IEEE 802.11a OFDM系统的仿真（续）

news2024/11/24 17:27:51

 （内容源自详解MATLAB／SIMULINK 通信系统建模与仿真   刘学勇编著第九章内容，有兴趣的读者请阅读原书） 

clear all
%%%%%%%参数设计部分%%%%%%%

Nsp=52;%系统子载波数（不包括直流载波）
Nfft=64;%FFT长度
Ncp=16;%循环前缀长度
Ns=Nfft+Ncp;%一个完整OFDM长度
noc=53;%包含直流载波的总的子载波数
Nd=6;%每帧包含的OFDM符号数（不包括训练符号）
M1=4;%QPSK调制
M2=16;%16QAM调制
sr=250000;%OFDM符号速率
EbN0=0:2:30;%归一化信噪比
Nfrm=1000;%每种信噪比下的仿真帧数
ts=1/sr/Ns;%OFDM抽样时间间隔
t=0:ts:(Ns*(Nd+1)*Nfrm-1)*ts;%抽样时刻
fd=100;%最大多普勒平移
h=rayleigh(fd,t);%生成单径瑞利信道
h1=sqrt(2/3)*h;%生成二径衰落信道（1）
h2=sqrt(1/3)*rayleigh(fd,t);
h2=[zeros(1,4) h2(1:end-4)];

%训练符号频域数据，采用802.11a中的长训练符号数据    
Preamble=[1 1 -1 -1 1   1 -1 1 -1 1   1 1 1 1 1   -1 -1 1 1 -1   1 -1 1 1 1   1  ...
    1 -1 -1 1 1   -1 1 -1 1 -1   -1 -1 -1 -1 1   1 -1 -1 1 -1   1 -1 1 1 1 1];
Preamble1=zeros(1,Nfft);
Preamble1(2:27)=Preamble(27:end);%训练符号重拍后的数据
Preamble1(39:end)=Preamble(1:26);
preamble1=ifft(Preamble1);%训练符号时域数据
preamble1=[preamble1(Nfft-Ncp+1:end) preamble1];%加入循环前缀

%%%%%%%仿真循环%%%%%%%
for ii=1:length(EbN0)
    %******发射机部分******
    msg1=randsrc(Nsp,Nd*Nfrm,[0:M1-1]);%QPSK信息数据
    msg2=randsrc(Nsp,Nd*Nfrm,[0:M2-1]);%16-QAM信息数据
    
    data1=pskmod(msg1,M1,pi/4);%QPSK调制
    data2=qammod(msg2,M2)/sqrt(10);%16QAM调制并归一化
   
    data3=zeros(Nfft,Nd*Nfrm);%根据FFT要求，对数据重排
    data4=zeros(Nfft,Nd*Nfrm);
    
    data3(2:27,:)=data1(27:end,:);
    data3(39:end,:)=data1(1:26,:);          
    
    data4(2:27,:)=data2(27:end,:);
    data4(39:end,:)=data2(1:26,:);

    clear data1 data2;%清除不必要的临时变量
    
    data3=ifft(data3);%IFFT变换
    data4=ifft(data4);
    
    data3=[data3(Nfft-Ncp+1:end,:);data3];%加入循环前缀
    data4=[data4(Nfft-Ncp+1:end,:);data4];
    
    spow1=norm(data3,'fro').^2/(Nsp*Nd*Nfrm);%计算数据符号能量
    spow2=norm(data4,'fro').^2/(Nsp*Nd*Nfrm);
    
    data5=zeros(Ns,(Nd+1)*Nfrm);%加入训练符号
    data6=data5;
    for indx=1:Nfrm
        data5(:,(indx-1)*(Nd+1)+1)=preamble1.';
        data5(:,(indx-1)*(Nd+1)+2 :indx*(Nd+1))=data3(:,(indx-1)*Nd+1:indx*Nd);
        
        data6(:,(indx-1)*(Nd+1)+1)=preamble1.';
        data6(:,(indx-1)*(Nd+1)+2 :indx*(Nd+1))=data4(:,(indx-1)*Nd+1:indx*Nd);
    end
    
    clear data3 data4
    
    data5=reshape(data5,1,Ns*(Nd+1)*Nfrm);%并串变换
    data6=reshape(data6,1,Ns*(Nd+1)*Nfrm);
    
    data51=zeros(1,length(data5));
    data61=zeros(1,length(data6));
    data51(5:end)=data5(1:end-4);
    data61(5:end)=data6(1:end-4);
    
    sigma1=sqrt(1/2*spow1/log2(M1)*10.^(-EbN0(ii)/10));%根据EbN0计算噪声标准差
    sigma2=sqrt(1/2*spow2/log2(M2)*10.^(-EbN0(ii)/10));
    
for indx=1:Nfrm
    dd1=data5((indx-1)*Ns*(Nd+1)+1:indx*Ns*(Nd+1));%当前帧的发射数据
    dd2=data6((indx-1)*Ns*(Nd+1)+1:indx*Ns*(Nd+1));
    dd3=data51((indx-1)*Ns*(Nd+1)+1:indx*Ns*(Nd+1));
    dd4=data61((indx-1)*Ns*(Nd+1)+1:indx*Ns*(Nd+1));

    hh=h((indx-1)*Ns*(Nd+1)+1:indx*Ns*(Nd+1));%当前帧的单径信道参数
    hh1=h1((indx-1)*Ns*(Nd+1)+1:indx*Ns*(Nd+1));%当前帧的二径信道参数
    hh2=h2((indx-1)*Ns*(Nd+1)+1:indx*Ns*(Nd+1));
    
