LTE系统级与链路级综合仿真平台

资 源 简 介

该项目是一个基于MATLAB实现的完整LTE系统模拟环境，其核心仿真逻辑由主程序LTE_sim_main.m定义。为了方便用户进行大规模实验或参数化扫描，项目提供了LTE_sim_launcher.m批处理启动脚本。仿真器的运行流程高度模块化，主要包含两个核心任务：首先是加载用户指定的配置文件，该文件详细定义了仿真所需的各种参数，如带宽、载波频率、发射功率等。其次是自动执行LTE_sim_main.m主仿真文件，进行物理层信号处理、信道模拟、数据包传输以及性能统计。该仿真器旨在为研究人员提供一个可扩展的测

详 情 说 明

LTE系统级与链路级仿真平台项目

本项目是一个基于MATLAB开发的综合性LTE无线通信系统模拟环境。它通过高度模块化的设计，实现了从物理层信号处理到系统级性能评估的全流程仿真，旨在为LTE协议研究、链路可靠性分析及无线资源管理优化提供可靠的实验平台。

项目功能特性

• 标准参数化配置：支持10MHz带宽设置，包含分级子载波间隔、FFT点数及普通循环前缀（Normal CP）的灵活调整。
• 多天线MIMO技术：内置2x2多入多出（MIMO）空间复用技术，提升系统传输效率。
• 自适应调制技术：涵盖QPSK、16QAM调制映射（64QAM提供简化模拟模型），能够适应不同信道环境。
• 复杂信道模拟：模拟真实的瑞利衰落（Rayleigh Fading）信道，并叠加加性高斯白噪声（AWGN）。
• 先进接收机算法：采用基于最小均方误差（MMSE）准则的MIMO信号检测算法，并在理想信道估计下进行信号恢复。
• 全方位指标评估：自动统计并输出误码率（BER）、误块率（BLER）及系统吞吐量（Throughput）等核心性能指标。
• 可视化呈现与记录：具备自动生成性能曲线图的功能，并能将仿真详述记录至外部文本日志。

系统要求

• MATLAB R2016b 或更高版本。
• 无需特殊的工具箱依赖，核心算法（如进制转换、调制解调）均已在主程序中通过底层逻辑实现。

使用方法

1. 在MATLAB中打开仿真平台所在文件夹。
2. 运行主程序函数，系统将自动启动仿真。
3. 通过命令行窗口实时观察各信噪比（SNR）点下的BER、BLER及吞吐量数据。
4. 仿真结束后，系统将弹出可视化图表窗口，并生成名为 lte_sim_log.txt 的详尽日志文件。

主程序实现逻辑

仿真器遵循严谨的通信系统处理流程，具体步骤如下：

1. 仿真环境初始化与参数加载 系统首先清除工作区变量，随后定义仿真配置结构体。核心参数包括10MHz带宽（对应50个资源块，600个活跃子载波）、2.1GHz载波频率、43dBm发射功率以及0至20dB的信噪比扫描范围。程序会根据调制方式自动计算符号位宽。

2. 嵌套式仿真循环

• 外层信噪比循环：遍历设定的SNR范围，针对每一个信噪比点进行独立测试。
• 内层子帧循环：执行100个子帧的持续仿真，以确保统计数据的收敛性和准确性。

3. 发射端处理（Transmitter） 针对多用户场景生成随机比特流。比特数据经过星座映射转化为复数符号。在MIMO处理阶段，符号被重构为2层空间流，利用空间复用技术分配至两个发射天线。最后，通过IFFT运算并添加循环前缀，完成OFDM符号调制。

4. 信道传输模拟（Channel） 构建2x2瑞利衰落矩阵，模拟多径传输导致的信号衰减与相位漂移。信号在通过信道后，系统会根据当前SNR线性值计算噪声功率，并叠加高斯白噪声。

5. 接收端处理（Receiver） 首先进行OFDM解调，通过FFT运算恢复频域信号。随后，利用MMSE算法计算均衡矩阵，对接收信号与信道矩阵进行逆运算处理，抑制流间干扰。最后，通过硬判决逻辑将解调后的符号还原为比特流。

6. 性能统计与可视化 逐子帧对比发送与接收比特，计算误码数。若子帧内存在错误比特，则判定该传输块（Block）错误。基于1ms子帧时长计算系统单位时间内的成功传输比特数，从而得出Mbps级别的吞吐量。

关键算法与实现细节

1. MIMO-MMSE检测算法 程序实现了MMSE线性均衡器，在接收端利用信道矩阵的共轭转置与噪声功率正则化项，有效平衡了消除干扰与抑制噪声之间的矛盾。其数学核心在于计算信道矩阵的伪逆，这在代码中通过矩阵运算 inv(H' * H + (1/snr) * I) * H' 精确体现。

2. 调制与解调底层实现 项目未直接调用库函数，而是自行实现了比特与十进制转换逻辑。16QAM调制通过预定义的星座映射表进行归一化能量映射（系数为 1/sqrt(10)）。解调部分则采用最短欧氏距离判决准则，将接收符号映射回最接近的星座点。

3. OFDM调制逻辑 严格遵循LTE物理层规范，通过 fft 和 ifft 函数处理子载波映射。加入循环前缀（CP）的逻辑确保了在多径环境下的抗符号间干扰（ISI）能力。

4. 指标计算模型

• BER：总错误比特除以总传输比特。
• BLER：错误子帧数除以总仿真子帧数。
• 吞吐量：仅统计完全正确传输的子帧比特量，反映了物理层在特定信道条件下的有效载荷传输能力。