以及插入循环前缀的原因等等已上传。链接地址：代码仿真