初识LTE（五）：完整的SISO LTE 物理层实现

零.代码地址

https://github.com/liu-zongxi/LTE_simulation

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一.实现整体过程

1.参数初始化

这部分主要由以下几个函数来实现

commlteSISO_params

% PDSCH
numTx          = 1;    % Number of transmit antennas
numRx          = 1;    % Number of receive antennas
chanBW       = 4;    % Index to chanel bandwidth used [1,....6]
contReg       = 1;    % No. of OFDM symbols dedictaed to control information [1,...,3]
modType      =  2;   % Modulation type [1, 2, 3] for ['QPSK,'16QAM','64QAM']
% DLSCH
cRate            = 1/3; % Rate matching target coding rate
maxIter         = 6;     % Maximum number of turbo decoding terations
fullDecode    = 0;    % Whether "full" or "early stopping" turbo decoding is performed
% Channel model
chanMdl        =  'frequency-selective-high-mobility';
corrLvl           = 'Low';
% Simulation parametrs
Eqmode        = 2;      % Type of equalizer used [1,2] for ['ZF', 'MMSE']
chEstOn        = 1;     % Whether channel estimation is done or ideal channel model used
maxNumErrs = 1e7; % Maximum number of errors found before simulation stops
maxNumBits = 1e7;  % Maximum number of bits processed before simulation stops
visualsOn     = 1;      % Whether to visualize channel response and constellations
snrdB            = 16;   % Value of SNR used in this experiment

这里主要设置的是用户可以自己调节的参数，包括

PDSCH，也就是调制编码部分的参数，包括信道带宽（1.4-10MHz），天线个数，PDCCH大小，调制类型
DLSCH，包括码率，Turbo解码最大迭代次数以及是否使用早停
信道模型，包括信道类型和相关度
接收机参数，如信道均衡方式
参数，如信噪比，可视化，最大迭代次数等

commlteSISO_initialize prmsPDSCH prmsDLSCH

function [prmLTEPDSCH, prmLTEDLSCH, prmMdl] = commlteSISO_initialize(chanBW, contReg, modType, Eqmode,...cRate,maxIter, fullDecode, chanMdl, corrLvl, chEstOn, maxNumErrs, maxNumBits)
% Create the parameter structures
% PDSCH and DLSCH
prmLTEPDSCH = prmsPDSCH(chanBW, contReg, modType);
prmLTEPDSCH.Eqmode=Eqmode;
prmLTEPDSCH.modType=modType;
prmLTEDLSCH = prmsDLSCH(cRate,maxIter, fullDecode, prmLTEPDSCH);
% Channel parameters
prmMdl.chanMdl = chanMdl;
prmMdl.corrLevel = corrLvl;
prmMdl.chEstOn = chEstOn;
switch modTypecase 1snrdBs=[0:4:8, 9:12];case 2snrdBs=[0:4:12, 13:16];otherwisesnrdBs=0:4:24;
end
prmMdl.snrdBs=snrdBs;
prmMdl.maxNumBits=maxNumBits;
prmMdl.maxNumErrs=maxNumErrs;

