基于V-BLAST与OFDM的联合系统物理层仿真平台

资 源 简 介

本项目专注于实现垂直分层空时处理（V-BLAST）与正交频分复用（OFDM）系统的完整链路仿真。V-BLAST代表了空间复用技术的先进应用，能在不增加频带宽度的情况下显著提升频谱效率，是B3G及新一代移动通信的关键演进技术。由于OFDM具备卓越的抗多径干扰能力，两者的结合构建了高性能的宽带无线接入系统架构。

详 情 说 明

V-BLAST与OFDM联合系统物理层仿真分析平台

项目介绍

本项目提供了一个完整的通信系统物理层链路仿真环境，旨在深入分析垂直分层空时处理（V-BLAST）技术与正交频分复用（OFDM）技术结合后的系统性能。通过模拟多输入多输出（MIMO）架构下的频率选择性衰落信道，本平台展示了如何通过空间复用提升频谱效率，并利用OFDM技术有效对抗多径干扰，是研究B3G及新一代移动通信技术的理想实验工具。

功能特性

• 支持多天线配置：默认实现 2x2 MIMO 天线架构。
• 先进检测算法：集成了基于串行干扰抵消（SIC）的迫零（ZF）和最小均方误差（MMSE）两种检测算法。
• 完整的OFDM链路：包含子载波映射、IFFT变换、循环前缀（CP）添加及去除、FFT变换等核心步骤。
• 多径信道建模：模拟具有特定功率时延分布的瑞利多径衰落信道，并动态计算子载波的频域响应。
• 高性能调制方案：采用 16-QAM 调制，并应用 Gray 码映射以优化误码表现。
• 多维结果可视化：提供误码率（BER）性能曲线、检测后信号星座图以及信道频率响应特性图。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2018b 或更高版本。
• 工具箱要求：无需特殊工具箱，核心算法均由代码自主实现。
• 硬件配置：建议 8GB RAM 以上，以支持快速迭代仿真。

实现逻辑说明

仿真流程严格遵循物理层通信协议标准，在 main.m 中通过以下逻辑步骤实现：

1. 参数初始化：设置天线数（2Tx, 2Rx）、FFT点数（64）、循环前缀长度（16）、调制阶数（16-QAM）以及目标信噪比范围（0-20dB）。
2. 信号发射端：随机生成原始比特流，将其映射为 QAM 星座点，通过 IFFT 将频域符号转换至时域，并添加循环前缀以抑制符号间干扰（ISI）。
3. 信道模拟：构建三径瑞利衰落模型，根据指定的路径增益和延迟进行卷积运算，并在接收端添加高斯白噪声（AWGN）。
4. 信号接收端：对接收信号进行同步截断，去除循环前缀后进行 FFT 变换，恢复至频域子载波信号。
5. 频域等效信道获取：通过对信道冲击响应进行 FFT，计算出每个子载波对应的 NR x NT 信道矩阵 H(k)。
6. V-BLAST 联合检测：针对每个子载波，分别运用 ZF-SIC 和 MMSE-SIC 算法进行空间分层的解复用。
7. 性能评估：对检测出的符号进行解调，比对原始比特计算误码数。
8. 统计与成图：完成所有 SNR 点的计算后，绘制 BER 曲线及相关的物理层特性图表。

关键算法与实现细节

V-BLAST SIC 检测逻辑 该算法在子载波层面逐层进行。首先计算权重矩阵（ZF 使用伪逆，MMSE 考虑噪声项），接着基于范数最小原则选择当前信噪比最优的层进行检测。在判决出该层信号并进行硬判决后，从总接收信号中减去该层产生的干扰，随后更新信道矩阵并处理下一层。这种迭代消除的方法显著优于简单的线性检测。

OFDM 调制与多径处理 系统通过 IFFT/FFT 对实现多载波并行传输。循环前缀（CP）的引入保证了在时延扩展范围内信道的线性卷积转化为循环卷积，从而简化了频域均衡过程。仿真中对时域信号进行了精确的卷积与截断处理，模拟了真实的多径环境。

QAM 调制解调器 代码内置了 16-QAM 映射表，支持 Gray 码序位。调制过程将比特流转换为复数星座点，并进行了功率归一化（除以 sqrt(10)）。解调过程则采用欧氏距离最小化原则，在复平面内寻找最接近的理想星座点并还原为原始比特。

信道频率响应计算 为了进行准确的频域检测，程序实时计算了信道在各子载波频率点上的幅度与相位响应。这一步骤模拟了实际系统中通过导频进行信道估计的结果。

使用方法

1. 打开 MATLAB 软件。
2. 将包含 main.m 的文件夹设置为当前工作路径。
3. 在命令行窗口输入 main 并回车。
4. 程序将自动执行不同 SNR 下的迭代计算，并在完成后弹出三张分析图表。
5. 在命令行窗口可查看详细的 SNR 与对应的 BER 统计报告。