OFDM基础与多径信道Matlab仿真

文章目录

    • 1.基础原理与仿真程序
    • 2.OFDM多径信道仿真
    • ps

此博文是对于OFDM信号基本原理和经过多径仿真情况下的仿真,未考虑实际电路!

1.基础原理与仿真程序

  • 原理

参考文章:

OFDM的基本原理剖析
基于matlab的ofdm系统设计与仿真

  • 思路

写程序前一定要理清原理思路,网上可参考资料很多,要综合学习,吸收所需。

根据上边参考的原理框图做基础仿真:
参数设定→子载波调制(QPSK)→串并变换→IFFT(调制)→+并串变换→+awgn→串并变换→-cp→FFT(解调)→并串变换→QPSK解调→误码率计算→绘制图形

  • 程序
%% 参数设置
close all;clc;
N=64;                               %IFFT数=子载波数(本例中) N个并行的符号 
M=5000;                            %符号数
l_cp=N/4;                          %保护间隔长度
SNR=1:20;                          %仿真信噪比
snr=10.^(SNR/10);                  %将信噪比转化成直角坐标
BER_S=zeros(1,length(SNR));        %误码率    
%% 随机信号生成
a=randi([0,1],1,N*M*2);                              
% t=1:length(a);   size(a)
% plot(t,a,'.-r') grid on
%% QPSK调制
a2= reshape(a,log2(4),[])';        %以每组2比特进行分组,M=4★
a10= bi2de(a2);                    %二进制转化为十进制
y_psk=pskmod(a10,4,pi/4);          %qpsk调制,初始相位pi/4 size(y_psk)                                                                 
%% ifft、+cp
y0=reshape(y_psk,N,[]);            %串并转换                                                                 
y1=ifft(y0)*sqrt(N);               %IFFT调制                                                             
y3=[y1(N-l_cp+1:end,:);y1];        %添加循环前缀(cp)
y_c=reshape(y3,[],1);              %并串变换
[m,n]=size(y_c);
%% 经过AWGN信道
for i=1:length(SNR)
N0=1/2/snr(i);                     %计算噪声功率
N0_dB=10*log10(N0);                %将噪声功率转换为dBW
ni=wgn(m,n,N0_dB);                 %产生高斯噪声
y_n=y_c+ni;                        %加噪
%% -cp、fft
y4=reshape(y_n,N+l_cp,[]);         %串并变换
y5=y4(l_cp+1:end,:);               %去cp
y6 = fft(y5)/sqrt(N);              %fft
%% QPSK解调
y7=reshape(y6,[],1);               %并串变换
yj=pskdemod(y7,4,pi/4);            %qpsk解调
De_data1 = reshape(yj,[],1);
De_data2 = de2bi(De_data1);
q=reshape(De_data2',1,[]);         %转换同输入a形式,便于误码率计算
%% 计算误码个数及误码率
q;
[number1,BER_S(i)] = symerr(a,q);  %计算错误比特数和误码率== bit_A=length(find(a~=q))%统计错误比特数 p=number1/N;
end 
BER_S
%% 绘制图形
figure; 
semilogy(SNR,BER_S,'-k*');hold on;
axis([-1,15,10^-4,1]);
title('OFDM误码性能分析');
xlabel('信噪比SNR(dB)');ylabel('BER');
  • 运行结果

OFDM基础与多径信道Matlab仿真_第1张图片

2.OFDM多径信道仿真

  • 思路

参数设定→子载波调制(QPSK)→串并变换→IFFT(调制)→+并串变换→多径信道→+awgn→串并变换→-cp→简单信道估计+均衡(包含FFT解调)→并串变换→QPSK解调→误码率计算→绘制图形

