matlab例程

开发平台：
CHM

main.m：源码内容
							clear all;
close all;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% OFDMA下行链路仿真程序框架
% 变量命名原则:
% 1) 开头大写,表示常量或可调全局变量,控制程序流程
% 2) 小写加下划线,表示临时变量,传递数据
% 变量使用原则:
% 1) 不同用户的临时变量数据封装在cell结构体元素中,这是因为其数据长度可能不同
% 2) 频域矩阵,不同列表示时间(OFDM符号),不同行表示子载波,矩阵第三维表示不同天线的数据
% 3) 时域矩阵,不同列表示时间的样点, 如有不同行则表示时延(如时域信道响应矩阵), 第三维同样表示天线
% 4) 部分常量或可调全局变量,用struct结构体归类
% 函数命名和使用原则:
% 1) 小写加下划线命名
% 2) 部分函数可以根据输入变量个数实现函数功能重载
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%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 一. 初始化部分
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 1.程序复杂度控制单元, 用结构体TurnOn, 和一些全局参数控制,
% 目的是针对特定需求, 降低运行复杂度, 使之在学术科研中发挥较大作用
% 打开相应模块功能---1,关闭相应模块功能---0
% 如关闭信道估计和补偿模块, 使用理想信道估计
ChannelEst = 1;
TurnOn = struct('ChannelEst',ChannelEst);
TurnOn.TimeDomainEq = 0;
% 使用收发天线数进行控制, 开关多天线模块(包括空时编码和多天线信道).
% 单天线多径信道,其功率时延谱, 多普勒频移等参数由结构体ch确定. 
% 多天线多径信道,同一用户的不同收发天线假设功率时延谱相同, 
% 发送天线数, 可选1,2和4. 发送天线为1则没有空时编码
N_Tx_ant = 1;       
% 接收天线数, 可选1,2和4. 
N_Rx_ant = 1;
% 如果关闭自适应调制模块,则无自适应调制,多用户使用固定子载波分配
% 如果只需要一个用户, 把系统参数定义单元变量N_user设置为1即可
TurnOn.AdptMod = 0;
%  用户数目
N_user = 1;                         
% 如关闭包检测和帧定时同步模块, 定时位置准确
TurnOn.Timing = 1;
% 如关闭频率同步模块, 载波频率偏差为 0 Hz, 不使用频偏纠正算法
TurnOn.FreqSyn = 1;
% 导频相位跟踪, 样值同步和相位噪声模块的开关
TurnOn.PhaseTrace = 0;
%TurnOn.SamplingSyn  = 0;
%TurnOn.PhaseNoise = 0;
% 关闭信道编码模块,统计的BER,PER性能为无编码
TurnOn.ChannelCoding = 0;
% 建议: 不同重点的研究,使用不同的程序结构,关闭认为次要的模块.
% 如要评估系统总的性能,则可以打开所有模块
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 2 参数定义单元
ParaDef = 0 ;           % 0---自定义参数
% 1---使用本实验室设计的B3G下行链路系统参数
% 2---使用802.11a系统参数
if ParaDef == 1
    set_B3G_para;          
elseif  ParaDef == 2
    set_11a_para;      
elseif  ParaDef == 0   % 用户自定义
    
    %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
    % 2.1 OFDMA收发机系统参数定义单元
    % 命名规律: N_xxx: xxx的数目,为非负整数
    %           T_xxx: xxx的持续时间,为非负实数
    %           Idx_xxx: xxx的编号,为整数向量
    %           一些约定俗成的表示, 如fc载频, Bw信道带宽等
    
    % 1) 当TurnOn.AdptMod = 0 时表示所有子载波用调制方式:(不使用信道编码时)
    % 1--BPSK调制, 2--QPSK调制,3--8PSK调制, 4--16QAM调制,6--64QAM调制
    % 2) 当TurnOn.AdptMod = 1 时表示自适应调制,平均每个子载波上调制的比特数
    % 此时最大只能设置为4, 否则调制器无法处理
    Modulation = 2;       
    
    N_sym = 10;                              %  每帧中OFDM符号数,不包括两个前缀OFDM符号
    N_frame = 10;                           %  仿真的帧个数
    
