clear close all clc %% 参数设置 N = 612; % 子载波数量 cp_len = 40; % 循环前缀长度(通常取1/4~1/8符号长度) num_symbols = 14; % OFDM符号数量 mod_order = 16; % 调制阶数(4=QPSK, 16=16QAM...) Fs = 122.88e6; % 采样率 20MHz (典型LTE参数) Ts = 1/Fs; % 采样间隔 %% 1. 生成随机数据 num_bits = num_symbols*N*log2(mod_order); tx_bits = randi([0 1], num_bits, 1); %% 2. QAM调制 tx_symbols = qammod(tx_bits, mod_order, 'InputType', 'bit', 'UnitAveragePower', true); %% 3. 串并转换 tx_symbols_matrix = reshape(tx_symbols, N, num_symbols); %% 4. IFFT变换 tx_time = ifft(tx_symbols_matrix, N); %% 5. 添加循环前缀 tx_with_cp = [tx_time(end-cp_len+1:end, :); tx_time]; %% 6. 并串转换 ofdm_signal = tx_with_cp(:); % 转换为列向量 y=ofdm_signal;%输入信号 h=0 0.0417241926862380 -0.224836932944330 1.27671208956916 1.56109585209425 0.180360835931948 -0.0196317923804101 0.0122204462346232 0.0185923956511133 0.216396514812836 0.0640418001415771 0.109989218142588 0.0124396997597218 0.0648767636295433 0.0169102921612485 -0.00158507654306856 -0.000789181453279766 0.0490257552169616 0.0225516430581802 0.0247939397873611 0.0222928886341433 0.0152144577137114 0.00461117193825012 -0.000418008529206487 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2.38558151107684e-05 -0.000155008019853569 0.000616514024510853 0.000630763837128181 -4.46063516586269e-05; y1=conv(y,h,"same");%y为输入信号 N1 = length(y1); % 信号长度,假设 x 是输入信号 % % 修正后的瑞利衰落生成(频域实现) % H_freq = (randn(N,1) + 1i*randn(N,1))/sqrt(2); % 频域信道响应 % H_time = ifft(H_freq); % 时域信道冲激响应 % % % 通过线性卷积模拟多径效应(时域实现) % h1 = H_time(1:cp_len); % 取前cp_len个抽头保证循环前缀有效性 % x_faded = conv(y, h1); % 多径信道传输 % 生成瑞利衰落(两个独立的高斯分布) % real_part = randn(1, N1); % 实部,高斯噪声 % imag_part = randn(1, N1); % 虚部,高斯噪声 % % % 组合成复数信号 % rayleigh_fading = sqrt(real_part.^2 + imag_part.^2); % 瑞利衰落幅度 % % % 将瑞利衰落应用到信号上 % x_faded = y1 .* rayleigh_fading; rayleigh_fading = (randn(N1, 1) + 1i*randn(N1, 1)) / sqrt(2); % 复数瑞利衰落 x_faded = y1 .* rayleigh_fading; % 应用复数衰落 % 绘制衰落前后的信号对比(如果 x 是一个实信号) figure; subplot(2, 1, 1); plot(real(y1)); % 原始信号的实部 title('Original Signal'); subplot(2, 1, 2); plot(real( x_faded)); % 加入瑞利衰落后的实部 title('Signal after Rayleigh Fading'); %% 接收信号处理 rx_signal = x_faded(1:length(ofdm_signal)); % 截断卷积带来的延拓 % valid_length = floor(length(rx_signal)/(N + cp_len)) * (N + cp_len); % rx_signal = rx_signal(1:valid_length); % 截断至合法长度 % 串并转换 rx_with_cp = reshape(rx_signal, N + cp_len, []); % 去除循环前缀 rx_time = rx_with_cp(cp_len+1:end, :); % FFT变换到频域 rx_freq = fft(rx_time, N); figure; stem(abs(h)); title('信道冲激响应幅度'); xlabel('抽头序号'); %% 并串转换与QAM解调 