完整的OFDM系统的仿真实现

1、word%窗函数子程序，子程序名称：recoswindow.mfunctionrcosw=rcoswindow(beta,Ts)%输入参数：beta为升余弦窗关键系数，Ts为IFFT长度家循环前缀长度t=0:(1+beta)*Ts;rcosw=zeros(1,(1+beta)*Ts);%计算升余弦窗，共有三局部for i=1:beta*Ts; rcosw(i)=0.5+0.5*cos(pi+t(i)*pi/(beta*Ts);%计算升余弦窗的第一局部endrcosw(beta*Ts+1:Ts)=1;%计算升余弦窗低二局部for j=Ts:(1+beta)*Ts+1; rcosw(j-1)=0.

2、5+0.5*cos(t(j)-Ts)*pi/(beta*Ts); %计算升余弦窗第三局部endrcosw=rcosw'%转换为列矢量%将16QAM信号的解调子程序，子程序的名称：demoduqam16.mend.word%16QAM调制子程序，子程序名称为qam16.m%将二进制数目流转换为16QAM信号function complex_qam_data=qam16(bitdata)%输入参数：bitdata为二进制数码流%输出参数：complex_qam_data为16QAM副信号X1=reshape(bitdata,4,length(bitdata)/4)'%将二进制数码流

3、以4bitte分段d=1;%转换4bit二进制码为十进制码116，生态农场mapping映射表中的索引for i=1:length(bitdata)/4; for j=1:4 X1(i,j)=X1(i,j)*(2(4-j); end source(i,1)=1+sum(X1(i,:);end%16QAM映射表，改表中存放的16对，没对两个实数，表示星座位置mapping=-3*d 3*d;-d 3*d;d 3*d;3*d 3*d;-3*d d;-d d;d d;3*d d;-3*d -d;-d -d;d -d;3*d -d;-3*d -3*d;-d -3*d;d -3*d;3*d -3*d;f

4、or i=1:length(bitdata)/4 qam_data(i,:)=mapping(source(i),:);%数据映射endcomplex_qam_data=complex(qam_data(:,1),qam_data(:,2);%组合为负数形式，形成16QAM信号end.word%将16QAM信号的解调子程序，子程序的名称：demoduqam16.m%该子程序测试function demodu_bit_symble=demoduqam16(Rx_serial_complex_symbols)%输入参数为：Rx_serial_complex_symbols为接收端接收到的复16QA

5、M信号%输出参数：demodu_bit_symble为二进制数码流complex_symbols=reshape(Rx_serial_complex_symbols,length(Rx_serial_complex_symbols),1);d=1;mapping=-3*d 3*d;-d 3*d;d 3*d;3*d 3*d;-3*d d;-d d;d d;3*d d;-3*d -d;-d -d;d -d;3*d -d;-3*d -3*d;-d -3*d;d -3*d;3*d -3*d;complex_mapping=complex(mapping(:,1),mapping(:,2);%将数据映射

6、表中转换为16QAM信号，即3组合为复数；for i=1:length(Rx_serial_complex_symbols); for j=1:16; metrics(j)=abs(complex_symbols(i,1)-complex_mapping(j,1); end min_metric decode_symble(i)=min(metrics); %将接收数据与标准16QAM信号比，找到差最小的，将其对应恢复成标准的16QAM信号enddecode_bit_symble=de2bi(decode_symble-1)','left-msb');%将16QAM转为

7、二进制demodu_bit_symble=reshape(decode_bit_symble',1,length(Rx_serial_complex_symbols)*4);%转换为一行end.wordbaseband_out_length=16000;rand('twister',0);baseband_out=round(rand(1,baseband_out_length);%产生16000bit待传输的二进制比特流。这里存放的是发送的二进制信号与后面解调后的二进制信号比拟，可以计算误码率。%16QAM调制病绘制星座图。complex_carrier_matrix

8、=qam16(baseband_out);figure(1);plot(complex_carrier_matrix,'*r');%绘制16QAM星座图title('16QAM调制后星座图');grid on ;.word%16QAM调制子程序，子程序名称为qam16.m%将二进制数目流转换为16QAM信号%QAM16测试%输入参数：bitdata为二进制数码流%输出参数：complex_qam_data为16QAM复信号close all;clear all;baseband_out_length=16000;rand('twister',0)