    % 仿真循环开始的Eb_No,定义为每比特的能量Eb
    % 和噪声的单边功率谱密度No的比值, dB值
    Eb_NoStart = 0;                                                          
    Eb_NoInterval = 2;      % 仿真Eb/No的间隔值(dB)
    Eb_NoEnd = 20;          % 仿真Eb/No的终止值(dB)                        
    
    
    fc = 5e9;                               %  载波频率(Hz)
    Bw = 20e6;                              %  基带系统带宽(Hz)
    fs = 20e6;                              %  基带抽样频率
    T_sample = 1/fs;                        %  基带时域样点间隔(s)
    
    N_subc = 1024;                          %  OFDM 子载波总数
    Idx_used = [-400:-1 1:400];             %  使用的子载波编号
    Idx_pilot = [-400:25:-25 25:25:400];    %  导频子载波编号
    
    %     N_subc = 512;                          %  OFDM 子载波总数
    %     Idx_used = [-200:-1 1:200];             %  使用的子载波编号
    %     Idx_pilot = [-200:25:-25 25:25:200];    %  导频子载波编号
    
    
    % 802.11a的基本参数
    %     N_subc = 64;                          %  OFDM 子载波总数
    %     Idx_used = [-26:-1 1:26];             %  使用的子载波编号
    %     Idx_pilot = [-21:14:-7 7:14:21];    %  导频子载波编号
    
    
    N_used = length(Idx_used);              % 使用的子载波数
    N_pilot = length(Idx_pilot);            % 导频的子载波数
    N_data = N_used - N_pilot;              % 导频的子载波数
    Idx_data = zeros(1,N_data);
    N_tran_sym = 2;
    % 得到数据子载波的编号
    m = 1; n = 1;
    for k  = 1:length(Idx_used)
        if Idx_used(k) ~= Idx_pilot(m);
            Idx_data(n) = Idx_used(k);
            n = n + 1;
        else
            if m ~= N_pilot
                m = m + 1;
            end
        end
    end
    %  为编程使用方便,调整子载波编号为从1开始,到子载波总数
    Idx_used = Idx_used + N_subc/2 +1;       
    Idx_pilot = Idx_pilot + N_subc/2 +1;
    Idx_data = Idx_data + N_subc/2 +1; 
    % 导频位置值
    PilotValue = ones(N_pilot,1);
    % OFDM循环前缀占有效FFT时间的比例
    PrefixRatio = 1/4;                
    T_sym = T_sample*( (1 + PrefixRatio)*N_subc );
    
    Es = 1;                 % 在16QAM, 64QAM调制方式下,符号能量都被归一化 
    Eb = Es/Modulation;     % 每比特能量
    
    % 假设每个用户的RS码参数相同,均为(204,188,8)                                   
    UserRS_Coding = repmat([255,239,8]',1,N_user);                              
    TraceBackLen = 3;       % 卷积码译码参数
    % 假设每个用户的卷积码trellis 结构体相同
    UserTrellis = repmat( poly2trellis(3,[6 7]),1,N_user );
    N_ant_pair = N_Tx_ant * N_Rx_ant;   % 收发天线对的数目
    
    %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
    
    % 2.2 信道参数定义单元, 每个用户移动台参数不同
    for u = 1:N_user
        % 车辆运动速度, 单位:km/hr , 对应多普勒频移!!
        speed = 0;
        ch{u} = struct('Speed', speed);
        % 多普勒频移, 单位: Hz
        ch{u}.fd = ch{u}.Speed *(1e3/3.6e3)*fc/3e8;  
        % 假定用户的信道功率时延谱不同
        % 每个用户信道每条径的功率
        ch{u}.Power = 10.^([ 0 -6 -12 -18 -24 -30 ]'./10);
        ch{u}.Power = ch{u}.Power/ sum(ch{u}.Power); % 功率归一化
        % 每个用户每条径的时延:ns    
        ch{u}.Delay = [ 0 1400 2800 4200 5600 7000 ]';      % 最大多径时延 7us 室外信道
        %ch{u}.Delay = [ 0 1000 2000 3000 4000 5000 ]';     % 最大多径时延 5us 室外信道
        %ch{u}.Delay = [ 0 100 200 300 400 500 ]';          % 最大多径时延 500ns 室内信道参数
        
        % 每个用户每条径对应的样点数
        ch{u}.Delay_sample = round(ch{u}.Delay  * 1e-9 * fs);                 
        ch{u}.N_path = size(ch{u}.Power,1);          % 径数 
        % 每个用户,各条径对应的莱斯衰落K因子
        % ch{u}.Ricean_K = zeros(N_path,1) ;         
    end
    
