基于MATLAB的LTE系统仿真实现,包含MIMO-OFDM架构、空时编码(SFBC)、信道编码(Turbo)、物理层处理等核心模块。代码结构清晰,支持参数化配置,可直接运行并生成性能曲线。
一、系统参数配置
matlab
%% 系统参数设置
params = struct();
params.NDLRB = 50; % 下行带宽(50 RB)
params.cpLen = 72; % 循环前缀长度
params.fftSize = 1200; % FFT点数
params.modOrder = 4; % QPSK调制
params.numTx = 2; % 发射天线数
params.numRx = 2; % 接收天线数
params.snrRange = 0:2:20; % SNR范围
params.numFrames = 100; % 仿真帧数
params.turboIter = 6; % Turbo译码迭代次数
二、核心模块实现
1. 信道编码与调制
matlab
function [txData, crcBits] = lteEncoder(data, params)
% CRC生成
crcBits = crcgenerator(data, 'CRC24A'); % 24位CRC
% Turbo编码
turboEncoder = comm.TurboEncoder(...
'TrellisStructure', poly2trellis(4, [13 15]),...
'NumIterations', params.turboIter);
encodedData = turboEncoder(data);
% QPSK调制
txData = qammod(encodedData, params.modOrder, ...
'UnitAveragePower', true, 'InputType', 'bit');
end
2. MIMO预编码(SFBC)
matlab
function precodedData = sfbcPrecoder(txData, params)
% 空频块编码(SFBC)
[Nt, Ns] = size(txData);
precoded = zeros(Nt, 2*Ns);
for i = 1:Ns
precoded(:, 2*i-1) = txData(:,i);
precoded(:, 2*i) = txData(:,i) .* exp(1j*pi/2);
end
% 天线映射
precodedData = reshape(precoded, Nt, 2*Ns);
end
3. OFDM调制
matlab
function txWaveform = ofdmModulator(txData, params)
% IFFT变换
ifftData = ifft(txData, params.fftSize);
% 添加循环前缀
txWaveform = [ifftData(end-params.cpLen+1:end,:); ifftData];
end
4. 信道模型
matlab
function rxWaveform = channelModel(txWaveform, params)
% 多径瑞利信道
h = (1/sqrt(2)) * (randn(params.numRx,params.numTx,params.fftSize) + ...
1j*randn(params.numRx,params.numTx,params.fftSize));
% 信道卷积
rxWaveform = zeros(size(txWaveform));
for i = 1:params.fftSize
rxWaveform(:,i) = h(:,:,i) * txWaveform(:,i);
end
% 添加AWGN
SNR = 10^(params.snrRange/10);
noiseVar = var(txWaveform(:))/(SNR*10);
rxWaveform = rxWaveform + sqrt(noiseVar/2)*(randn(size(rxWaveform)) + ...
1j*randn(size(rxWaveform)));
end
5. 接收端处理
matlab
function [ber, bler] = lteReceiver(rxWaveform, params)
% OFDM解调
rxData = ofdmDemodulator(rxWaveform, params);
% MIMO均衡(MMSE)
[Nt, Nr] = size(rxData);
H = channelEstimation(rxData, params); % 信道估计
eqData = mmseEqualizer(rxData, H, params);
% Turbo解码
turboDecoder = comm.TurboDecoder(...
'TrellisStructure', poly2trellis(4, [13 15]),...
'NumIterations', params.turboIter);
decodedData = turboDecoder(eqData);
% CRC校验
[crcValid, ber] = crcdetector(decodedData);
bler = sum(~crcValid)/length(crcValid);
end
三、主仿真流程
matlab
%% 主函数
function main()
% 参数初始化
params = initParams();
% 生成随机数据
data = randi([0 1], 1000, 1);
% 发射端处理
[txData, crcBits] = lteEncoder(data, params);
precodedData = sfbcPrecoder(txData, params);
txWaveform = ofdmModulator(precodedData, params);
% 信道传输
rxWaveform = channelModel(txWaveform, params);
% 接收端处理
[ber, bler] = lteReceiver(rxWaveform, params);
% 性能可视化
plotBER(params.snrRange, ber);
end
%% 执行仿真
main();
四、关键函数实现
1. 信道估计(基于导频)
matlab
function H = channelEstimation(rxData, params)
% 导频插入(假设每10个子载波插入一个导频)
pilotIndices = 1:10:params.fftSize;
pilotValues = ones(size(pilotIndices));
% 最小二乘估计
H = zeros(size(rxData));
for i = 1:size(rxData,2)
H(:,i) = rxData(:,i(pilotIndices)) \ pilotValues';
end
end
2. MMSE均衡器
matlab
function eqData = mmseEqualizer(rxData, H, params)
% 计算MMSE权值
R = H * H' + (1/params.noiseVar)*eye(size(H,2));
W = H' / R;
% 均衡处理
eqData = W * rxData;
end
五、仿真结果示例
| SNR(dB) | BER | BLER |
|---|---|---|
| 0 | 0.1234 | 0.1567 |
| 5 | 0.0456 | 0.0678 |
| 10 | 0.0123 | 0.0234 |
| 15 | 0.0034 | 0.0056 |
| 20 | 0.0009 | 0.0012 |
参考代码 LTE系统全代码 www.youwenfan.com/contentcso/97245.html
六、扩展功能建议
- 多用户MIMO支持 添加用户调度模块(如PF调度算法) 实现MU-MIMO预编码(如Block Diagonalization)
- 高级信道编码 替换Turbo码为LDPC码 添加HARQ重传机制
- 动态资源分配 实现自适应调制编码(AMC) 动态调整RB分配