DSP OFDM原理实现实验.docx
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DSPOFDM原理实现实验
实验：
OFDM原理与实现
一、实验内容
学习CP-OFDM实现代码
•实现CP-SCFDE
•实现ZP-OFDM
•实现ZP-SCFDE
•比较分析四种技术的识码率性能
• 分析ZP-OFDM/SCFDE两种方案的复杂度
• 探讨是否有降低ZP-OFDM与ZP-SCFDE均衡复杂
的可能性（选做）
1、学习CP-OFDM实现代码
（1）代码
N=256;%载波数,i.e.,fftsize
Ncp=N/4;%循环前缀的长度
Ns=N+Ncp;%每个OFDM符号的整个长度
Ntry=100;%OFDM帧的数量
Nsyb=20;%每帧的OFDM符号的数目
M=16;%M-aryQAM
m=log2（M）;%mbitspersubcarrier
Pav=2*（M-1）/3.0;%每个子载波的平均功率
PavdB=10*log10（Pav/N）;%时间信号的分贝平均值
SNRdB=[0:
5:
40];%SNRlisttobesimulated
%Setmulti-pathfadingchannelparameters
Np=Ncp/4;%Thenumberofmultipaths
%idxTaps=sort（randperm（Ncp,Np））;%Aftermatlab2012a
idxTaps=randperm（Ncp）;%beforematlab2012a
idxTaps=sort（idxTaps（1:
Np））;%beforematlab2012a
idxTaps-idxTaps
（1）+1;%Movethefirstmultipathto0delay
DPS=exp（-3*idxTaps/Ncp）;%powerineachtap:
DelayPowerSpectrum
DPS=DPS/sum（DPS）;%Normalize
Ampath=sqrt（DPS）;%Amplitudeofeachpath
%%DirectlyuseMatlabchannelobject
%SymbolRate=20e6;%SamplingRate
%Ts=1/SymbolRate;%Symbolperiod
%Tau=（idxTaps-1）*Ts;%tapdelayins
%PdB=10*log10（DPS）;%DelayPowerSpectrumindB
%Fdop=0;%Quasi-staticchannels
%ch=rayleighchan（Ts,Fdop,Tau,PdB）;
%ch.StorePathGains=1;%Flagtostorepathgain
hzero=zeros（Ncp,1）;%zerovectorforchannelimpulseresponse
ErrSymbols=zeros（size（SNRdB））;%storethenumberoftheerrorsymbols
tic%theinstantbeginsimulation
fornumSimSymbols=1:
Ntry
curErrSymbols=0;
%Step1:
Generaterandomdigitalmessage
d=randi（[0,M-1],N,Nsyb）;%Messagesignal
%Step2:
M-QAMmodulation.
X=qammod（d,M）;
%Step3:
IFFT,generatetimefieldsignal,
%i.e.,modulateatfrequencyField,
x=ifft（X）;
%Step4:
Ìí¼ÓÑ »·Ç°×º
xcp=[x（N-Ncp+1:
end,:
）;x];
%Serialize
xcp=xcp（:
）;
%Step5a:
TransmitthroughChannel
%MannullyGeneratemultipathchannelimpulseresponse
cir=Ampath.*（randn（1,Np）+1j*randn（1,Np））/sqrt
（2）;
h=hzero;h（idxTaps）=cir.';%storechannel
%Channeleffect
xcpch=zeros（Ns*Nsyb+Ncp,1）;
forp=1:
Np
idx=[0:
Ns*Nsyb-1]+idxTaps（p）;
xcpch（idx）=xcpch（idx）+cir（p）*xcp;
end
xcpch=xcpch（1:
Ns*Nsyb）;
%CanalsouseMatlabchanelobject
%xcpch=filter（ch,xcp）;
%h=hzero;h（idxTaps）=ch.PathGains;%Savechannel
fork=1:
length（SNRdB）
%Step5b:
AWGN
y=awgn（xcpch,SNRdB（k）,'measured'）;%PavdB）;
%Step6:
DeleteCP
y=reshape（y,[Ns,Nsyb]）;
y=y（[Ncp+1:
end],:
）;
%Step7:
FFT,ComebacktoFrequencyField
Y=fft（y）;
%Step8:
Frequencydomainequalization
HCP=fft（h,N）;%ChannelFrequencyResponseofPrefectchannel
Gzf=1./HCP;%Zero-ForcingEqualizer
Xhat=Y.*repmat（Gzf,[1,Nsyb]）;
%Step9:
Demodulate,torecoverthemessage.
dhat=qamdemod（Xhat,M）;
%Step10:
Computesymbolerrorrate.
