MIMO系统仿真

rzx101

本代码主要对MIMO系统进行MATLAB仿真，包括MIMO系统的发送和接收。仿真的结果图表示的是在不同的信噪比的条件下，有信道编码和无信道编码的2X2和2X1四种MIMO系统的误码率。

本代码共有5个部分，分别是主代码MIMO.m；QPSK调制代码QPSK.m；QPSK解调代码DEQPSK.m；卷积码编码convolutionalcode.m；卷积码解码（维特比译码）viterbi.m。这五部分组成完整的MIMO系统。

MIMO系统的流程图

MIMO系统的发送和接收过程是：首先，信源产生信号，然后通过信道编码器对信息进行信道编码，接着对信息进行调制。我采用的是QPSK调制。调制完成后对信号进行发射，然后通过信道到达接收端。接收端接收之后，先进行解调，然后信道译码，就可以得到发送端发送的信号。

在有信道编码的2发2收MIMO系统中，信源产生信号后，通过卷积码编码器进行编码，然后对信号进行QPSK调制。将调制好的信号分成两部分进行发射。发送信号之前先发送信道冲击响应。发送的信号通过AWGN信道，也就是加性高斯白噪声信道到达接收端，接收端通过QPSK解码与维比特译码（卷积码译码的一种），得到信号。

接收端接收到的信号如何区分：接收端接收到的信号包括信道冲击响应和和发送的序列卷积，接收端通过接收冲击响应和卷积序列将信息区分，然后将信息解码，合并，就可以得到发送的信息。

信道冲击响应反应了信道的基本特性。信号通过通信信道时，信道会对进过的信号产生作用，不同的信道作用效果不同。冲击响应就是当输入一个单位脉冲信号时，信道输出端的响应输出信号。简单的说，就是对信道输入一个冲击脉冲，通过输出端的输出信号，了解信道的基本特性。

信道编码也叫差错控制编码，就是在发送端对原数据添加冗余信息，这些冗余信息是和原数据相关的，再在接收端根据这种相关性来检测和纠正传输过程产生的差错，从而对抗传输过程的干扰。在本系统中，信道编码采用卷积码，它充分利用了各个信息块之间的相关性。在卷积码的译码过程中，不仅从本码中提取译码信息，还要充分利用以前和以后时刻收到的码组，从这些码组中提取译码相关信息，而且译码也是连续进行的，这样可以保证卷积码的译码延时相对比较小。译码时采用的是维比特译码。

%MIMO.m

SNR_dB=0:1:30;  %信噪比范围

LOOP=500;

%------------------------------------------

%--------------信源产生---------------------

%------------------------------------------

for i=1:length(SNR_dB)

snr=10^(SNR_dB(i)/10);     %信噪比转换

sgma=sqrt(8/snr/3);        %噪声方差

error0=0;

error1=0;

error2=0;

error3=0;

for a=1OOP

N=2560;        %仿真序列长度  

S=randsrc(1,N,[0,1]);  %二进制序列信源      产生n个随机数

%-------------------------------------------

%------------有信道编码----------------------

%-------------------------------------------

S00=convolutionalcode(S);

%--------------QPSK调制---------------------

s=QPSK(S00);            

s0=zeros(1,3*N/4);  %将调制后的信息奇偶拆分成两个信息以进行MIMO发射

s1=zeros(1,3*N/4);

for b1=1:23*N/2)

s0(ceil(b1/2))=s(b1);

s1(ceil(b1/2))=s(b1+1);

end

N1=size(s0,2);

%--------有信道编码（2发2收）-----------------

h0=sqrt(0.5).*(randn(1,N1)+1i.*randn(1,N1)); %设置信道冲激响应

h1=sqrt(0.5).*(randn(1,N1)+1i.*randn(1,N1));

h2=sqrt(0.5).*(randn(1,N1)+1i.*randn(1,N1));

h3=sqrt(0.5).*(randn(1,N1)+1i.*randn(1,N1));

%------接收到的信号（冲激响应与发送序列卷积）---

R0=h0.*s0+h1.*s1;                      %接收信号矢量（不含高斯噪声）

R1=-conj(s1).*h0+h1.*conj(s0);         