function p= prmsPDSCH(chanBW, contReg, modType, varargin)
% LTEPDSCHPRMS Returns parameter structures for LTE PDSCH simulation.
%
%   Assumes a FDD, normal cyclic prefix, full-bandwidth, single-user
%   SISO or SIMO downlink transmission.
%% PDSCH parameters
switch chanBWcase 1      % 1.4 MHzBW = 1.4e6; N = 128; cpLen0 = 10; cpLenR = 9;Nrb = 6; chanSRate = 1.92e6;case 2      % 3 MHzBW = 3e6; N = 256; cpLen0 = 20; cpLenR = 18;Nrb = 15; chanSRate = 3.84e6;case 3      % 5 MHzBW = 5e6; N = 512; cpLen0 = 40; cpLenR = 36;Nrb = 25; chanSRate = 7.68e6;case 4      % 10 MHzBW = 10e6; N = 1024; cpLen0 = 80; cpLenR = 72;Nrb = 50; chanSRate = 15.36e6;case 5      % 15 MHzBW = 15e6; N = 1536; cpLen0 = 120; cpLenR = 108;Nrb = 75; chanSRate = 23.04e6;case 6      % 20 MHzBW = 20e6; N = 2048; cpLen0 = 160; cpLenR = 144;Nrb = 100; chanSRate = 30.72e6;
end
p.BW = BW;                  % Channel bandwidth
p.N = N;                    % NFFT
p.cpLen0 = cpLen0;          % Cyclic prefix length for 1st symbol,特殊CP
p.cpLenR = cpLenR;          % Cyclic prefix length for remaining，普通CP
p.Nrb = Nrb;                % Number of resource blocks，RB的的个数，6-110
p.chanSRate = chanSRate;    % Channel sampling rate
p.contReg = contReg;
p.numTx = 1;
p.numRx = 1;
p.numLayers = 1;
p.numCodeWords = 1;% For Normal cyclic prefix, FDD mode
p.deltaF = 15e3;    % subcarrier spacing，子载波间隔
p.Nrb_sc = 12;      % no. of subcarriers per resource block,一个RB12个子载波
p.Ndl_symb = 7;     % no. of OFDM symbols in a slot，一个slot7个OFDM符号% Actual PDSCH bits calculation - accounting for PDCCH, PBCH, PSS, SSS
numResources = (p.Nrb*p.Nrb_sc)*(p.Ndl_symb*2);% 总个数
numCSRRE = 2*2*2 * p.Nrb;               % CSR, RE per OFDMsym/slot/subframe per RB
numContRE = (10 + 12*(p.contReg-1))*p.Nrb;
numBCHRE = 60+72+72+72;              % removing the CSR present in 1st symbol
numSSSRE=72;
numPSSRE=72;numDataRE=zeros(3,1);
% Account for BCH, PSS, SSS and PDCCH for subframe 0
numDataRE(1)=numResources-numCSRRE-numContRE-numSSSRE - numPSSRE-numBCHRE;
% Account for PSS, SSS and PDCCH for subframe 5
numDataRE(2)=numResources-numCSRRE-numContRE-numSSSRE - numPSSRE;
% Account for PDCCH only in all other subframes
numDataRE(3)=numResources-numCSRRE-numContRE;% Maximum data resources - with no extra overheads (only CSR + data)
p.numResources=numResources;
p.numCSRResources =  numCSRRE;
p.numContRE = numContRE;
p.numBCHRE = numBCHRE;
p.numSSSRE=numSSSRE;
p.numPSSRE=numPSSRE;
p.numDataRE=numDataRE;
p.numDataResources = p.numResources - p.numCSRResources;% Modulation types , bits per symbol, number of layers per codeword
Qm = 2 * modType;
p.Qm = Qm;
p.numLayPerCW = p.numLayers/p.numCodeWords;% Maximum data bits - with no extra overheads (only CSR + data)
p.numDataBits = p.numDataResources*Qm*p.numLayPerCW;
numPDSCHBits =numDataRE*Qm*p.numLayPerCW;
p.numPDSCHBits = numPDSCHBits;
p.maxG = max(numPDSCHBits);