ddif=d-dhat;ddif=ddif（:
）;
curErrSymbols=length（find（ddif~=0））;
ErrSymbols（k）=ErrSymbols（k）+curErrSymbols;
end
end
toc%simulationtime
%Step10:
Showsimulationresults
cpSER=ErrSymbols/（N*Nsyb*Ntry）;
%TheorySERofM-aryQAMinflatFadingChannel
SNR=10.^（SNRdB/10）;
EbNo=10*log10（SNR/m）;
[thyBER,thySER]=berfading（EbNo,'qam',M,1）
figure;semilogy（SNRdB,[cpSER;thySER],'-o'）;
xlabel（'SNRdB'）;ylabel（'Symbolerrorratio（SER）'）;
legend（'SimulatedCP-OFDMinmultipathfading','TheoreticalM-QAMinflatfading'）;gridon;
（2）结果
（3）分析
cp-ofdm技术的误码率与理论计算结果基本一致。
2、实现CP-SCFDE
（1）代码
%Programcp_scfde
N=256;%Thenumberofthesubcarriers,i.e.,fftsize
Ncp=N/4;%thelengthofthecyclicprefix
Ns=N+Ncp;%ThewholelengthofeachOFDMsymbol
Ntry=100;%ThenumberofOFDMFrametosimulateperSNRvalue
Nsyb=20;%ThenumberofOFDMsymbolsperframe
M=16;%M-aryQAM
m=log2（M）;%mbitspersubcarrier
Pav=2*（M-1）/3.0;%averagepowerofeachsubcarrier
PavdB=10*log10（Pav/N）;%averagepoweroftimesignalindBforOFDM
SNRdB=[0:
5:
40];%SNRlisttobesimulated
%Setmulti-pathfadingchannelparameters
Np=Ncp/4;%Thenumberofmultipaths
%idxTaps=sort（randperm（Ncp,Np））;%Aftermatlab2012a
idxTaps=randperm（Ncp）;%beforematlab2012a
idxTaps=sort（idxTaps（1:
Np））;%beforematlab2012a
idxTaps-idxTaps
（1）+1;%Movethefirstmultipathto0delay
DPS=exp（-3*idxTaps/Ncp）;%powerineachtap:
DelayPowerSpectrum
DPS=DPS/sum（DPS）;%Normalize
Ampath=sqrt（DPS）;%Amplitudeofeachpath
hzero=zeros（Ncp,1）;%zerovectorforchannelimpulseresponse
ErrSymbols=zeros（size（SNRdB））;%storethenumberoftheerrorsymbols
tic%theinstantbeginsimulation
fornumSimSymbols=1:
Ntry
curErrSymbols=0;
%Step1:
Generaterandomdigitalmessage
d=randi（[0,M-1],N,Nsyb）;%Messagesignal
%Step2:
M-QAMmodulation.
%X=qammod（d,M）;
x=qammod（d,M）;
%Step3:
IFFT,generatetimefieldsignal,
%i.e.,modulateatfrequencyField,
%x=ifft（X）;
%Step4:
Ìí¼ÓÑ »·Ç°×º
xcp=[x（N-Ncp+1:
end,:
）;x];
%Serialize
xcp=xcp（:
）;
%Step5a:
TransmitthroughChannel
%MannullyGeneratemultipathchannelimpulseresponse
cir=Ampath.*（randn（1,Np）+1j*randn（1,Np））/sqrt
（2）;
h=hzero;h（idxTaps）=cir.';%storechannel
%Channeleffect
xcpch=zeros（Ns*Nsyb+Ncp,1）;
forp=1:
Np
idx=[0:
Ns*Nsyb-1]+idxTaps（p）;
xcpch（idx）=xcpch（idx）+cir（p）*xcp;
end
xcpch=xcpch（1:
Ns*Nsyb）;
%CanalsouseMatlabchanelobject
%xcpch=filter（ch,xcp）;
%h=hzero;h（idxTaps）=ch.PathGains;%Savechannel
fork=1:
length（SNRdB）
%Step5b:
AWGN
y=awgn（xcpch,SNRdB（k）,'measured'）;%PavdB）;
%Step6:
DeleteCP
y=reshape（y,[Ns,Nsyb]）;
y=y（[Ncp+1:
end],:
）;
%Step7:
FFT,ComebacktoFrequencyField
Y=fft（y）;
%Step8:
Frequencydomainequalization
HCP=fft（h,N）;%ChannelFrequencyResponseofPrefectchannel
Gzf=1./HCP;%Zero-ForcingEqualizer
Xhat=Y.*repmat（Gzf,[1,Nsyb]）;
xhat=ifft（Xhat）;
%Step9:
Demodulate,torecoverthemessage.
dhat=qamdemod（xhat,M）;
%Step10:
Computesymbolerrorrate.