9、;bitdata=round(rand(1,baseband_out_length);complex_carrier_matrix=qam16(bitdata);% X1=reshape(bitdata,4,length(bitdata)/4)'%将二进制数码流以4bite分段% d=1;% %转换4bit二进制码为十进制码116，生成mapping映射表中的索引% for i=1:length(bitdata)/4;% for j=1:4% X1(i,j)=X1(i,j)*(2(4-j);% end% source(i,1)=1+sum(X1(i,:);% end% %16QAM映射

10、表,该表中存放的16对，没对两个实数，表示星座位置% mapping=-3*d 3*d;-d 3*d;d 3*d;3*d 3*d;-3*d d;-d d;d d;3*d d;-3*d -d;-d -d;d -d;3*d -d;-3*d -3*d;-d -3*d;d -3*d;3*d -3*d;% for i=1:length(bitdata)/4% qam_data(i,:)=mapping(source(i),:);%数据映射% end% complex_qam_data=complex(qam_data(:,1),qam_data(:,2);% %组合为负数形式，形成16QAM信号% fi

11、gure(1);% plot(complex_qam_data,'*r');%绘制16QAM星座图% title('16QAM调制后星座图');% grid on ;figure(1);plot(complex_carrier_matrix,'*r');%绘制16QAM星座图title('16QAM调制后星座图');grid on ;.word% 程序功能% 1通过对OFDM信号各个子载波赋共轭对称的数据产生一个实OFDM符号。% 2给OFDM符号加循环前缀与循环后缀% 3给OFDM符号加窗。在程序中参加的是升余弦窗，可以通过改变

12、升余弦窗的滚降系数，观察参加不同升余弦窗对OFDM信号频谱的的影响% 4信道采用嘉兴高斯白噪声信道。可以通过改变信噪比来改变信道环境，从而在接受端通过误码率或是星座图观察信道对OFDM信号传输的影响% 5去除循环前缀与循环后缀，对OFDM信号进行解调% 程序代码：clear all;close all;carrier_count=200;%这个程序中OFDM子载波个数为512，其中400即 carrier_count *2为数据符号，其余赋0值symbols_per_carrier=20;%每个子载波上的符号数，在这里即是OFDM符号的个数bits_per_symbol=4;%OFDM符号的每

13、个子载波上传输的比特数，4bit通常采用的16QAM调制IFFT_bin_length=512;%FFT的长度，也即一个OFDM符号的子载波个数；PrefixRatio=1/4;%循环前缀的比值，循环前缀与OFDM符号长度的壁纸，通常在1/61/4之间GI=PrefixRatio * (IFFT_bin_length);%保护间隔的长度，这里为128beta=1/32;%升余弦窗的滚降系数GIP=beta*(IFFT_bin_length+GI);%循环后缀的长度，这里为20；SNR=16;%本程序考虑加性高斯白噪声信道，这里信噪比为30db%=OFDM信号产生=baseband_out_le

14、ngth=carrier_count*symbols_per_carrier * bits_per_symbol;%计算传输数据总的比特数，为200*20*4%bits=16000bits。16000bits构成20个OFDM符号，每个OFDM符号200个子载波，每个子载波传输4bit信息carriers=(1:carrier_count)+(floor(IFFT_bin_length/4)-floor(carrier_count/2);%计算OFDM符号的在载波的序号，carriers 中存放的序号是29228；conjugate_carriers=IFFT_bin_length-carri

15、ers +2;% conjugate_carriers=IFFT_bin_length-carriers -2;%=这个序号有问题%计算OFDM符号子载波的序号，conjugate_carriers中存放的序号是282481；rand('twister',0);baseband_out=round(rand(1,baseband_out_length);%产生16000bit待传输的二进制比特流。这里存放的是发送的二进制信号与后面解调后的二进制信号比拟，可以计算误码率。%16QAM调制病绘制星座图。complex_carrier_matrix=qam16(baseband_ou

16、t);%调用子程序qam16进行16QAM调制。将base_band中的二进制比特流，每4bit转换为一个16QAM信号，即将二进制比特流每4bit转换为-3-3j，-3+3j,3-3j,3+3j,%-1-3j,-1+3j,1-3j,1+3j,-3-j,-3+j,3-j,3+j,-1-j,-1+j,1-j,1+j中的一个。转换后complex_carrier_matrix为1*4000矩阵。complex_carrier_matrix=reshape(complex_carrier_matrix',carrier_count,symbols_per_carrier);%转换comple

17、x_carrier_matrix中的数据为carrier_coun6t*symbols_per_carrier矩阵，这里为20*200矩阵。figure(1);plot(complex_carrier_matrix,'*r');%绘制16QAM星座图title('16QAM调制后星座图');grid on ;%IFFT,即进行OFDM调制IFFT_modulation=zeros(symbols_per_carrier,IFFT_bin_length);%将symbols_per_carrier*IFFT_bin_length矩阵赋0值，这里讲20*512矩阵赋