    %信号通过单径瑞利衰落信道，并加入高斯白噪声（2）
    r1=hh.*dd1+sigma1*(randn(1,length(dd1))+j*randn(1,length(dd1)));
    r2=hh.*dd2+sigma2*(randn(1,length(dd2))+j*randn(1,length(dd2))); 
    
    %信号通过2径瑞利衰落信道，并加入高斯白噪声
    r11=hh1.*dd1+hh2.*dd3+sigma1*(randn(1,length(dd1))+j*randn(1,length(dd1)));
    r21=hh1.*dd2+hh2.*dd4+sigma2*(randn(1,length(dd2))+j*randn(1,length(dd2))); 
    
    r1=reshape(r1,Ns,Nd+1);%串并变换
    r2=reshape(r2,Ns,Nd+1);
    
    r11=reshape(r11,Ns,Nd+1);%串并变换
    r21=reshape(r21,Ns,Nd+1); 
    
    r1=r1(Ncp+1:end,:);%移除循环前缀
    r2=r2(Ncp+1:end,:);
    
    r11=r11(Ncp+1:end,:);
    r21=r21(Ncp+1:end,:);
    
    R1=fft(r1);%fft运算
    R2=fft(r2);
    
    R11=fft(r11);
    R21=fft(r21);
    
    R1=[R1(39:end,:);R1(2:27,:)];
    R2=[R2(39:end,:);R2(2:27,:)];
    R11=[R11(39:end,:);R11(2:27,:)];
    R21=[R21(39:end,:);R21(2:27,:)];
    
    HH1=(Preamble.')./R1(:,1);%信道估计
    HH2=(Preamble.')./R2(:,1);
    
    HH11=(Preamble.')./R11(:,1);
    HH21=(Preamble.')./R21(:,1);
    
    HH1=HH1*ones(1,Nd);
    HH2=HH2*ones(1,Nd);
    HH11=HH11*ones(1,Nd);
    HH21=HH21*ones(1,Nd);
    
    x1=R1(:,2:end).*HH1;
    x2=R2(:,2:end).*HH2;
    x3=R11(:,2:end).*HH11;
    x4=R21(:,2:end).*HH21;
    
    x1=pskdemod(x1,M1,pi/4);%数据解调
    x2=qamdemod(x2.*sqrt(10),M2);
    
    x3=pskdemod(x3,M1,pi/4);%数据解调
    x4=qamdemod(x4.*sqrt(10),M2);
    
    %统计一帧中的错误比特数
    [neb1(indx),temp]=biterr(x1,msg1(:,(indx-1)*Nd+1:indx*Nd),log2(M1));
    [neb2(indx),temp]=biterr(x2,msg2(:,(indx-1)*Nd+1:indx*Nd),log2(M2));
    [neb3(indx),temp]=biterr(x3,msg1(:,(indx-1)*Nd+1:indx*Nd),log2(M1));
    [neb4(indx),temp]=biterr(x4,msg2(:,(indx-1)*Nd+1:indx*Nd),log2(M2));
end
ber1(ii)=sum(neb1)/(Nsp*log2(M1)*Nd*Nfrm);%理想信道估计的误比特率
ber2(ii)=sum(neb2)/(Nsp*log2(M2)*Nd*Nfrm);

ber3(ii)=sum(neb3)/(Nsp*log2(M1)*Nd*Nfrm);%根据训练符号信道估计的误比特率
ber4(ii)=sum(neb4)/(Nsp*log2(M2)*Nd*Nfrm);

end

semilogy(EbN0,ber1,'-ro',EbN0,ber3,'-rv',EbN0,ber2,'-r*',EbN0,ber4,'-rx')
grid on
title('OFDM系统误比特率性能')
legend('QPSK单径信道','QPSK2径信道','16-QAM单径信道','16-QAM二径信道')
xlabel('信噪比(EbN0)')
ylabel('误比特率')

（1）生成2径衰落信道

2径衰落信道表示信号同时通过2个信道，这里的信道设定如下

两径信道的能量之和和单径信道能量之和相等，

两径信道中第二个信道的能量比第一个信道的能量低3dB（也就是能量减半）

又因为信道的能量是信道振幅的平方，设两径信道第一个信道振幅为a，第二个振幅为b

所以a方+b方=1（单径瑞利衰落信道振幅为1）

a方=2*b方

所以a=根号下（2/3），b=根号下（1/3）。

接下来对第二个信道进行延时处理，延时就是在信道前面加0，加0会导致信道的长度变长，将超过指定长度的多余部分直接删掉

（2）信号通过2径衰落信道

即为信号*2径中的第一个信道+信号*2径中的第二个信道+噪声（这里噪声加的是两个信道的总体噪声）

%信号通过2径瑞利衰落信道，并加入高斯白噪声
    r11=hh1.*dd1+hh2.*dd3+sigma1*(randn(1,length(dd1))+j*randn(1,length(dd1)));
    r21=hh1.*dd2+hh2.*dd4+sigma2*(randn(1,length(dd2))+j*randn(1,length(dd2)));

dd1，QPSK调制得到的单帧信号；

dd2，QAM调制得到的单帧信号

dd3,QPSK调制经过处理与延时的信道一一对应的单帧信号

（因为信道和信号的所有元素要求一一对应，通过信道前面加0实现了信道的延时，为了实现一一对应也需要在信号前面加相同数量的0）

dd4，QAM调制经过处理与延时的信道一一对应的单帧信号

其它内容的推导可以见上一篇文章

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