移动通信系统课设OFDM系统仿真设计.docx
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移动通信系统课设OFDM系统仿真设计
.专业整理.
移动通信系统课程设计报告
OFDM系统仿真
——
移动通信系统课程设计报告1
(一)题目要求:
2
(二)相关原理:
2
1)OFDM:
2
2)QPSK调制:
3
3)导频与均衡:
3
4)循环前缀:
3
5)分组交织:
4
(三)基本思路:
4
(四)结果:
14
1)软解码与硬解码情况下不同信噪比的误码率:
14
2)不同信噪比下译码相位图:
15
(五)总结体会:
16
(六)分工合作:
17
(七)程序代码:
17
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(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。
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。
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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xn,通过信道
后将其提取得yn,做频域除法得传输函数Hz=Y[z],再通
X[z]
过线性插值后得到每个信道频率响应,均衡滤波传输函数
Ez1;
H[z]
4)循环前缀:
循环前缀(CyclicPrefix,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(
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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bmaxDt
(三)基本思路:
信号产生
卷积编码
交织(32)
QPSK调制
插入导频信
(96路)
号(32路)
OFDM调制
插入循环前
并串转换
AWGN信道
3径瑞利信道
(IFFT)
缀(1/4长度)
串并转换
OFDM解调
取导频
信道估计与
并串转换
(FFT)
均衡
QPSK解调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%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
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ori_data_t_1=reshape(ori_data_t,num_inf,2*channell);%58*192
ori_data_t_2=zeros(num,2*channell);%128*192
fori=1:
2*channell
seq=ori_data_t_1(:
i)';
seq_code=encode216(seq)';
ori_data_t_2(:
i)=seq_code;
end
ori_data=reshape(ori_data_t_2,1,2*num*channell);%1*24576
编码函数:
functioncode=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,[4063]);%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*32
ori_data2=reshape(ori_data1,1,2*num*channell);%1*24576
3)QPSK调制:
转换为96路相位信号(复数);
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代码:
%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=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*10
channel_data=reshape(QPSK_data,num,channell);%拆分成128行,每行
96个复数128*96
4)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);
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fori=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
5)OFDM调制:
使用IFFT;
相关代码:
%OFDM信号产
生%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
IFFT_data=zeros(128,128);
fori=1:
128
IFFT_data(:
i)=ifft(channel_data_1(:
i),128);
%128*128ifft数
据
end
r_ifft_data=real(IFFT_data);
%实部
128*128
i_ifft_data=imag(IFFT_data);
%虚部
128*128
6)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_data(num-num/4+1:
num,:
);r_ifft_data];%保护间隔取传送数据
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的四分之一
i_data=[i_ifft_data(num-num/4+1:
num,:
);i_ifft_data];%160*128
7)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*1600
i_out=reshape(i_data,1,(num+num/4)*channel);%1*1600
data=r_out+i_out.*1i;
8)AWGN:
加入信噪比-10~20dB的噪声;
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:
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%OFDM解调
FFT%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
de_OFDM_data=zeros(128,128);
fori=1:
128
de_OFDM_data(:
i)=fft(rcv_data(:
i),128);%128*128矩阵
end
11)去导频:
取出过信道后导频序列yn;
12)信道估计:
计算收到每一路导频序列的Y[z],已知导频序列的X[z],得到信道Hz=Y[z],利用线性插值得到每一
X[z]
路信息序列的Hiz;
13)均衡:
将每一路信号Xi[z]Ei[z],Ei[z]1,得到均衡后
Hi[z]
的信号频域Yi[z],然后得到y'(n);
代码:
%信道估计与均衡(新的)
depliot=zeros(128,32);
fori=0:
31
depliot(:
i+1)=de_OFDM_data(:
4*i+1);
end
depliot_1=zeros(128,32);
depliot_2=zeros(32,128);
de_OFDM_0=zeros(128,32);
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fori=1:
32
depliot_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
end
de_OFDM_1=zeros(128,128);
fori=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;
end
de_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=[];
fori=2:
4:
126
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de_OFDM_3=[de_OFDM_3,de_OFDM_2(:
i:
i+2)];%提取出128*96数据部分
end
14)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*96
15)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_imag=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));fori=1:
length(de_OFDM_data3_real)
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%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_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)=(im_f1+im_1)/(im_f1+im_1+im_0);
end
data_last_0=de_OFDM_4;%1*24576
16)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:
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%卷积码译
码%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
data_last_1=reshape(data_last_0_1,num,channell*2);%128*256
data_last_2=zeros(num_inf,channell*2);%58*256
fork=1:
2*channell
seq0=data_last_1(:
k)';
seq0=1-2.*seq0;
seq0_code=decode216(seq0,1)';
data_last_2(:
k)=seq0_code;
end
data_last=reshape(data_last_2,1,2*num_inf*channell);
%1*14848
译码函数:
functiondecode=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0
trel=poly2trellis(6,[4063]);%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]);
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.专业整理.
decode1=vitdec(hcode,trel,tblen,'term','soft',3);
end
decode=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;
end
stem(snr,-10*log10(bit_error_rate),'-*','LineStyle','none');
xlabel('SNR');
ylabel('BER');
title('PerformanceofOFDMunderthechannelAWGN')
(四)结果:
1)软解码与硬解码情况下不同信噪比的误码率:
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PerformanceofOFDMunderthechannelAWGN
0
softdecode
-0.5
harddecode
-1
-1.5
-2
)
B
d
(
R-2.5
E
B
-3
-3.5
-4
-4.5
-5
6
8
10
12
14
16
18
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:
.学习帮手.
.专业整理.
Scatterplot
20
15SNR=6(dB)
10
5
e
r
u
t
a
r
d0
a
u
Q
-5
-10
-15
-20
-20
-10
0
10
In-Phase
5
4
3
2
e
1
r
u
t
a
r
0
d
a
u
Q
-1
-2
-3
-4
-5
-5
Scatterplot
5
SNR=12(dB)
4SNR=12(dB)
3
2
e
1
r
u
t
a
r
0
d
a
u
Q
-1
-2
-3
-4
-5
-5-4-3-2-1012345
20
In-Phase
Scatterplot
SNR=20(dB)
05
In-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
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- 移动 通信 系统 OFDM 仿真 设计