18、0值。这里512是IFFT的长度，也是OFDM符号的子载波个数%这里明显有问题,以下矫正% IFFT_modulation(:,carriers)=complex_carrier_matrix;IFFT_modulation(:,carriers)=complex_carrier_matrix'%将20*200的complex_carrier_matrix的数据赋给IFFT_modulation的第29228列，即给512个子载波中的第29229个子载波赋值% IFFT_modulation(:,conjugate_carriers)=conj(complex_carrier_matr

19、ix);IFFT_modulation(:,conjugate_carriers)=conj(complex_carrier_matrix');%将20*200的complex_carrier_matrix的数据付给512个子载波中的第282481个子载波，这段程序构造了512个在载波的OFDM符号，并且各个%子载波上的数据是共轭对称的。这样做的目的是经过IFFT后形成的OFDM符号均为实数。另外，在512个子载波中，仅有400个子载波为数据，其余为%0值，相当于补零。补零的目的是通常IFFT的长度应该为2的证书次幂。signal_after_IFFT=ifft(IFFT_modula

20、tion,IFFT_bin_length,2);%IFFT实现OFDM调制time_wave_matrix=signal_after_IFFT;figure(2);plot(0:IFFT_bin_length-1,time_wave_matrix(2,:);%画一个OFDM信号的时域表现axis(0,512,-0.4,0.4);grid on;ylabel('Amplitude');xlabel('Time');title('OFDM Time Signal,One Symbol Period');%添加循环前缀与循环后缀XX=zeros(sym

21、bols_per_carrier,IFFT_bin_length +GI+GIP);%IFFT_bin_length+GI+GIP为OFDM，循环前缀，循环后缀长度之和；for k=1:symbols_per_carrier; for i=1:IFFT_bin_length; XX(k,i+GI)=signal_after_IFFT(k,i); end for i=1:GI XX(k,i)=signal_after_IFFT(k,i+IFFT_bin_length-GI); %添加循环前缀 end for j=1:GIP XX(k,IFFT_bin_length+GI+j)=signal_af

22、ter_IFFT(k,j); %添加循环后缀 endendtime_wave_matrix_cp=XX;%带循环前缀和循环后缀的OFDM符号figure(3)plot(0:length(time_wave_matrix_cp)-1,time_wave_matrix_cp(2,:);%画带循环前缀与循环后缀的OFDM信号的时域波形、axis(0,600,-0.3,0.3);grid on ;ylabel('Ampelitude');xlabel('Time');title('OFDM Time Signal with CP,One Symbol Perio

23、d');%OFDM符号加窗windowed_time_wave_matrix_cp=zeros(1,IFFT_bin_length+GI+GIP);for i=1:symbols_per_carrier windowed_time_wave_matrix_cp(i,:)=real(time_wave_matrix_cp(i,:).*rcoswindow(beta,IFFT_bin_length+GI)' %调用rcoswindow产生升余弦窗，对待循环前缀与循环后缀的OFDM符号加窗endfigure(4);plot(0:IFFT_bin_length-1+GI+GIP,win

24、dowed_time_wave_matrix_cp(2,:);%画加窗后的OFDM符号axis(0,700,-0.2,0.2);grid on ;ylabel('Amplitude');xlabel('Time');title('OFDM Time Signal Apply a Window,One Symbol Period');%生成发送信号，并串转换windowed_Tx_data=zeros(1,symbols_per_carrier*(IFFT_bin_length+GI)+GIP);%注意并串转换后数据的长度为symbols_per_

25、carrier*(IFFT_bin_length%+GI)+GIP,这里考虑了循环前缀与循环后缀的重叠相加windowed_Tx_data(1:IFFT_bin_length+GI+GIP)=windowed_time_wave_matrix_cp(1,:);%符第一个加窗带循环前缀后缀的OFDM符号值windowed_Tx_data,即发送串行数据for i=1:symbols_per_carrier-1; windowed_Tx_data(IFFT_bin_length+GI)*i+1:(IFFT_bin_length+GI)*(i+1)+GIP)=windowed_time_wave_m

26、atrix_cp(i+1,:); %并串转换，循环前缀与循环后缀重叠相加endTx_data_withoutwindow =reshape(time_wave_matrix_cp',(symbols_per_carrier)*(IFFT_bin_length+GI+GIP),1)'%不加窗数据并串转换Tx_data=reshape(windowed_time_wave_matrix_cp',(symbols_per_carrier)*(IFFT_bin_length+GI+GIP),1)'%加窗数据，单按照循环前缀与循环后缀不重叠相加进行并串转换。此时数据长度为

