ofdm_system.m

信道估计程序

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%本次仿真载频为2GHz，带宽1MHz，子载波数128个，cp为16
%子载波间隔为7.8125kHz
%一个ofdm符号长度为128us，cp长度为16us
%采用16QAM调制方式
%最大doppler频率为132Hz
%多径信道为5径，功率延迟谱服从负指数分布~exp(-t/trms),trms=(1/4)*cp时长，各径延迟取为delay=[0 2e-6 4e-6 8e-6 12e-6]
pilot_inter=5;%导频符号间隔为10,可以调整，看不同导频间隔下的BER情况，和理论公式比较
pilot_symbol_bit=[0 0 0 1];%导频为常数，对应星座点1+3*j
cp_length=16;%cp长度为16
SNR_dB=[0 2 4 6 8 10 12 14 16];
ls_err_ber=zeros(1,length(SNR_dB));
lmmse_err_ber=zeros(1,length(SNR_dB));
lr_lmmse_err_ber=zeros(1,length(SNR_dB));
for i=1:length(SNR_dB)%每个SNR点上仿真若干次
    ls_error_bit=0;
    lmmse_error_bit=0;
    lr_lmmse_error_bit=0;
    total_bit_num=0;
loop_num=1; %共仿真10次
for l=1:loop_num
    ofdm_symbol_num=100;%每次仿真产生100个ofdm符号,则每次仿真共有100×128个星座映射符号；16QAM调制下，1个星座映射符号包含4个bit
    
    bit_source=input_b(128,ofdm_symbol_num);%为每次仿真产生100个ofdm符号的比特个数，128为每个ofdm符号的子载波个数
    [nbit,mbit]=size(bit_source);
    total_bit_num=total_bit_num+nbit*mbit;
    
    map_out=map_16qam(bit_source);%对一次仿真符号块进行16QAM映射
    
    [insert_pilot_out,pilot_num,pilot_sequence]=insert_pilot(pilot_inter,pilot_symbol_bit,map_out);%按块状导频结构，对映射后的结果插入导频序列
    
    ofdm_modulation_out=ifft(insert_pilot_out,128);%作128点逆FFT运算，完成ofdm调制
    
    ofdm_cp_out=insert_cp(ofdm_modulation_out,cp_length);%插入循环前缀
        
    %********************** 以下过程为ofdm符号通过频率选择性多径信道 *************************
    num=5;
    %假设功率延迟谱服从负指数分布~exp(-t/trms),trms=(1/4)*cp时长；
    %t在0~cp时长上均匀分布
    %若cp时长为16e-6s，可以取5径延迟如下
    delay=[0 2e-6 4e-6 8e-6 12e-6];
    %a=[0.123 0.3 0.4 0.5 0.6];
    trms=4e-6;
    var_pow=10*log10(exp(-delay/trms));
    fd=132;%最大doppler频率为132Hz
    t_interval=1e-6;%采样间隔为1us
    counter=200000;%各径信道的采样点间隔，应该大于信道采样点数。由以上条件现在信道采样点数
    count_begin=(l-1)*(5*counter);%每次仿真信道采样的开始位置
    trms_1=trms/t_interval;
    t_max=16e-6/t_interval;
    %信道采样点数，每个调制符号采一个点
    passchan_ofdm_symbol=multipath_chann(ofdm_cp_out,num,var_pow,delay,fd,t_interval,counter,count_begin);
    
    %********************** 以上过程为ofdm符号通过频率选择性多径信道 *************************
    
     %********************** 以下过程为ofdm符号加高斯白噪声 *************************
    snr=10^(SNR_dB(i)/10);
    [nnl,mml]=size(passchan_ofdm_symbol);
    spow=0;
    for k=1:nnl
      for b=1:mml
        spow=spow+real(passchan_ofdm_symbol(k,b))^2+imag(passchan_ofdm_symbol(k,b))^2;
      end
    end
    spow1=spow/(nnl*mml);        
    sgma=sqrt(spow1/(2*snr));%sgma如何计算，与当前SNR和信号平均能量有关系
    receive_ofdm_symbol=add_noise(sgma,passchan_ofdm_symbol);%加入随机高斯白噪声，receive_ofdm_symbol为最终接收机收到的ofdm符号块
    
    %********************** 以上过程为ofdm符号加高斯白噪声 *************************
    cutcp_ofdm_symbol=cut_cp(receive_ofdm_symbol,cp_length);%去除循环前缀
    
    ofdm_demodulation_out=fft(cutcp_ofdm_symbol,128);%作128点FFT运算，完成ofdm解调
    
    %********************** 以下就是对接收ofdm信号进行信道估计和信号检测的过程************************
    ls_zf_detect_sig=ls_estimation(ofdm_demodulation_out,pilot_inter,pilot_sequence,pilot_num);%采用LS估计算法及迫零检测得到的接收信号
    lmmse_zf_detect_sig=lmmse_estimation(ofdm_demodulation_out,pilot_inter,pilot_sequence,pilot_num,trms_1,t_max,snr);%采用LMMSE估计算法及迫零检测得到的接收信号
    low_rank_lmmse_sig=lr_lmmse_estimation(ofdm_demodulation_out,pilot_inter,pilot_sequence,pilot_num,trms_1,t_max,snr,cp_length);%采用低秩LMMSE估计算法及迫零检测得到的接收信号
    %********************** 以下就是对接收ofdm信号进行信道估计和信号检测的过程************************
    
    ls_receive_bit_sig=de_map(ls_zf_detect_sig);%16QAM解映射
    lmmse_receive_bit_sig=de_map(lmmse_zf_detect_sig);
    lr_lmmse_receive_bit_sig=de_map(low_rank_lmmse_sig);
    
    %以下过程统计各种估计算法得到的接收信号中的错误比特数
    ls_err_num=error_count(bit_source,ls_receive_bit_sig);
    lmmse_err_num=error_count(bit_source,lmmse_receive_bit_sig);
    lr_lmmse_err_num=error_count(bit_source,lr_lmmse_receive_bit_sig);
    
    ls_error_bit=ls_error_bit+ls_err_num;
    lmmse_error_bit=lmmse_error_bit+lmmse_err_num;
    lr_lmmse_error_bit=lr_lmmse_error_bit+lr_lmmse_err_num;
end
%计算各种估计算法的误比特率

ls_err_ber(i)=ls_error_bit/total_bit_num;
lmmse_err_ber(i)=lmmse_error_bit/total_bit_num;
lr_lmmse_err_ber(i)=lr_lmmse_error_bit/total_bit_num;

end
plot(SNR_dB,ls_err_ber,'b-*')
hold on

plot(SNR_dB,lmmse_err_ber,'r-o')

plot(SNR_dB,lr_lmmse_err_ber,'g-+')
hold off