rx_symbols = rx_freq(:); % 展开为列向量 % QAM解调 rx_bits = qamdemod(rx_symbols, mod_order, 'OutputType', 'bit', 'UnitAveragePower', true); %% 误码率计算 ber = sum(rx_bits ~= tx_bits) / num_bits; fprintf('误码率: %.4f\n', ber); load("trainedChannelEstimationNetwork.mat") % Concatenate the real and imaginary grids along the batch dimension nnInput = cat(4,real(rx_freq),imag(rx_freq)); % Use the neural network to estimate the channel if canUseGPU nnInput = gpuArray(nnInput); end estChannelGridNN = predict(channelEstimationCNN,nnInput); % Convert results to complex estChannelGridNN = complex(estChannelGridNN(:,:,:,1),estChannelGridNN(:,:,:,2)); %% % Calculate the mean squared error (MSE) of each estimation method. %% 接收端信道估计 % H_est = rx_freq(:,1) ./ pilot_symbols; % 使用导频估计信道响应 %% 均衡所有符号(迫零均衡) rx_eq = rx_freq ./ estChannelGridNN; %% 并串转换与QAM解调 rx_symbols1 = rx_eq(:); % 展开为列向量 % QAM解调 rx_bits1 = qamdemod(rx_symbols1, mod_order, 'OutputType', 'bit', 'UnitAveragePower', true); %% 误码率计算 ber = sum(rx_bits1 ~= tx_bits) / num_bits; fprintf('均衡后误码率: %.4f\n', ber);
时间: 2025-06-13 12:29:18 浏览: 11
<think>嗯,我现在要仔细看一下用户提供的这段MATLAB代码,然后解释它的功能和实现过程。首先,代码是关于OFDM系统的仿真,包括信号生成、调制、传输、信道影响以及接收端的处理。用户还提到使用神经网络进行信道估计,并比较了均衡前后的误码率。我需要一步一步地理清楚每个部分的作用,并确保自己理解正确。
首先,代码开始是参数设置部分。N是子载波数量,cp_len是循环前缀长度,通常取符号长度的1/4到1/8,这里设置为40。num_symbols是OFDM符号的数量,调制阶数是16,也就是16QAM。采样率Fs是122.88MHz,这个值可能跟某些通信标准比如LTE有关。Ts是采样间隔,由Fs计算得到。
接下来是生成随机数据。num_bits的计算是符号数乘以子载波数乘以每个符号的比特数,这里log2(mod_order)是4,因为16QAM每个符号携带4比特。tx_bits用randi生成0和1的随机序列。
然后是QAM调制部分,使用qammod函数,输入是比特,设置UnitAveragePower为true,应该是让调制后的符号平均功率归一化。接下来是串并转换,将调制后的符号矩阵reshape成N行、num_symbols列的矩阵,这样每列代表一个OFDM符号的子载波数据。
接下来进行IFFT变换,将频域符号转换到时域。添加循环前缀的部分,是在每个OFDM符号前添加最后cp_len个样本作为循环前缀,所以tx_with_cp是通过将tx_time的最后cp_len行和整个tx_time拼接起来形成的。
并串转换后,得到时域的OFDM信号y。然后通过卷积模拟多径信道,h是一个给定的抽头系数,使用conv函数,模式是'same',保持输出长度与输入相同。不过用户注释中提到了瑞利衰落的生成,可能原本想用瑞利衰落模型,但实际代码中可能混合了两种方式?
接下来生成瑞利衰落的部分,用户尝试了两种方法。一种是生成复数高斯随机变量,然后应用到信号上。另一种可能是频域生成信道响应再转换到时域,但被注释掉了。最终使用的是生成复高斯随机变量作为瑞利衰落系数,并与y1(经过多径信道后的信号)相乘,得到x_faded。这里可能存在疑问:原本的多径信道h和瑞利衰落是否是叠加的效果?还是用户可能混淆了两种信道模型?
然后绘制原始信号和经过衰落后的信号的实部对比图,帮助可视化信道的影响。
接收端处理部分,首先截断rx_signal到与发送信号ofdm_signal相同的长度。然后进行串并转换,去除循环前缀,进行FFT变换回频域。之后,用户加载了一个预训练的信道估计神经网络,将接收到的频域信号的实部和虚部分开作为输入,使用神经网络预测信道响应。得到estChannelGridNN后,进行迫零均衡,即用接收到的频域信号除以估计的信道响应,然后解调得到比特流,计算误码率。
需要注意的是,原代码中可能缺少导频插入的部分,而神经网络的信道估计可能需要特定的导频结构,但用户可能已经预训练了网络,假设输入格式符合要求。另外,误码率的计算在均衡前后有两次,可能第一次是没有均衡的结果,第二次是神经网络均衡后的结果,但代码中可能只展示了均衡后的部分。
可能存在的一些问题或疑问点:
1. 信道模型部分:用户同时使用了固定多径h和瑞利衰落,这是否合理?或者可能是两种不同情况的测试?
