移动通信系统课设

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 22）QPSK调制： 33）导频与均衡： 34）循环前缀： 35）分组交织： 4（三）基本思路： 4（四）结果： 101）软解码与硬解码情况下不同信噪比的误码率： .102）不同信噪比下译码相位图： 11（五）总结体会： 12（六）分工合作： 13（七）程序代码： 13（一）题目要求：1）0FDM12路传输；2）QPSI调制3）AWG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

2、个子信道上进行传输。 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。OFDtvt子载;滅频谱-8000-6000-400020000:2000400060008000频率2) QPSI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yn，做频域除法得传输函

3、数HZ=XZ，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

4、编码交织（32）QPSK调制（96路）插入导频信 号（32路）VOFDM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1串并转换->OFD M解调 （FFT）->取导频信道估计与 均衡并串转换QPSK解调一 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 nn

5、 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2)

6、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：%QPS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、;)' %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

8、 % pliot_ 仁2*ra nd(128,32);pliot_2=2*ra nd(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_ 1= 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_

9、1(:,4*i+4)=cha nn el_data(:,3*i+3);end5) OFDM调制：使用IFFT;相关代码：%OFD信号产生 %IFFT_data=zeros(128,128);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*1286) 插入循环前缀：这里选取长度为32；相关代码：%加入循环前缀 %r_data=r_ifft

10、_data( num-nu m/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-n um/4+1: nu m,:);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+n um/4)*cha nn el);%1*1600i_out=reshape(i_data,1,( nu m+num /4)*cha nn el); %1*1600 data=r_out+i_out.*1i;8) AWGN加入信噪比-1020dB的噪声；

11、代码：%AWG信道 % data_AWGN=awg n(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+nu m/4,cha nn el);i_rcv_data1=reshape(i_rcv_data, num+nu m/4,cha nn el);10) OFDM军调：FFT快速算法；代码：%OFD解调 FFT% de_OFDM_data=zeros(128,128);for i = 1:128de_OFDM_data(:,i)=fft(rcv

12、_data(:,i),128); %128*128矩阵end11) 去导频：取出过信道后导频序列y n ;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二些，利用线性插值得到每一路Xz信息序列的Hi z ；13) 均衡：将每一路信号Xiz Eiz，Eiz 二，得到均衡后Hiz的信号频域YJz，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);depli

13、ot_2=zeros(32,128); de_OFDM_0=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_仁zeros(128,128);for i= 0:30de_OFDM_1(:,4*i+1)=depliot_1(:,i

14、+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_OFDM_1(:,125)=depliot_1(:,32);de_OFDM_1(:,126)=depliot_1(:,32);de_OF

15、DM_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 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：%QPS

16、解调 % 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_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

17、置的概率%re_f1= normpdf(de_OFDM_data3_real(i),-1,sigma);re_0=no rmpdf(de_OFDM_data3_real(i),0,sigma);re_仁no rmpdf(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= no rmpdf(de_OFDM_data3_imag(i),1,sigma);de_OFDM_4(2*i-1)=(re_f

18、1+re_0*im_f1/(im_f1+im_1)/(re_f1+re_1+re_0)5de_OFDM_4(2*i)=(im1+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* 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

19、码：%卷积码译码 %data_last_ 仁reshape(data_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

20、*14848译码函数：function decode=decode216(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,

21、3,2,1,0);decode1=vitdec(hcode,trel,tble n, 'term','soft',3);enddecode=decode1(1:le ngth(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_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_ra

22、te),'-*','L in eStyle',' 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 AWGN0-0.5-1.5-2-2.5 -3-3.5-4-4.5-568 10 12soft decode 十 hard decode

23、SNR(dB)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）不同信噪比下译码相位图：Scatter plot2015oSNR=（dB）Scatter plotLLlPPSNR=f（d助eluLakaauQo5-20-100In-Phase5o5-o2-prnrardauQ-2-3-

24、4-5102054321 0 1In-PhaseIn-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

25、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;嫁数设置 %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,58

26、N=cha nn ell*2* num_inf;SNR_mi n=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_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;洌始信号产生 % ori_data=ra nd(1,N);ori

27、_data_t=ori_data<p; %生成伯努利信息序列1*11136喘积编码 %ori_data_t_ 1=reshape(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*

28、nu m*cha nn ell);%1*24576%编码交织 %ori_data1=reshape(ori_data,deep,(2* nu m*cha nn ell)/deep)' %768*32 ori_data2=reshape(ori_data1,1,2* nu m*cha nn ell);%1*24576%QPS调制 % ori_data_0=reshape(ori_data2,2,cha nn ell* nu m); % ori_data_ 1= bi2de(ori_data_0','left-msb')'%QPSK列M=4的数据de_OFD

29、M_1=modem.pskmod(4);设置qpsk调制QPSK_data=modulate(de_OFDM_1,ori_data_1);%cha nn el_data=reshape(QPSK_data,cha nn ell ,nu m); %个复数128*10cha nn el_data=reshape(QPSK_data ,nu m,cha nn ell); %个复数128*96拆分成两行12288列的未调制数据12288生成调制器对象,%1*12288拆分成拆分成128128复数形式行，每行10行，每行96満入导频信号 % pliot_ 仁2*ra nd(128,32);pliot_2

30、=2*ra nd(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_ 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);

31、end%OFD信号产生 %IFFT_data=ifft(cha nn el_data); %128*10ifft数据IFFT_data=zeros(128,128);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_da

32、ta; %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骈串转换 %r_out=reshape(r_data,1,( num+nu m/4)*cha nn el); %1*1600 i_out=reshape(i_data,1,( num+nu m/4)*cha nn el); %1*1600data=r_out+i_out.*1i;%AWGN 道 %data_AWGN=awg n(data,SNR,'measured') ;% 力口入噪声%瑞利信道 %cha n = rayle

33、ighcha n(ts,fd,tau,pdb);ru_data = filter(cha n,data_AWGN);% % % % %艰收信号 % r_rcv_data=real(ru_data);i_rcv_data=imag(ru_data);%l并转换 %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);眩前缀 %r_rcv_data2=r_rcv_data1( nu m/4+1: num+nu m/4,:);i_rcv_d

34、ata2=i_rcv_data1( nu m/4+1: num+nu m/4,:); rcv_data=r_rcv_data2+i_rcv_data2*1i;%OFD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end%言道估计与均衡(新的)depliot=zeros(128,32);for i = 0:31depliot(:,i+1)=de_OFDM_data(:,4*i+1);enddepliot_ 1= zeros(128,32);d

35、epliot_2=zeros(32,128);de_OFDM_0=zeros(128,32);for i = 1:32depliot_1(:,i)=pliot(:,i)./depliot(:,i);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_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)

36、-depliot_1(:,i+1)/2;de_OFDM_1(:,4*i+4)=depliot_1(:,i+1)+(depliot_1(:,i+2)-depliot_1(:,i+1)/4*35endde_OFDM_1(:,125)=depliot_1(:,32);de_OFDM_1(:,126)=depliot_1(:,32);de_OF DM_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_O

37、FDM_3=de_OFDM_3,de_OFDM_2(:,i:i+2); % 提取出 128*96 的数据部分 end骈串转换 %de_OFDM_data3=reshape(de_OFDM_3,1,cha nn ell* nu m); %128*96%QPS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_d

38、ata3_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-ori_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 ormpd

39、f(de_OFDM_data3_real(i),1,sigma);im_f1=n ormpdf(de_OFDM_data3_imag(i),-1,sigma);im_0=normpdf(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_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);喘积码译码 %data_l