function p= prmsPDSCH(chanBW, contReg, modType, varargin)
% LTEPDSCHPRMS Returns parameter structures for LTE PDSCH simulation.
%
%   Assumes a FDD, normal cyclic prefix, full-bandwidth, single-user
%   SISO or SIMO downlink transmission.
%% PDSCH parameters
switch chanBWcase 1      % 1.4 MHzBW = 1.4e6; N = 128; cpLen0 = 10; cpLenR = 9;Nrb = 6; chanSRate = 1.92e6;case 2      % 3 MHzBW = 3e6; N = 256; cpLen0 = 20; cpLenR = 18;Nrb = 15; chanSRate = 3.84e6;case 3      % 5 MHzBW = 5e6; N = 512; cpLen0 = 40; cpLenR = 36;Nrb = 25; chanSRate = 7.68e6;case 4      % 10 MHzBW = 10e6; N = 1024; cpLen0 = 80; cpLenR = 72;Nrb = 50; chanSRate = 15.36e6;case 5      % 15 MHzBW = 15e6; N = 1536; cpLen0 = 120; cpLenR = 108;Nrb = 75; chanSRate = 23.04e6;case 6      % 20 MHzBW = 20e6; N = 2048; cpLen0 = 160; cpLenR = 144;Nrb = 100; chanSRate = 30.72e6;
end
p.BW = BW;                  % Channel bandwidth
p.N = N;                    % NFFT
p.cpLen0 = cpLen0;          % Cyclic prefix length for 1st symbol,特殊CP
p.cpLenR = cpLenR;          % Cyclic prefix length for remaining，普通CP
p.Nrb = Nrb;                % Number of resource blocks，RB的的个数，6-110
p.chanSRate = chanSRate;    % Channel sampling rate
p.contReg = contReg;
p.numTx = 1;
p.numRx = 1;
p.numLayers = 1;
p.numCodeWords = 1;% For Normal cyclic prefix, FDD mode
p.deltaF = 15e3;    % subcarrier spacing，子载波间隔
p.Nrb_sc = 12;      % no. of subcarriers per resource block,一个RB12个子载波
p.Ndl_symb = 7;     % no. of OFDM symbols in a slot，一个slot7个OFDM符号% Actual PDSCH bits calculation - accounting for PDCCH, PBCH, PSS, SSS
numResources = (p.Nrb*p.Nrb_sc)*(p.Ndl_symb*2);% 总个数
numCSRRE = 2*2*2 * p.Nrb;               % CSR, RE per OFDMsym/slot/subframe per RB
numContRE = (10 + 12*(p.contReg-1))*p.Nrb;
numBCHRE = 60+72+72+72;              % removing the CSR present in 1st symbol
numSSSRE=72;
numPSSRE=72;numDataRE=zeros(3,1);
% Account for BCH, PSS, SSS and PDCCH for subframe 0
numDataRE(1)=numResources-numCSRRE-numContRE-numSSSRE - numPSSRE-numBCHRE;
% Account for PSS, SSS and PDCCH for subframe 5
numDataRE(2)=numResources-numCSRRE-numContRE-numSSSRE - numPSSRE;
% Account for PDCCH only in all other subframes
numDataRE(3)=numResources-numCSRRE-numContRE;% Maximum data resources - with no extra overheads (only CSR + data)
p.numResources=numResources;
p.numCSRResources =  numCSRRE;
p.numContRE = numContRE;
p.numBCHRE = numBCHRE;
p.numSSSRE=numSSSRE;
p.numPSSRE=numPSSRE;
p.numDataRE=numDataRE;
p.numDataResources = p.numResources - p.numCSRResources;% Modulation types , bits per symbol, number of layers per codeword
Qm = 2 * modType;
p.Qm = Qm;
p.numLayPerCW = p.numLayers/p.numCodeWords;% Maximum data bits - with no extra overheads (only CSR + data)
p.numDataBits = p.numDataResources*Qm*p.numLayPerCW;
numPDSCHBits =numDataRE*Qm*p.numLayPerCW;
p.numPDSCHBits = numPDSCHBits;
p.maxG = max(numPDSCHBits);

function p2 = prmsDLSCH(cRate,maxIter, fullDecode, p)
% 13 15 是转换为二进制后反馈多项式的表达式，约束长度为4，反馈迭代次数为13
p2.trellis = poly2trellis(4, [13 15], 13);
if (cRate >= 1) || (cRate <= 0)error('Wrong coding rate');
end
p2.cRate = cRate;
modType = 0.5*p.Qm;
% 这里长度就是3，因为有三种不同长度的子帧05和普通的
TBLenVec = zeros(1, length(p.numPDSCHBits));
C = zeros(1, length(TBLenVec));  Kplus = zeros(1, length(C));
for i = 1:length(TBLenVec)TBLenVec(i) = getTBsizeRMC(modType, p2.cRate, p.Nrb, ...p.numLayPerCW, p.numPDSCHBits(i));[C(i), ~, Kplus(i)] = lteCblkSegParams(TBLenVec(i));
end
p2.TBLenVec = TBLenVec;
p2.maxTBLen = max(p2.TBLenVec);
p2.maxC = max(C);
p2.minC = min(C);
p2.maxKplus = max(Kplus);
p2.maxIter = maxIter;
p2.fullDecode = fullDecode;