27、(symbols_per_carrier)*(IFFT_bin_length+GI+GIP)temp_time1=(symbols_per_carrier)*(IFFT_bin_length+GI+GIP);%加窗，循环前缀与循环后缀不重叠数据长度，纪委发送的总数据比特数figure(5);subplot(2,1,1);plot(0:temp_time1-1,Tx_data);%画循环前缀与循环后缀不顾从谍相加OFDM信号的时域波形。grid on ylabel('Amplitude(volts)')xlabel('Time(samples)')title(&#

28、39;OFDM Time Signal')temp_time2=symbols_per_carrier*(IFFT_bin_length+GI)+GIP;%加窗，循环前缀与循环后缀重叠相加数据长度subplot(2,1,2);plot(0:temp_time2-1,windowed_Tx_data);%画循环前缀与循环后缀重叠相加OFDM信号的时域波形grid onylabel('Amplitude(volts)')xlabel('Time (samples)')title('OFDM Time Signal')%未加窗发送信号频谱%对发

29、送数据分段，分段计算频谱，取平均值作为OFDM信号的频谱symbols_per_average=ceil(symbols_per_carrier/5);avg_temp_time=(IFFT_bin_length+GI+GIP)*symbols_per_average;averages=floor(temp_time1/avg_temp_time);%将发送数据分5段，每段数据长度为avg_temp_timeaverage_fft(1:avg_temp_time)=0;%存放平均后的OFDM信号的谱，先置0for a=0:(averages-1) subset_ofdm=Tx_data_wit

30、houtwindow(a*avg_temp_time)+1):(a+1)*avg_temp_time);%分段 subset_ofdm_f=abs(fft(subset_ofdm);%对分段后的OFDM信号计算频谱 average_fft=average_fft+(subset_ofdm_f/averages);%取平均endaverage_fft_log=20*log10(average_fft);%求对数平均谱figure(6);subplot(2,1,1)plot(0:(avg_temp_time-1)/avg_temp_time,average_fft_log);%画未加窗OFDM符号

31、对数平均谱hold ongrid on axis(0 0.5 -20 max(average_fft_log)ylabel('Magnitude(dB)')xlabel('Normalized Frequency(0.5=fs/2)')title('OFDM Signal Specturm')%计算加窗OFDM信号的频谱 %这段程序功能与上段程序类似，不同之处在于这段程序是对加窗OFDM信号进行分段计算频谱，再取平均symbols_per_average=ceil(symbols_per_carrier/5);avg_temp_time=(IFF

32、T_bin_length+GI+GIP)*symbols_per_average;averages=floor(temp_time1/avg_temp_time);%将发送数据分5段，每段数据长度为avg_temp_timeaverage_fft(1:avg_temp_time)=0;%存放平均后的OFDM信号的谱，先置0for a=0:(averages-1) subset_ofdm=Tx_data(a*avg_temp_time)+1):(a+1)*avg_temp_time);%分段 subset_ofdm_f=abs(fft(subset_ofdm);%对分段后的OFDM信号计算频谱

33、average_fft=average_fft+(subset_ofdm_f/averages);%取平均endaverage_fft_log=20*log10(average_fft);%求对数平均谱subplot(2,1,2)plot(0:(avg_temp_time-1)/avg_temp_time,average_fft_log);%画加窗OFDM符号对数平均谱hold ongrid on axis(0 0.5 -20 max(average_fft_log)ylabel('Magnitude(dB)')xlabel('Normalized Frequency(

34、0.5=fs/2)')title('Windowed OFDM Signal Specturm')%=经过加性高斯白噪声信道Tx_signal_power=var(windowed_Tx_data);%计算信号功率linear_SNR=10(SNR/10);%转换对数信噪比为线性幅度值noise_sigma=Tx_signal_power/linear_SNR;%计算噪声功率，也就是方差noise_scale_factor=sqrt(noise_sigma);%计算标准差noise=randn(1,(symbols_per_carrier)*(IFFT_bin_length+GI)+GIP)*noise_scale_factor;%产生功率为noise_scale_factor高斯噪声Rx_data=windowed_Tx_data+noise;%在发送数据上加噪声，相当于OFDM信号经过加性高斯白噪声信道%=OFDM解调=Rx_data_matrix=zeros(symbols_per_carrier,IFFT_bin_lengt