R2=h2.*s0+h3.*s1;     

R3=-conj(s1).*h2+h3.*conj(s0);

%通过AWGN信道加入噪声后的冲击序列

r0=(R0+sgma.*(randn(1,N1)+1i*randn(1,N1)));%接收信号矢量（有噪声）

r1=(R1+sgma.*(randn(1,N1)+1i*randn(1,N1)));

r2=(R2+sgma.*(randn(1,N1)+1i*randn(1,N1)));

r3=(R3+sgma.*(randn(1,N1)+1i*randn(1,N1)));

s_0=conj(h0).*r0+h1.*conj(r1)+conj(h2).*r2+h3.*conj(r3);%STBC空时译码

s_1=conj(h1).*r0-h0.*conj(r1)+conj(h3).*r2-h2.*conj(r3);

for l0=1:3*N/4     %将接收到的信号合并

     Y0(2*l0-1)=s_0(l0);

     Y0(2*l0)=s_1(l0);

end

y0=DEQPSK(Y0);  %QPSK解调

m0=viterbi(y0); %维特比译码

[n0,e0]=biterr(m0,S);%计算误比特率

error0=error0+n0;

%-------------有信道编码2发1收--------------------

hr0=sqrt(0.5).*(randn(1,N1)+1i.*randn(1,N1)); %瑞利信道函数

hr1=sqrt(0.5).*(randn(1,N1)+1i.*randn(1,N1));

Rr0=hr0.*s0+hr1.*s1;                      %接收信号矢量(不含高斯噪声)

Rr1=-conj(s1).*hr0+hr1.*conj(s0);      

rN0=(Rr0+sgma.*(randn(1,N1)+1i*randn(1,N1)));%接收信号矢量(含复高斯噪声)

rN1=(Rr1+sgma.*(randn(1,N1)+1i*randn(1,N1)));

sr_0=conj(hr0).*rN0+hr1.*conj(rN1);%STBC空时译码

sr_1=conj(hr1).*rN0-hr0.*conj(rN1);

   for l1=1:3*N/4   %将接收到的信号合并

     Y1(2*l1-1)=sr_0(l1);

     Y1(2*l1)=sr_1(l1);

   end

y1=DEQPSK(Y1);   %QPSK解调

m1=viterbi(y1);  %维特比译码

[n1,e1]=biterr(m1,S);%计算误比特率

error1=error1+n1;

BER0(i)=error0/(LOOP*N);

BER1(i)=error1/(LOOP*N);

end

semilogy(SNR_dB,BER0,'-b+');  %定义绘制曲线的线型、标记符号及绘制的线条的颜色。

hold on;

semilogy(SNR_dB,BER1, 'r');

grid on;

legend('2Tx2R ','2Tx1R ');

xlabel('信噪比/dB');

ylabel('误比特码率');

%QPSK.m

%QPSK调制

functionmodulatingsignal=QPSK(s)

s=s';

H=modem.pskmod('M',4,'InputType','Bit');  %建立QPSK调制对象

modulatingsignal=modulate(H,s);     %调制输入数据s

modulatingsignal=modulatingsignal';   %调制信号

%convolutionalcode.m

%卷积码编码

%msg信号

%constrainlength约束长度（寄存器数目加一）

%codegenerator冲击响应g（转换成八进制）

functioncode=convolutionalcode(msg)

constrainlength=9;   %设置约束长度

trel= poly2trellis(constrainlength,[557,663,711]); %设置冲击响应

code= convenc(msg,trel);  %对信息进行编码

%viterbi.m

%维特比译码

functiondecodingsequence=viterbi(m)

trel= poly2trellis(9,[557,663,711]);  %输入卷积多项式

tblen=7;  %卷积码记忆深度

decodingsequence=vitdec(m,trel,tblen,'trunc','hard');%硬判决

decodingsequence=decodingsequence';

%DEQPSK.m

%QPSK译码

functiondemodulatingsignal=DEQPSK(s)

h=modem.pskdemod('M',4,'OutputType', 'Bit'); %建立QPSK解调对象

s=s';

demodulatingsignal=demodulate(h,s);   %解调信号