LTE物理层QPSK调制与资源映射仿真系统

资 源 简 介

本项目系统地实现了LTE标准下行链路物理信道的核心处理流程，旨在演示从原始信息比特到物理资源分配的转换机制。项目首先生成符合协议要求的随机二进制序列，随后调用加扰算法，利用由物理小区标识（Cell ID）和无线网络临时标识（RNTI）初始化的Gold序列对数据进行模二加运算，从而实现小区干扰随机化。在调制模块中，项目重点实现了QPSK（正交相移键控）映射方案，将每两个连续的扰码比特按照标准映射为IQ平面上的复数星座点，并进行1/sqrt(2)的功率归一化处理。紧接着，层映射功能将调制后的符号流分配至不同的

详 情 说 明

LTE下行物理链路QPSK调制与资源映射仿真系统

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB开发的LTE下行链路物理层关键技术仿真系统。系统模拟了从原始二进制数据产生到最终形成OFDM资源网格（Resource Grid）的完整物理层处理流程。通过精确实现3GPP TS 36.211协议标准中的加扰、调制、层映射、预编码和资源映射等步骤，直观地展示了LTE系统如何将信息比特转换为可以发送的复数符号，并如何在时频资源格中进行排布。该系统特别适合用于学习和验证LTE物理层信道处理的基本原理。

功能特性

• 标准随机序列生成：根据下行资源块（RB）数量自动计算子帧所需的数据量，生成随机分布的原始信息比特流。
• 物理层加扰逻辑：实现了符合TS 36.211定义的Gold序列产生器，支持基于物理小区标识（PCI）和无线网络临时标识（RNTI）的初始化设置。
• QPSK调制映射：实现了正交相移键控调制，按照标准公式将每两个比特映射为一个复数星座点，并进行精确的功率归一化。
• SISO传输链路：支持单天线端口（SISO）模式下的层映射与预编码处理，确保符号流在空间维度的正确映射。
• 时频资源网格构建：实现了二维OFDM资源网格的创建与填充，模拟了频率优先的资源分布机制。
• 多维度结果可视化：提供QPSK星座点分布图以及OFDM资源网格的功率分布热力图，方便定性分析系统表现。

使用方法

1. 启动MATLAB软件。
2. 确保工作路径已定位到仿真程序所在的文件夹。
3. 运行仿真程序的入口脚本。
4. 程序运行结束后，命令窗口将输出输入比特长度、符号数量及资源格维度等参数。
5. 系统将自动弹出两个图窗，分别展示QPSK星座图以及资源网格功率分布图。

系统要求

• MATLAB R2016a 或更高版本。
• 无需安装额外的工具箱，核心算法均采用原生MATLAB函数实现。

实现逻辑说明

1. 参数初始化：

系统预设NDLRB为6（对应1.4MHz带宽），此时子载波总数为72，单子帧包含14个OFDM符号（常规循环前缀模式）。配置Cell ID为10，RNTI为1，这些参数直接影响后续加扰序列的初始化。

1. 数据生成：

基于资源格的总RE（Resource Element）数量计算所需比特数。对于QPSK调制，每个符号承载2个比特，因此生成量为 RE总数 * 2。

1. 加扰（Scrambling）处理：

根据协议计算初始化值参数，通过移位寄存器逻辑生成长度为Nc+n_bits的Gold序列。其中x1序列由固定初值初始化，x2序列由包含RNTI和Cell ID的组合值初始化。经过1600个点的偏移后，提取Gold序列并与原始比特进行模二加运算。

1. 调制（Modulation）映射：

对加扰后的比特流进行成对选取。第一个比特决定同相分量（I），第二个比特决定正交分量（Q）。映射遵循公式：d(i) = (1/sqrt(2)) * [(1-2b(2i)) + j(1-2b(2i+1))]。

1. 层映射与预编码：

在单传输层配置下，层映射将符号序列直接映射到单个传输层，不改变其结构；预编码环节同样保持恒等转换，模拟单天线端口的信号输出。

1. 资源映射：

初始化一个代表时频资源的复数矩阵。随后按照频率优先（先填充所有子载波，再移动到下一个OFDM符号）的原则，将调制符号顺序填入网格。

关键函数与算法分析

• Gold序列产生算法：

这是系统的核心辅助逻辑。通过两个长度为31的线性反馈移位寄存器（LFSR）生成。x1序列的特征多项式为D^31+D^3+1，而x2序列综合了小区级和用户级的标识信息。算法通过循环迭代模拟硬件移位过程，并通过模二加运算输出伪随机序列。

• QPSK星座映射：

实现逻辑严格遵循1/sqrt(2)的归一化要求。这种映射方式确保了信号在复数平面上的平均功率为1，同时也体现了格雷码映射的思想，即相邻星座点间通常只有一个比特差异，有助于降低误码率。

• 资源格线性填充：

利用MATLAB的矩阵线性索引特性，实现了将一维符号流向二维时频矩阵的转换。虽然在实际LTE系统中会避开参考信号（RS）和控制区，但本项目实现的填充逻辑展示了最基本的物理下行共享信道（PDSCH）数据承载机制。

• 可视化分析工具：

通过散点图展示QPSK星座的四个顶点坐标（±0.707, ±0.707i），并利用imagesc函数将资源网格的模方值转化为色彩信息，直观反映了符号在资源网格中的物理占据情况。