该函数把我们设置好的参数传入，并生成所需要的PDSCH和DLSCH的参数

PDSCH包括
- 根据带宽类型获得真正的带宽，RB的个数，NFFT点数，CP长度以及分辨率
- 之前传入的天线个数，层数PDCCH大小等
- OFDM相关的子载波间隔，一个时隙中的符号个数，一个RB中的RE个数等
- 计算出各个信道SSS，PSS，BCH等的大小
- 一些比特数的计算
DLSCH包括
- 码率，调制方式，子镇长度，分块个数，K+
信道参数
- 信道种类chanMdl
- 信道相关性，即平坦与否
信噪比

2.主函数

主函数主要在commlteSISO_step中实现

commlteSISO_step

function [dataIn, dataOut, txSig, rxSig, dataRx, yRec, csr_ref]...= commlteSISO_step(nS, snrdB, prmLTEDLSCH, prmLTEPDSCH, prmMdl)
%% TX
%  Generate payload
% 生成数据，0号子帧和10号时隙的长度和别的是不同的
% 因为BCH和SSS的缘故，注意nS表示的是时隙而不是子帧
dataIn = genPayload_HZ(nS,  prmLTEDLSCH.TBLenVec);
% 添加CRC
% Transport block CRC generation
tbCrcOut1 =CRCgenerator(dataIn);
% Channel coding includes - CB segmentation, turbo coding, rate matching,
% bit selection, CB concatenation - per codeword
[data, Kplus1, C1] = lteTbChannelCoding(tbCrcOut1, nS, prmLTEDLSCH, prmLTEPDSCH);
%Scramble codeword
scramOut = lteScramble(data, nS, 0, prmLTEPDSCH.maxG);
% Modulate
modOut = Modulator(scramOut, prmLTEPDSCH.modType);
% Generate Cell-Specific Reference (CSR) signals
csr = CSRgenerator(nS, prmLTEPDSCH.numTx);
% Resource grid filling
% 一个RB中有８个参考信号
E=8*prmLTEPDSCH.Nrb;
csr_ref=reshape(csr(1:E),2*prmLTEPDSCH.Nrb,4);
txGrid = REmapper_1Tx(modOut, csr_ref, nS, prmLTEPDSCH);
% OFDM transmitter
txSig = OFDMTx(txGrid, prmLTEPDSCH);
%% Channel
% SISO Fading channel
[rxFade, chPathG] = MIMOFadingChan(txSig, prmLTEPDSCH, prmMdl);
% 注意这里预估出的H是只有dataidx的，他是理想的根据chPathG即信道增益获得的
idealhD = lteIdChEst(prmLTEPDSCH,  prmMdl, chPathG, nS);
% Add AWG noise
nVar = 10.^(0.1.*(-snrdB));
rxSig =  AWGNChannel2(rxFade, nVar);
%% RX
% OFDM Rx
rxGrid = OFDMRx(rxSig, prmLTEPDSCH);
% updated for numLayers -> numTx
[dataRx, csrRx, idx_data] = REdemapper_1Tx(rxGrid, nS, prmLTEPDSCH);
% MIMO channel estimation
if prmMdl.chEstOnchEst = ChanEstimate_1Tx(prmLTEPDSCH, csrRx,  csr_ref, 'interpolate');hD=chEst(idx_data);
elsehD = idealhD;
end
% Frequency-domain equalizer
yRec = Equalizer(dataRx, hD, nVar, prmLTEPDSCH.Eqmode);
% Demodulate
demodOut = DemodulatorSoft(yRec, prmLTEPDSCH.modType, nVar);
% Descramble both received codewords
rxCW =  lteDescramble(demodOut, nS, 0, prmLTEPDSCH.maxG);
% Channel decoding includes - CB segmentation, turbo decoding, rate dematching
[decTbData1, ~,~] = lteTbChannelDecoding(nS, rxCW, Kplus1, C1,  prmLTEDLSCH, prmLTEPDSCH);
% Transport block CRC detection
[dataOut, ~] = CRCdetector(decTbData1);
end

