LTE物理层链路仿真与算法验证系统

资 源 简 介

该项目是一套专门针对LTE物理层协议开发的完备MATLAB链路级仿真系统。其核心功能是实现3GPP LTE标准中物理下行共享信道（PDSCH）和物理上行共享信道（PUSCH）的全部信号处理流程。在发送端，系统集成了循环冗余校验（CRC）计算、Turbo信道编码、子块交织与速率匹配、比特级加扰以及从QPSK到64QAM的自适应映射过程。在空间维度上，系统支持多样化的多天线传输模式，包括发射分集和空间复用，精确模拟了层映射和预编码矩阵的应用。针对OFDM符号的产生，程序实现了高精度的IFFT变换和循环前缀（C

详 情 说 明

LTE物理层算法仿真与工程应用系统

项目介绍

本系统是一个基于MATLAB环境开发的LTE（长期演进）链路级仿真平台。该项目深入实现了3GPP LTE物理层协议的关键组件，重点模拟了物理下行共享信道（PDSCH）的端到端传输过程。系统涵盖了从比特级信号处理、多天线分集技术到多径衰落信道建模以及高性能接收机算法的完整流程。它既可以作为评估LTE物理层算法性能的仿真引擎，也为理解OFDM系统、MIMO传输和信道估计提供了直观的工程参考。

功能特性

1. 灵活的系统配置：支持从1.4MHz到20MHz的多种LTE标准带宽设置，自动适配资源块（RB）数量与FFT点数。
2. 自适应调制编码：内置QPSK与16QAM调制模式，并采用高 redundancy 的比特级冗余编码以模拟容错传输。
3. 空频分集技术：实现基于Alamouti方案的发射分集（SFBC），利用双天线配置提升抗衰落能力。
4. 标准化信道环境：集成EPA（扩展步行者）与EVA（扩展车载）等多径衰落模型，精确模拟真实无线环境的时延扩展与多普勒影响。
5. 完备的OFDM逻辑：包括高精度的IFFT/FFT变换、循环前缀（CP）插入与移除，以及符号级的时频映射。
6. 精准信道估计：采用基于导频（CRS）的最小二乘（LS）估计，并配合线性内插算法还原全带宽信道响应。
7. 自动化性能评估：实时生成误码率（BER）、误块率（BLER）、星座图及系统吞吐量等关键指标的可视化报告。

运行逻辑与实现流程

1. 参数与配置初始化

系统根据预设的带宽索引查找资源块表，确定子载波总数。通过计算信号功率及FFT规模，建立符合Normal CP标准的OFDM参数体系。同时构建信道模型所需的路径延时与功率剖面参数。

2. 发送端处理（Transmitter）

系统首先生成原始随机比特流，随后通过一种简化的1/3速率重复编码逻辑增加冗余。编码后的比特根据配置的调制阶数（如16QAM）映射为复数符号。在MIMO处理阶段，符号流通过SFBC（空频分组编码）被分配到两个发射端口。资源格映射器负责将这些数据符号与特定位置的参考信号（导频）组合，其中导频被周期性插入在时隙的特定OFDM符号中。最后进行IFFT运算并添加循环前缀，形成串行时间序列。

3. 无线信道仿真（Channel）

系统通过多径线性卷积模拟信号在物理空间的传输。根据选定的信道类型（如EVA），信号会经历特定的离散路径延迟和衰落。随后，系统根据设定的信噪比（SNR）范围注入加性高斯白噪声。

4. 接收端处理（Receiver）

接收机首先执行OFDM解调，通过拆除CP并完成FFT运算将信号恢复至频域。信道估计模块从接收到的资源格中提取导频位置的受扰信号，通过LS准则计算估计值，并利用线性内插补偿数据子载波的信道增益。SFBC解码器结合估计的信道矩阵对双天线信号进行合并与均衡，以提取原始复数符号。

5. 比特恢复与性能评估

接收机对均衡后的符号执行硬判决解调，并将得到的冗余比特流输入解码器。解码过程采用多数表决逻辑从三倍冗余中恢复原始信息。最后，系统统计每一帧的比特错误数和块错误数，计算不同信噪比下的性能指标并绘制可视化图表。

关键算法与实现细节

• 调制映射逻辑：16QAM映射通过将比特组转换为对应的格雷码电平值（-3, -1, 3, 1）并进行功率归一化实现；QPSK则采用简单的极性映射。
• 发射分集 (SFBC)：核心采用Alamouti空频方案。在相邻子载波上，天线1发送原符号及共轭负值，天线2发送交换后的共轭值。这种正交性允许接收端在不需要多天线干扰抵消的情况下实现空间分集增益。
• OFDM调制与解调：实现过程中考虑了子载波的频域重排，确保直流分量位于FFT窗口的中心位置。
• 信道估计与插值：系统在第一、第五等特定符号位置插入固定幅度的复数导频，利用接收导频与已知导频的比值获得频点增益，再通过 linear 模式的外推和插值覆盖整个资源块。
• 吞吐量计算：采用有效比特传输数对比仿真总时间的统计方式，直观反映了在不同衰落环境和信噪比下的系统承载能力。

使用方法

1. 启动MATLAB软件。
2. 直接运行主程序脚本。
3. 系统将遍历预设的信噪比范围（0dB至12dB），在命令窗口或进度提示中显示当前的仿真进度。
4. 仿真完成后，系统会自动弹出绘图窗口，展示LTE链路的误码特性曲线、均衡前后的星座图对比、信道频域响应以及吞吐量性能。
5. 开发者可以修改参数配置区的 bw_idx 或 mod_order 来观察不同规格下的系统表现。

系统要求

• 软件支持：MATLAB R2016b 及以上版本（需具备基础矩阵运算与信号处理函数库）。
• 硬件要求：建议 8GB RAM 以上，以便在大带宽（20MHz）配置下流畅运行 FFT 及大规模循环。