    %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
    % 2.3 OFDMA收发机算法选择和参数定义单元
    
    % 1） 信道估计： 单天线信道估计方法
    % 1 - 基本LS算法; 2 - LS的DFT改进算法; 3 - 加判决反馈的LS-DFT
    % 4 - 基本MMSE算法; 5 - MMSE的DFT改进算法; 6 - 加判决反馈的MMSE-DFT
    % 7 - 使用SVD分解算法,8 - Robust算法
    CE_Method = 1 ;                      
    
    % 使用LS或MMSE的DFT改进算法时,所保留的子载波数                                    
    CE_SubcRemain = max(ch{u}.Delay_sample);        % 最大多径时延对应的样点数                 
    % 多天线信道估计方法
    CE_Method2 = 1;
    
    % 2） 自适应调制： ,当TurnOn.AdptMod == 1时, 
    % 1--自适应调制方法1, 给功率增加最小的子载波分配比特和功率, 子载波分配由AllocMethod确定
    % 2--自适应调制方法2, 给误比特性能降低最小的子载波分配比特和增加功率, 子载波分配由AllocMethod确定
    % 3--自适应调制方法3, 按照信道响应降序排列,子载波间争夺比特和功率, 子载波
    % 分配由AllocMethod确定
    % 当TurnOn.AdptMod == 0 时,此不起作用, 无自适应调制,使用固定子载波分配
    AdptMethod = 1;
    
    % 子载波分配方法, 1--相邻分配, 2--交织分配, 3---跳频分配 ,4--自适应子载波分配
    AllocMethod = 1;
    
    % 自适应调制算法中需要的目标误比特率
    TargetBer = 1e-3;
    
    % 3） 空时编码： , 1--空时分组码, 2--空时格码
    ST_Code = 1;   
    
    
    % 4）定时同步：
    PreNoiseLen = 500;      % 为定时算法加的前噪样点数
    PostNoiseLen = 500;     % 后噪样点数
    delta_fc = 10e3;         % 载波频偏 (Hz)
    
    % 帧（粗）定时
    % 帧定时算法, 1--单窗口能量检测方法, 2--双窗口能量检测方法 , 3--延时相关方法帧定时
    FrameTiming = 1;         
    Window1 = 128;          % 帧定时算法的窗口宽度
    Threshold1 = 0.4;       % 帧定时算法门限
    Delay1 = 128;            % 帧定时延时相关算法的延时样点数
    
    % 载波频偏粗估计
    WinStart = 128*4;
    WinSize = 128;
    Delay2 = 128*4;
    
    % 符号定时算法
    Window2 = 256;         % 和已知序列求相关,序列的长度
    TimingAhead = 0;        % 定时提前的样点数
    
    % 载波频偏粗估计
    WinStart2 = 256; 
    WinSize2 = 512;
    Delay3 = 512;
    
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 二. 仿真主体程序部分
% Eb/No信噪比循环
snr_idx = 1;
for Eb_No_dB = Eb_NoStart:Eb_NoInterval:Eb_NoEnd  
    Eb_No_dB
    Eb_No = 10^(Eb_No_dB/10); 
    var_noise = Eb/(2*Eb_No);       % 噪声样点的功率
    %var_noise = 0.01;              % 测试
    tic;                            % 计算时间开始
    
    % OFDM帧/数据包循环
    for frame = 1:N_frame                       
        
        %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
        % 1. 信道参数产生部分
        % 产生不同用户(cell区分), 不同收发天线对(矩阵的第三维区分),不同OFDM符号
        % 时间(矩阵列区分), 多径信道不同时延径(矩阵行区分)的时域信道响应
        h_time = cell(1,N_user);
        H_freq = cell(1,N_user);
        
        for u = 1:N_user
            
            % 得到时域信道的参数
            h_time{u} = time_channel_para( ch{u}, N_Tx_ant, N_Rx_ant,N_sym, T_sym, fs, N_subc, ...
                PrefixRatio,N_frame,frame,N_tran_sym);
            
            % 由信道时域响应,得到信道的频域响应
            H_freq{u} = to_freq_channel( h_time{u}, ch{u} ,N_subc ,N_sym, N_Tx_ant,...
                N_Rx_ant,N_tran_sym);
            
        end
        
        %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
        % 2. 发射机部分
        
        % 多用户数据生成模块
        [user_bit,user_bit_cnt]  = user_bit_gen( N_user, N_data ,N_sym , Modulation );
        