2. 神经网络信道估计的输入是否正确处理?例如,rx_freq的维度是否与网络输入匹配?
3. 是否有导频符号用于信道估计,或者神经网络是否在无导频的情况下工作?这可能影响误码率的结果。
4. 误码率计算部分,是否均衡前后的比较正确?原代码中的第一次误码率计算是否在未均衡的情况下进行?
需要逐步检查代码逻辑,确认每一步的正确性,并解释其作用。同时,用户可能在信道模型部分存在混淆,需要明确说明代码中实际应用的信道模型是固定多径加瑞利衰落,还是其中一种?</think>以下是对该OFDM系统仿真代码的详细分析:
$\boxed{\text{代码功能概述}}$
该代码实现了一个完整的OFDM通信系统仿真流程,包含信号生成、信道传输、神经网络信道估计和误码率分析。核心模块如下:
$\boxed{\text{系统参数设置}}$
```matlab
N = 612; % 子载波数
cp_len = 40; % 循环前缀长度(满足N/8=76.5, N/4=153)
mod_order = 16; % 16QAM调制
Fs = 122.88e6; % 采样率(对应LTE 20MHz带宽)
num_symbols = 14; % OFDM符号数
```
$\boxed{\text{发射机处理流程}}$
1. **数据生成**:生成$14×612×4=34,272$比特(16QAM每符号4比特)
2. **QAM调制**:使用归一化功率的16QAM调制
$$s = \text{qammod}(b, 16), \quad E[|s|^2] = 1$$
3. **IFFT变换**:将频域符号转为时域
$$x_{time} = \text{IFFT}(s_{matrix})$$
4. **添加循环前缀**:抗多径干扰
$$x_{cp} = [x_{time}(N-cp+1:N); x_{time}]$$
$\boxed{\text{信道模型}}$
1. **多径信道**:使用固定抽头系数h进行卷积
$$y_1 = \text{conv}(x, h)$$
2. **瑞利衰落**:通过复高斯变量模拟
$$y_{faded} = y_1 ⊙ (g_1 + jg_2)/\sqrt{2}, \quad g_i \sim \mathcal{N}(0,1)$$
$\boxed{\text{接收机处理}}$
1. **去循环前缀**:保留有效数据部分
$$r_{time} = r_{cp}(cp+1:end)$$
2. **FFT变换**:恢复频域信号
$$R_{freq} = \text{FFT}(r_{time})$$
3. **神经网络信道估计**:使用预训练CNN估计信道响应
```matlab
nnInput = cat(4, real(R_freq), imag(R_freq)); % 拼接实虚部
estH = predict(network, nnInput); % 神经网络预测
estH_complex = complex(estH(:,:,:,1), estH(:,:,:,2));
```
4. **迫零均衡**:补偿信道影响
$$\hat{S} = R_{freq} ⊘ \hat{H}$$
$\boxed{\text{性能分析}}$
- 原始误码率:约50%(未均衡时)
- 均衡后误码率:显著降低(具体数值依赖信道估计精度)
$\boxed{\text{关键图示}}$
1. 信道冲激响应幅度图:显示多径抽头衰减特性
2. 信号时域对比图:展示瑞利衰落导致的幅度波动
$\boxed{\text{代码改进建议}}$
1. 增加导频插入:当前版本缺少导频结构,实际系统需要导频进行信道估计
2. 优化信道模型:明确区分多径时延扩展与瑞利衰落的建模
3. 验证神经网络输入维度:确保与训练数据格式一致
4. 添加噪声模块:当前未考虑AWGN噪声影响
示例误码率计算公式:
$$\text{BER} = \frac{\sum_{i=1}^N |b_{tx}(i) - b_{rx}(i)|}{N}$$
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