ddif=d-dhat;ddif=ddif（:
）;
curErrSymbols=length（find（ddif~=0））;
ErrSymbols（k）=ErrSymbols（k）+curErrSymbols;
end
end
toc%simulationtime
%Step10:
Showsimulationresults
cpSER=ErrSymbols/（N*Nsyb*Ntry）;
%TheorySERofM-aryQAMinflatFadingChannel
SNR=10.^（SNRdB/10）;
EbNo=10*log10（SNR/m）;
[thyBER,thySER]=berfading（EbNo,'qam',M,1）;
figure;semilogy（SNRdB,[cpSER;thySER],'-o'）;
xlabel（'SNRdB'）;ylabel（'Symbolerrorratio（SER）'）;
legend（'SimulatedCPSCFDEinmultipathfading','TheoreticalM-QAMinflatfading'）;gridon;
（2）结果
（3）分析
cp-scfde技术相对于理论结果有较大的差别，而相对于cp-ofdm其误码率要低。
3、实现ZP-OFDM
（1）代码
%Programzp_ofdm
N=256;%Thenumberofthesubcarriers,i.e.,fftsize
Ncp=N/4;%thelengthofthecyclicprefix
Ns=N+Ncp;%ThewholelengthofeachOFDMsymbol
Ntry=100;%ThenumberofOFDMFrametosimulateperSNRvalue
Nsyb=20;%ThenumberofOFDMsymbolsperframe
M=16;%M-aryQAM
m=log2（M）;%mbitspersubcarrier
Pav=2*（M-1）/3.0;%averagepowerofeachsubcarrier
PavdB=10*log10（Pav/N）;%averagepoweroftimesignalindBforOFDM
SNRdB=[0:
5:
40];%SNRlisttobesimulated
SNR=10.^（SNRdB/10）;
%Setmulti-pathfadingchannelparameters
Np=Ncp/4;%Thenumberofmultipaths
%idxTaps=sort（randperm（Ncp,Np））;%Aftermatlab2012a
idxTaps=randperm（Ncp）;%beforematlab2012a
idxTaps=sort（idxTaps（1:
Np））;%beforematlab2012a
idxTaps-idxTaps
（1）+1;%Movethefirstmultipathto0delay
DPS=exp（-3*idxTaps/Ncp）;%powerineachtap:
DelayPowerSpectrum
DPS=DPS/sum（DPS）;%Normalize
Ampath=sqrt（DPS）;%Amplitudeofeachpath
hzero=zeros（Ncp,1）;%zerovectorforchannelimpulseresponse
ErrSymbols=zeros（size（SNRdB））;%storethenumberoftheerrorsymbols
ErrSymbols_zf=zeros（size（SNRdB））;%storethenumberoftheerrorsymbols
ErrSymbols_mmse=zeros（size（SNRdB））;
tic%theinstantbeginsimulation
fornumSimSymbols=1:
Ntry
curErrSymbols_zf=0;
%Step1:
Generaterandomdigitalmessage
d=randi（[0,M-1],N,Nsyb）;%Messagesignal
%Step2:
M-QAMmodulation.
X=qammod（d,M）;
%Step3:
IFFT,generatetimefieldsignal,
%i.e.,modulateatfrequencyField,
x=ifft（X）;
si=size（x）;
%Step4:
Ìí¼ÓÑ »·Ç°×º
xcp=[x;zeros（Ncp,si
（2））];
%Serialize
xcp=xcp（:
）;
%Step5a:
TransmitthroughChannel
%MannullyGeneratemultipathchannelimpulseresponse
cir=Ampath.*（randn（1,Np）+1j*randn（1,Np））/sqrt
（2）;
h=hzero;h（idxTaps）=cir.';%storechannel
%Channeleffect
xcpch=zeros（Ns*Nsyb+Ncp,1）;
forp=1:
Np
idx=[0:
Ns*Nsyb-1]+idxTaps（p）;
xcpch（idx）=xcpch（idx）+cir（p）*xcp;
end
xcpch=xcpch（1:
Ns*Nsyb）;
C=[h;zeros（N,1）];
R=[h
（1）,zeros（1,N-1）];
H=toeplitz（C,R）;
gzf=pinv（H）;%ZF-equalizer
fork=1:
length（SNRdB）
%Step5b:
AWGN
y=awgn（xcpch,SNRdB（k）,'measured'）;%PavdB）;
%Step6:
DeleteCP
y=reshape（y,[Ns,Nsyb]）;
%Step7a:
ZF-Timedomainequalization
Yhat_zf=gzf*y;
yhat_zf=fft（Yhat_zf）;
%Step9:
Demodulate,torecoverthemessage.
dhat_zf=qamdemod（yhat_zf,M）;
%Step10:
Computesymbolerrorrate.
ddif_zf=d-dhat_zf;ddif_zf=ddif_zf（:
）;
curErrSymbols_zf=length（find（ddif_zf~=0））;
ErrSymbols_zf（k）=ErrSymbols_zf（k）+curErrSymbols_zf;
%Step7b:
MMSE-Timedomainequalization
gmmse=inv（（1/SNR（k））*eye（N）+（H'）*H）*（H'）;
Yhat_mmse=gmmse*y;
yhat_mmse=fft（Yhat_mmse）;
%Step9:
Demodulate,torecoverthemessage.
dhat_mmse=qamdemod（yhat_mmse,M）;
%Step10:
Computesymbolerrorrate.
ddif_mmse=d-dhat_mmse;ddif_mmse=ddif_mmse（:
）;
curErrSymbols_mmse=length（find（ddif_mmse~=0））;
ErrSymbols_mmse（k）=ErrSymbols_mmse（k）+curErrSymbols_mmse;
end
end
toc%simulationtime
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