        % 信道编码模块, 包括RS编码, 卷积编码等
        coded_user_bit = channel_coding( user_bit , UserRS_Coding , ...
            UserTrellis,TraceBackLen, TurnOn.ChannelCoding );
        
        % 自适应调制和多用户复用模块
        % 有自适应调制 , 使用固定或动态子载波分配
        if TurnOn.AdptMod           
            [user_subc_alloc , mod_subc ,pwr_subc, pad_bit_cnt] = adpt_mod_para... 
                ( coded_user_bit,N_sym,Idx_data,AllocMethod,AdptMethod ,...
                H_freq,var_noise,TargetBer );
            
            % 无自适应调制 , 使用固定子载波分配            
        else                        
            [user_subc_alloc , mod_subc ,pwr_subc, pad_bit_cnt]  = adpt_mod_para...
                ( coded_user_bit,N_sym,Idx_data ,AllocMethod ); 
        end
        
        % 按照给定的每用户,每子载波的调制方式,进行自适应调制
        mod_sym =  modulator(coded_user_bit,user_subc_alloc,mod_subc,...
            pwr_subc, pad_bit_cnt ,N_subc, N_sym,TurnOn.AdptMod );
        
        % 发送分集, 使用空时编码
        st_coded = st_coding( mod_sym,N_Tx_ant,ST_Code);
        
        % 加导频
        pilot_added = pilot_insert(st_coded,Idx_pilot,PilotValue);
        
        % OFDM调制,加前导序列. 如果使用发送分集,则输出多条天线的信号
        [transmit_signal known_training] = ofdm_mod(st_coded,PrefixRatio,N_subc,N_sym,N_used,...
            Idx_used,N_Tx_ant,N_tran_sym);
        
        % 加发送机相位噪声, 下一步完成               
        %       transmit_signal = phase_noise(transmit_signal,TurnOn.PhaseNoise);
        
        % clear mod_sym, coded_user_bit;
        %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
        % 3. 多天线多径信道部分
        for u = 1:N_user        % 多个用户接收机的循环
            
            % 信道和接收机区分开不同用户的原因:
            % 1) 每个用户(移动台)的信道功率时延谱和衰落系数是不同的, 需要区别
            % 2) 自适应调制和子载波分配算法中, 需要知道每个用户的信道响应
            
            recv_signal = channel( transmit_signal,h_time{u}, ch{u}, N_Tx_ant, N_Rx_ant,...
                PreNoiseLen,PostNoiseLen , var_noise,N_subc,PrefixRatio,N_sym,...
                delta_fc,T_sample,N_tran_sym,TurnOn.FreqSyn );
            
            %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
            % 4. 接收机部分
            
            % 加接收机相位噪声, 下一步完成    
            % recv_signal = phase_noise(recv_signal ,TurnOn.PhaseNoise);
            
            % 接收机帧定时(包检测,粗定时)
            [recv_frame, err_frame_timing] = frame_timing( recv_signal ,Window1, Threshold1,...
                Delay1,PreNoiseLen, PostNoiseLen, N_subc, PrefixRatio, N_sym, FrameTiming, N_tran_sym, N_Rx_ant ,...
                TurnOn.Timing);
            
            % 粗频偏估计 (整数倍的频偏估计). 也可以在频域做,使用freq_syn_freqdomain模块
            [coarse_freq_out, offset1] = freq_syn_timedomain( recv_frame, WinStart, WinSize, Delay2, T_sample,...
                N_Rx_ant,TurnOn.FreqSyn );
            
            % 符号定时（精定时）
            [timed_sym , err_sym_timing] = sym_timing( coarse_freq_out ,N_subc, PrefixRatio, N_sym, N_tran_sym,...
                known_training,Window2,TimingAhead, N_Rx_ant, TurnOn.Timing);
            
            % 精频偏估计(分数倍的频偏估计),如果粗频偏估计已经满足估计器的MSE要求， 则可以不使用此模块
            % 调用和粗频偏估计相同的函数，只是输入参数不同
            [fine_freq_out,offset2] = freq_syn_timedomain( timed_sym,WinStart2, WinSize2, Delay3, T_sample,...
                N_Rx_ant,TurnOn.FreqSyn );
            
            % 可选的时域均衡器,下一步完成.如果使用了频域均衡, 则不需要
            % equalized_sym = equalizer_timedomain(timed_sym ,TurnOn.TimeDomainEq);
            