主函数主要进行了以下这几步骤，这和我上一篇博客是类似的，这里简要说一些其中的差别

发射机

生成数据，长度根据设定好的子帧长度来，这里的TBlen是根据getTBSize这个函数精心设计好的，确保最后经过编码码率匹配等操作后，正好是需要的大小
CRC
Coding，也就是DLSCH中做的工作，分块后添加CRC，Turbo编码，码率匹配，在重组，这里得到的就是PDSCHbit数了
绕码，调制，
生成CSR，这其实也是Gold编码，最后会生成一个长度为200的序列，为什么是200呢？选择400个在进行QPSK就变成200了！

最后生成是一个大小为（200，2，2，TX）的序列，第二维是说有两种CSR对应0和4符号，第三维是一个子帧中有两个时隙

之后它会被取出需要的个数，并且reshape成（2*prmLTEPDSCH.Nrb,4）这样的大小

进行映射，映射的整体思路是，获得信道的idx，然后把数据放进去，对于目前，我们只放置数据和CSR，并且把其他的位置空出来，这里就把CSR又一个个拍进去了，映射完大小变成了（600，14）
OFDM发送并添加了CP，得到的大小就是七个NFFT加上CP的长度的输出了

信道

生成信道，这主要是利用自带的comm.LTEMIMOChannel函数来实现的，输出等大小的经过衰落的输出还有大小为（length，numPaths）的输出，也就是说每个多径信道都有一个增益
理想信道估计，这里的意思是直接用增益来估计信道，正常来说现实情况我们是无法获得增益的，把每个NFFT对应的增益在一个循环（CP+NFFT）内平均得到平均增益，最后得到的增益是一个大小为（14，numPaths），然后把他放置在大小为（14，Nfft）大小的h中就可以，就带了numPaths个数的时延的信道了，这就是时域的信道h，经过fft后再提取出data所在的位置，去掉CSR，这就是data对应的频域的信道了
AWGN

接收机

OFDM接收，得到（600，14）的信号
解映射，把data和CSR分开分别得到他们的长度
真正的信道估计，输入CSR，得到整个时频图上的信道，然后取出data对应的位置，去掉CSR对应的
信道均衡，利用预估出来的信号去均衡收到的信道
解调，解扰
解DLSCH，重新分块后解码率匹配，解Turbo
解CRC

二.SIMO的一些补充

SIMO的修改非常少，增加一维，循环接收就可以了

唯一值得说的是MCR的方式

function [y, num, denum]  = Equalizer_simo(in, hD, nVar, EqMode)
%#codegen
% 这里同时完成了MCR
% MCR就是每个天线各自均衡H*，然后相加
switch EqModecase 1   % Zero forcingnum = conj(hD);denum=conj(hD).*hD;            case 2   % MMSEnum = conj(hD);denum=conj(hD).*hD+nVar;  otherwiseerror('Two equalization mode available: Zero forcing or MMSE');
end
y = sum(in .*num,2)./sum(denum,2);

这里的MCR方式很独特，和我理解的不太一样，有懂得大佬还望不吝赐教

接收机

OFDM接收，得到（600，14）的信号
解映射，把data和CSR分开分别得到他们的长度
真正的信道估计，输入CSR，得到整个时频图上的信道，然后取出data对应的位置，去掉CSR对应的
信道均衡，利用预估出来的信号去均衡收到的信道
解调，解扰
解DLSCH，重新分块后解码率匹配，解Turbo
解CRC

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初识LTE（五）：完整的SISO LTE 物理层实现

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初识LTE（五）：完整的SISO LTE 物理层实现

零.代码地址

一.实现整体过程

1.参数初始化

commlteSISO_params

commlteSISO_initialize prmsPDSCH prmsDLSCH

2.主函数

commlteSISO_step

二.SIMO的一些补充

这里的MCR方式很独特，和我理解的不太一样，有懂得大佬还望不吝赐教

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