📄 simu_whole_tbjh.m
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%## 基于国家数字电视地面广播（DTTB）标准,单载波调制系统的信道估计的原始模型 ##%
%################## 单载波应用模式：帧头模式2，帧体模式C=1 ###################%
%############ 仿真条件：PN595帧头，16QAM调制，多径衰落信道模型 #############%
%################ 对仿真数据进行同步和均衡，观察多径抑制效果 ################%
clear all;
close all;
len_head=595; %帧头长度（帧头模式2）
len_carriers=3744; %有效信息符号长度
len_sysmes=36; %系统信息符号长度
len_body=len_carriers+len_sysmes; %帧体长度
len_frame=len_head+len_body; %信号帧长度
symbols=20;
bits=4; %帧体每符号上的比特数
fd=2000; %采样间隔2000Hz
Rs=7.56*1e6; %符号率（7.56MHz）
ts=(1/7.56)*1e-6; %基带符号周期（1/7.56us）
%----------------------------------TRANSMISSION---------------------------%
%--------------------------------------------------------------------------
%% 发送数据调制 %%
N=symbols*len_carriers*bits; %发送有效数据包含比特数
rand('state',0); %确定随机发生器种子
sendbits=round(rand(1,N)); %产生数据位
%% 符号映射 %%
data_qam=fun_GB_QAM(sendbits,bits); %调用16QAM调制函数
trans_data=reshape(data_qam,len_carriers,symbols).'; %串并变换，每一行代表一个信息符号
%--------------------------------------------------------------------------
%% 系统信息调制 %%
sysmes=zeros(1,len_sysmes); %36位系统信息
sysmes(1:4)=[0 0 0 0]; %4位系统信息：子载波个数C=1模式
bits_sysmes='00010001101000010100011110111100'; %32位系统信息：16QAM以及LDPC码率1，交织模式1
symmes(5:36)=bits_sysmes-48;
sysmes_bits=zeros(1,2*len_sysmes); %进行I,Q路数据相同的4QAM调制
sysmes_bits(1:2:end)=sysmes;
sysmes_bits(2:2:end)=sysmes;
sysmes_qam=fun_GB_QAM(sysmes_bits,2); %进行I,Q路数据相同的4QAM调制
trans_sysmes=repmat(sysmes_qam,symbols,1); %表示symbols个符号的系统信息的矩阵
%--------------------------------------------------------------------------
%% 帧体数据处理 %%
trans_body=[trans_sysmes trans_data];
frame_day=[zeros(symbols,len_head) trans_body];
len=size(frame_day);
frame_day_serial=reshape(frame_day.',1,len(1)*len(2)); %并串变换
frame_day_serial(1:2:end)=frame_day_serial(1:2:end)-1; %偶数符号，实部-1（第一个符号看作第0个符号，为偶数）
frame_day_serial(2:2:end)=frame_day_serial(2:2:end)+1; %奇数符号，实部+1（第二个符号看作第1个符号，为奇数）
frame_day_parallel=reshape(frame_day_serial.',len(2),len(1)).'; %串并变换
body_process=frame_day_parallel(:,len_head+1:end); %处理完成后的帧体数据
%--------------------------------------------------------------------------
%% 已知帧头信号 %%
head_PN595=zeros(symbols,len_head); %PN595序列生成
g=bin2dec('10010000001'); %伪随机二进制序列生成多项式:1+x3+x10
state=bin2dec('0000000001'); %伪随机二进制序列生成寄存器初始状态
N=2^10-1; %生成二进制序列长度
m=mgen(g,state,N); %完成帧头0到+1，1到-1的映射
PN595=m(1:len_head); %帧头数据取m序列的前595个数值
for i=1:len_head %调用mgen函数，生成1023位二进制随机序列
if PN595(i)==0
PN595(i)=-4.5*(1+1j);
else
PN595(i)=4.5*(1+1j);
end
end
head_PN595=repmat(PN595,symbols,1); %组成symbols个帧头
%--------------------------------------------------------------------------
%% 组帧 %%
