OFDM-MIMO无线通信系统仿真分析平台

资 源 简 介

本项目构建了一个完整且功能强大的OFDM-MIMO（正交频分复用与多输入多输出）无线通信收发系统仿真框架，旨在模拟现代宽带无线通信在复杂信道环境下的性能表现。该系统集成了物理层信号处理的各个核心模块，包括伪随机比特序列生成、信道编码与交织、多种调制方式（如QPSK、16QAM、64QAM）、空时分组码（STBC）编码、OFDM调制以及循环前缀添加。系统内置了瑞利衰落信道和加性高斯白噪声（AWGN）模型，能够真实反映多径传播对信号的影响。特别值得一提的是，该仿真器提供了一个交互式的图形用户界面，用户在MAT

详 情 说 明

OFDM-MIMO收发系统仿真分析平台

本项目构建了一个完整且功能强大的OFDM-MIMO（正交频分复用与多输入多输出）无线通信收发系统仿真框架，旨在模拟现代宽带无线通信在复杂信道环境下的性能表现。该系统集成了物理层信号处理的各个核心模块，能够真实反映多径传播对信号的影响，为研究大规模天线技术与多载波技术的结合提供了便捷的实验手段。

功能特性

1. 交互式图形用户界面：提供直观的配置面板，支持实时参数调整，并集成仿真日志与多维结果可视化坐标系。
2. 多样化的参数配置：支持灵活设置FFT点数、循环前缀（CP）比例、多径数量以及SNR范围。
3. MIMO-STBC配置：内置Alamouti空时分组码架构，支持2x1与2x2天线配置选择。
4. 多种调制阶数：支持QPSK、16QAM以及64QAM三种典型调制方式。
5. 综合信道模拟：集成瑞利衰落（Rayleigh Fading）多径模型与加性高斯白噪声（AWGN）。
6. 四维可视化分析：实时呈现误码率（BER）曲线、接收端信号星座图、信道频率响应图以及发射端信号功率谱密度图。

系统要求

1. 运行环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
2. 所需工具箱：Communication Toolbox, Signal Processing Toolbox。

使用方法

1. 在MATLAB命令行窗口中运行主程序。
2. 程序启动后会自动创建GUI窗口，并在命令行定义ui_start入口。
3. 如果窗口被意外关闭或隐藏，可在命令行输入ui_start()唤回界面。
4. 在参数设置面板中根据需要修改FFT点数、天线配置、调制阶数、信道参数等。
5. 点击“开始仿真”按钮，系统将根据设定的SNR范围逐点进行计算。
6. 在仿真过程中，左侧列表会实时更新运行日志，右侧绘图区域将动态更新BER曲线和其他信号特性图表。

系统实现逻辑

系统内部遵循严格的通信物理层处理流程，具体步骤如下：

1. 参数获取与初始化：程序从GUI控件中提取用户输入的FFT大小、CP长度、信道路径数等参数，并初始化BER结果向量。
2. 随机比特流生成：根据FFT点数和调制阶数计算所需总比特数，生成独立的伪随机二进制序列。
3. QAM符号映射：通过自定义的调制函数将比特序列映射为复数符号。系统支持QPSK、16QAM、64QAM，通过最小欧氏距离原则或查找表进行映射。
4. MIMO-STBC编码：采用Alamouti空频块码（SFBC）逻辑。在2x1配置下，将两个连续符号组模拟发射；在2x2配置下，同时从两个天线发送对应的空间流。
5. OFDM调制：对编码后的频域符号进行IFFT变换，将其转变为时域信号，并在信号头部添加循环前缀（CP）以抵抗符号间干扰。
6. 信道过滤与噪声注入：

- 生成瑞利衰落因子，根据设定的多径数量模拟多径传播。 - 使用filter函数将调制信号送入多径信道。 - 根据设定的SNR值给接收端信号添加高斯白噪声。

1. 解调与判决：

- 接收端实现去CP处理和FFT变换，将信号还原至频域。 - 假设完美信道估计，利用频域接收信号与信道频率响应进行Alamouti解码（2x1采用频率合并，2x2采用空时合并）。

1. 误码率统计：将解调后的比特流与原始比特流进行逐位比对，计算总误码数，并在各SNR点更新平滑的BER曲线。

关键函数与算法分析

1. 调制与解调模块：

- 符号映射函数：利用bi2de将比特转换为十进制索引，在4/16/64QAM星座图中寻找对应坐标。 - 解调判定：采用最小欧氏距离算法，遍历星座点以寻找与接收符号最接近的合法点，并利用de2bi还原回二进制序列。

1. 信道模型实现：

- 使用randn生成复高斯分布的信道系数，通过归一化处理确保信道功率在多径分布下保持稳定。 - 采用内建的filter机制实现离散多径效应，更准确地模拟了无线环境的频率选择性衰落。

1. STBC解码算法：

- 在2x2 MIMO模式下，利用两个接收天线处的信道响应矩阵，对接收向量进行合并，从而实现分集增益。 - 在2x1模式下，代码通过简化的逻辑处理，实现对空频编码信号的线性合并。

1. 性能评估与可视化：

- BER绘图：使用semilogy函数绘制对数坐标下的误码率曲线，便于观察高信噪比下的性能边界。 - 频谱分析：基于周期图法（periodogram）计算发射信号的功率谱，通过矩形窗和归一化频率轴展示基带等效信号的带宽特性及带外泄露情况。 - 信道响应：提取第一个发射天线到第一个接收天线的H矩阵切片，通过FFT提取其频域包络，直观展示多径造成的频率衰落特性。