            % OFDM解调,去前导序列
            [training_sym ,data_sym] = ofdm_demod(fine_freq_out,PrefixRatio,N_subc,N_sym,N_tran_sym,N_Rx_ant);
            
            % 如果在时域不进行整数倍的频偏估计, 则在频域进行.下一步完成.
            %             freq_offset_corrected = freq_syn_freqdomain( data_sym,TurnOn.FreqSyn );
            
            % 频域信道估计器, 如果使用了时域均衡, 则不使用此模块
            % channel_est = zeros(N_subc,1);
            % [channel_est(Idx_used,1) , mse_ce] = estimator( training_sym(Idx_used,1) , known_training(Idx_used,2) , ...
            %              CE_Method , CE_SubcRemain , H_freq{u}(Idx_used,2));
            
            [channel_est , mse_ce] = channel_estimator( training_sym ,CE_Method,CE_Method2,...
                CE_SubcRemain,H_freq{u},known_training,N_Tx_ant,N_Rx_ant, N_subc,N_used,Idx_used,...
                Modulation,var_noise,TurnOn.ChannelEst );
            
            % 使用数据OFDM符号中的导频进行载波相位跟踪和补偿,下一步完成
            % phase_err_corrected = phase_tracing( data_sym,freq_offset_corrected ,TurnOn.PhaseTrace );
            
            % 使用数据OFDM符号中的导频抽样频偏的估计和补偿, 下一步完成         
            %             sampling_err_corrected = sampling_syn( data_sym,phase_err_corrected ,TurnOn.SamplingSyn );
            
            % 在频域加入理想信道响应,测试目的
            %             rev = zeros(N_subc, N_sym  , N_Rx_ant );
            %             for n_r = 1:N_Rx_ant
            %                 for n_t = 1:N_Tx_ant
            %                     rev(:,:,n_r) = rev(:,:,n_r) + data_sym(:,:,n_t).*...
            %                                     repmat(H_freq{u}(:,1,(n_t-1)*N_Rx_ant + n_r), 1, N_sym );
            %                 end
            %             end
            %              data_sym = rev;
            
            % 接收机分集处理和空时解码
            
            st_decoded = st_decoding( data_sym,channel_est,N_Tx_ant, N_Rx_ant ,ST_Code ,Idx_data);
            
            % 根据每用户,每子载波的调制方式,进行解调
            demod_user_bit = demodulator( st_decoded, user_subc_alloc{u} ,mod_subc{u} ,...
                pad_bit_cnt(u),N_sym,TurnOn.AdptMod);            
            
            % 信道解码, 包括RS解码, 卷积码Viterbi编码等
            decoded_user_bit{u} = channel_decoding ( demod_user_bit , UserRS_Coding(:,u) ,... 
                UserTrellis(u) ,TraceBackLen, user_bit_cnt(u) , TurnOn.ChannelCoding );
            
            % 本帧,本信噪比下,本用户的性能统计
            bit_err = sum(abs(decoded_user_bit{u} - user_bit{u}));
            
            if TurnOn.FreqSyn 
                freq_err = delta_fc - (offset1 + offset2);
            else
                freq_err = 0;
            end   
            
            user_bit_err{u}(frame,snr_idx) = bit_err ;
            mse_ce_acc{u}(frame,snr_idx) = mse_ce;
            frame_timing_acc{u}(frame,snr_idx) = err_frame_timing ;
            freq_syn_acc{u}(frame,snr_idx) = freq_err ;
            
            
        end                  % 多个用户接收机的循环结束 
        
        % 实时显示仿真性能
        fprintf('Eb/No:%d dBtFrame No.:%d  Err Bits:%dtCh.Est. MSE:%f  Timing Err(Sample):%dtFreq.Syn. Err(Hz):%dn',...
            Eb_No_dB, frame, bit_err, mse_ce, err_frame_timing , freq_err);
        
    end                      % OFDM帧/数据包循环结束     
    
    timer(snr_idx) = toc     % 计算时间结束
    snr_idx = snr_idx + 1;
    
    save saved_data.mat;     % 保存数据
    
end                      % Eb/No信噪比循环结束                     
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 5. 性能评估部分,可以保存需要的数据,并对目标性能数据进行操作
% 如画图, 比较,进一步计算得到结论等
performance_eval;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 仿真程序结尾

						