trans_signal=[head_PN595 body_process]; %将每个符号的帧头和帧体组成一个完整信号帧
%--------------------------------------------------------------------------
%% 并串变换 %%
trans_frame=reshape(trans_signal.',1,symbols*len_frame); %并串变换，将变换为串行数据
%--------------------------------------------------------------------------
%% 加入频偏 %%
len_tx=length(trans_frame);
delta_f=6000;
t = (1:len_tx)*ts;
Tx_pp = trans_frame.*exp(j*2*pi*t*delta_f);
%% 信道模型:多径衰落信道 %%
X7=Tx_pp;
r=3; %多径数
a=[0.2 0.3 0.4]; %多径的幅度
d=[30 50 80]; %各径的延迟
channel1=zeros(size(X7));
channel1(1+d(1):length(X7))=a(1)*X7(1:length(X7)-d(1));
channel2=zeros(size(X7));
channel2(1+d(2):length(X7))=a(2)*X7(1:length(X7)-d(2));
channel3=zeros(size(X7));
channel3(1+d(3):length(X7))=a(3)*X7(1:length(X7)-d(3));
Tx_data=X7+channel1+channel2+channel3;
%--------------------------------------------------------------------------
%% 加高斯白噪声 %%
SNR=20; %信噪比
frame_passchannel = awgn(Tx_data,SNR,'measured');
data_simu=frame_passchannel(1401:end); %帧起始位置偏移
%-----------------------------------RECEPTION-----------------------------%
%-------------------------------------------------------------------------%
%--------------------------------------------------------------------------
%% 选取接收数据 %%
symbols=8; %取8个信号帧长度的数据
rx=data_simu(1:symbols*len_frame);
%--------------------------------------------------------------------------
%% 符号估计 %%
N=len_frame;
G=len_head;
GI=len_head+len_sysmes; %各信号帧相同数据块长度
T=1:3*N+2*G;
for i=1:length(T) %FFT窗移动的距离
data1=rx(i:GI+i-1); %data1对应一个符号的前GI个数据
data2=rx(N+i:N+GI+i-1); %data2对应一个符号的最后GI个数据
s(i)=data2*data1'; %求滑动相关值
ctb_cor(i)=abs(s(i)); %相关幅值
end
%--------------------------------------------------------------------------
%% 符号同步图 %%
figure(1);
plot(T,ctb_cor);
xlabel('符号数');
ylabel('相关值');
grid on;
%% 符号校正 %%
[Max_cor start_place]=max(ctb_cor(1:N)); %start_place对应一个符号的第一个数据
rx_ctb=data_simu(start_place:symbols*len_frame+start_place-1); %以start_place所在处为数据起点
% disp(['符号起始位置：',num2str(start_place)]); %显示粗同步偏移
% %--------------------------------------------------------------------------
% %% 帧头PN序列相关图 %%
% figure(2);
% rr_head=data_simu(start_place:start_place-1+595);
% plot(abs(xcorr(rr_head,PN595)));
% xlabel('PN序列位数');
% ylabel('相关值');
% grid on;
%--------------------------------------------------------------------------
%% 串并变换 %%
receiv_frame=reshape(rx_ctb,len_frame,symbols); %并串变换，将变换为串行数据
receiv_frame=receiv_frame.';
%--------------------------------------------------------------------------
%% 去帧头PN序列 %%
receiv_head=receiv_frame(:,1:len_head); %接收到的帧头序列
receiv_body=receiv_frame(:,len_head+1:end); %接收到的帧体数据
%--------------------------------------------------------------------------
%% 频偏估计 %%