  • 程序

均衡1:对相位做简单补偿
均衡2:相当于ZF均衡

close all;clc;
%% 参数设置
SNR=1:20;                   %信噪比变化范围
snr=10.^(SNR/10);           %将信噪比转化成直角坐标
M=64;%Nfft
N=500; %符号数
pathnum=4;  
l_cp=pathnum+1;             %保护间隔长度               
BER_S=zeros(1,length(SNR)); %误码率  
BER_Ss=zeros(1,length(SNR));%误码率 
H=[];y6=[];y_dect=[];
w=zeros(2*M,N);
ws=zeros(2*M,N);
%% 初始序列生成qpsk调制
for ii=1:length(SNR)  
    a=randi([0 1],1,2*M*N);
    a2= reshape(a,log2(4),[])';         
    a10= bi2de(a2);                    
    xt=pskmod(a10,4,pi/4);
    x=reshape(xt,M,N);       %M×N
    x1=zeros(M+l_cp,1);
    x2=zeros(M,1);
    for jj=1:N
        h=(randn(pathnum,1)+1i*randn(pathnum,1))*sqrt(1/2/pathnum);%信道设置
        x2=x(:,jj);
        x2i=ifft(x2)*sqrt(M);            %ifft
        x1=[x2i(M-l_cp+1:M);x2i];        %+cp x1=[M+1×1]
%% 多径信道
        y0=conv(x1,h);                   %y=x*h
        y=y0(l_cp+1:l_cp+M,:);           %-cp  Y=[M×1]  
%% awgn
        [m,n]=size(y);
        N0=1/2/snr(ii);                  
        N0_dB=10*log10(N0);            
        ni=wgn(m,n,N0_dB);
        ys=y+ni;
        
% 信道矩阵
        H=zeros(M,M);
        H1=zeros(M,1);
        for kk=1:pathnum
            H1(kk)=h(kk);     
        end
        H(:,1)=H1;                        %第一列
        for cc=1:M-1
            H(:,cc+1)=circshift(H1,cc);  
        end                               %第一列依次循环移位置2→M-1列
        %H·X=Y
%% 检测解调
% 均衡1(简单相位补偿)
        HH=fft(h,M)  ;
        y6= fft(ys)/sqrt(M);          
        y_dect=y6.*conj(HH);              %信道估计+均衡 
        y7=reshape(y_dect,[],1);          %并串变换
        yj=pskdemod(y7,4,pi/4);           %qpsk解调
        De_data1 = reshape(yj,[],1);
        De_data2 = de2bi(De_data1,2);
        w(:,jj)= reshape(De_data2',[],1); %转换同输入a形式,便于误码率计算
        
% 均衡2 Y=Hd*H*Hid*X+Hd*N 
        [sss,sssss]=size(H);
        e=eig(H);
        dftmtx(sss);                       %fft矩阵
        dftmtx(sss)';                      %因为fft矩阵为U阵,故ifft矩阵为其共轭转置
  
        Hs=dftmtx(sss)*H*dftmtx(sss)' ;    %均衡矩阵,对H做fft和ifft

        y6s= fft(ys)/sqrt(M);          
        y_dects=pinv(Hs)*y6s;              % 均衡*HS^-1
        y7s=reshape(y_dects,[],1);              
        yjs=pskdemod(y7s,4,pi/4);               
        De_data1s = reshape(yjs,[],1);
        De_data2s = de2bi(De_data1s,2);
        ws(:,jj)= reshape(De_data2s',[],1);            
    end   
        q=reshape(w,1,2*M*N);
        [number1,BER_S(ii)] = symerr(a,q);  %计算错误比特数和误码率
        
        qs=reshape(ws,1,2*M*N);
        [number1,BER_Ss(ii)] = symerr(a,qs);%计算错误比特数和误码率
end
BER_S
BER_Ss
%% 绘制图形
        figure; 
        semilogy(SNR,BER_S,'-r*');hold on;
        axis([-1,20,10^-4,1]);
        title('误码性能分析');
        xlabel('信噪比SNR(dB)');ylabel('误码率BER');
        figure
        semilogy(SNR,BER_Ss,'-g*');hold on;
        %text(10,0.01,'MMSE');
        axis([-1,20,10^-4,1]);
        title('误码性能分析');
        xlabel('信噪比SNR(dB)');ylabel('误码率BER');
  • 运行结果

OFDM基础与多径信道Matlab仿真_第2张图片

ps

关于OFDM系统还有很多细节不理解,仍需学习,持续补充中!!!

  • 导频
  • 上下变频
  • 归一化
  • FFT点数、原理
  • OFDM符号

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