head_mean=mean(abs(receiv_head),2);
M=head_mean(2);
re_head=receiv_head(2,:);
L=10;
corr_head = re_head.*conj(PN595)./M;
corr_FFT=fft(corr_head,L*len_body);
%--------------------------------------------------------------------------
%% 频偏估计作图 %%
figure(3);
ff=(-len_body*L/2:1:len_body*L/2-1)*fd/L;
pp_cor=fftshift(abs(corr_FFT));
plot(ff,pp_cor);
title('频偏估计');
xlabel('频偏/Hz');
ylabel('幅值');
axis([-2e5 2e5 0 4000]);
%--------------------------------------------------------------------------
%% 频偏校正 %%
pp_cor=fftshift(abs(corr_FFT));
[Max_corr x] = max(pp_cor);
xpp=(x-1-len_body*L/2)*fd/L; %估计出的频偏值
tt=(1:length(rx_ctb))*ts;
rx_ppjz=rx_ctb.*exp(-1j*2*pi*xpp*tt);
%--------------------------------------------------------------------------
%% FFT %%
receiv_frame=reshape(rx_ppjz,len_frame,symbols); %并串变换，变换为串行数据
receiv_frame=receiv_frame.';
receiv_head=receiv_frame(:,1:len_head); %接收到的帧头序列
receiv_body=receiv_frame(:,len_head+1:end); %接收到的帧体数据
head_FFT=fft(receiv_head,len_head,2);
body_FFT=fft(receiv_body,len_body,2);
%--------------------------------------------------------------------------
%% 信道估计 %%
PN595_FFT=fft(head_PN595,len_head,2);
PN595_FFT=PN595_FFT(1:symbols,:);
H_head=head_FFT./PN595_FFT; %由帧头的PN序列估计信道
h_head=ifft(H_head,len_head,2);
H_body=fft(h_head,len_body,2);
% %--------------------------------------------------------------------------
% %% ZF频域均衡 %%
% W_zf=1./H_body;
% body_equa_zf=body_FFT.*W_zf; %迫零均衡（ZF）
% body_IFFT_zf=ifft(body_equa_zf,len_body,2); %IFFT
%
% body_power=mean(mean(abs(body_IFFT_zf).^2,2)); %帧体数据平均功率
% head_power=body_power/(4.5^2*2); %帧头数据的平均功率和帧体相同
% head_jh=head_PN595.*sqrt(head_power);
% frame_IFFT_zf=[head_jh body_IFFT_zf]; %加帧头
% data_out_zf=reshape(frame_IFFT_zf.',1,symbols*len_frame);
%--------------------------------------------------------------------------
%% MMSE频域均衡 %%
H_mmse_fm=abs(H_body).^2+1/10^(SNR/10);
W_mmse=conj(H_body)./H_mmse_fm;
body_equa_mmse=body_FFT.*W_mmse; %最小均方误差均衡（MMSE）
body_IFFT_mmse=ifft(body_equa_mmse,len_body,2); %IFFT
%--------------------------------------------------------------------------
%% 均衡前后自相关图 %%
figure(4);
Nc=len_frame;
subplot(211);
cyy=xcorr(receiv_body(1,:),Nc); %生成长度为2*Nc+1的自相关序列
tt=(-Nc*ts:ts:Nc*ts)*1e6;
plot(tt,20*log10(abs(cyy)/abs(cyy(Nc+1)))); %接收数据自相关图
axis([-20 20 -40 0]);
zoom on;
xlabel('时间（us)');
ylabel('幅度（dB）');
title('通过信道后数据自相关');
subplot(212);
CYY=xcorr(body_IFFT_mmse(1,:),Nc); %生成长度为2*Nc+1的自相关序列
tt=(-Nc*ts:ts:Nc*ts)*1e6;
plot(tt,20*log10(abs(CYY)/abs(CYY(Nc+1)))); %均衡后数据自相关图
axis([-20 20 -40 0]);
zoom on;
xlabel('时间（us)');
ylabel('幅度（dB）');
title('MMSE均衡后数据自相关');
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