?? zf_mmse_bj.m
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%## 基于國家數(shù)字電視地面廣播（DTTB）標準,單載波調(diào)制系統(tǒng)的信道估計的原始模型 ##%
%################## 單載波應(yīng)用模式：幀頭模式2，幀體模式C=1 ###################%
%############ 仿真條件：PN595幀頭，16QAM調(diào)制，多徑衰落信道模型 #############%
%######################## 比較ZF和MMSE對多徑的抑制作用 #####################%
clear all;
close all;
len_head=595; %幀頭長度（幀頭模式2）
len_carriers=3744; %有效信息符號長度
len_sysmes=36; %系統(tǒng)信息符號長度
len_body=len_carriers+len_sysmes; %幀體長度
len_frame=len_head+len_body; %信號幀長度
symbols=8;
fd=2000; %采樣間隔（2000Hz）
bits=4; %幀體每符號上的比特數(shù)
fs=7.56*1e+6; %基帶采樣率（7.56MHz）
ts=1/fs; %基帶符號周期（1/7.56us）
%----------------------------------TRANSMISSION---------------------------%
%--------------------------------------------------------------------------
%% 發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制 %%
N=symbols*len_carriers*bits; %發(fā)送有效數(shù)據(jù)包含比特數(shù)
rand('state',0); %確定隨機發(fā)生器種子
sendbits=round(rand(1,N)); %產(chǎn)生數(shù)據(jù)位
%% 符號映射 %%
data_qam=fun_GB_QAM(sendbits,bits); %調(diào)用4QAM調(diào)制函數(shù)
trans_data=reshape(data_qam,len_carriers,symbols).'; %串并變換，每一行代表一個信息符號
%--------------------------------------------------------------------------
%% 系統(tǒng)信息調(diào)制 %%
sysmes=zeros(1,len_sysmes); %36位系統(tǒng)信息
sysmes(1:4)=[0 0 0 0]; %4位系統(tǒng)信息：子載波個數(shù)C=1模式
bits_sysmes='00010001101000010100011110111100'; %32位系統(tǒng)信息：16QAM以及LDPC碼率1，交織模式1
symmes(5:36)=bits_sysmes-48;
sysmes_bits=zeros(1,2*len_sysmes); %進行I,Q路數(shù)據(jù)相同的4QAM調(diào)制
sysmes_bits(1:2:end)=sysmes;
sysmes_bits(2:2:end)=sysmes;
sysmes_qam=fun_GB_QAM(sysmes_bits,2); %進行I,Q路數(shù)據(jù)相同的4QAM調(diào)制
trans_sysmes=repmat(sysmes_qam,symbols,1); %表示symbols個符號的系統(tǒng)信息的矩陣
%--------------------------------------------------------------------------
%% 幀體數(shù)據(jù)處理 %%
trans_body=[trans_sysmes trans_data];
frame_day=[zeros(symbols,len_head) trans_body];
len=size(frame_day);
frame_day_serial=reshape(frame_day.',1,len(1)*len(2)); %并串變換
% frame_day_serial(1:2:end)=frame_day_serial(1:2:end)-1; %偶數(shù)符號，實部-1（第一個符號看作第0個符號，為偶數(shù)）
% frame_day_serial(2:2:end)=frame_day_serial(2:2:end)+1; %奇數(shù)符號，實部+1（第二個符號看作第1個符號，為奇數(shù)）
frame_day_parallel=reshape(frame_day_serial.',len(2),len(1)).'; %串并變換
body_process=frame_day_parallel(:,len_head+1:end); %處理完成后的幀體數(shù)據(jù)
%--------------------------------------------------------------------------
%% 已知幀頭信號 %%
head_PN595=zeros(symbols,len_head); %PN595序列生成
g=bin2dec('10010000001'); %偽隨機二進制序列生成多項式:1+x3+x10
state=bin2dec('0000000001'); %偽隨機二進制序列生成寄存器初始狀態(tài)
N=2^10-1; %生成二進制序列長度
m=mgen(g,state,N); %完成幀頭0到+1，1到-1的映射
PN595=m(1:len_head); %幀頭數(shù)據(jù)取m序列的前595個數(shù)值
for i=1:len_head %調(diào)用mgen函數(shù)，生成1023位二進制隨機序列
if PN595(i)==0
PN595(i)=-4.5*(1+1j);
else
PN595(i)=4.5*(1+1j);
end
end
head_PN595=repmat(PN595,symbols,1); %組成symbols個幀頭
body_power=mean(mean(abs(body_process).^2,2))/(4.5^2*2); %幀體數(shù)據(jù)平均功率
head_power=body_power; %幀頭數(shù)據(jù)的平均功率和幀體相同
head_PN595=head_PN595.*sqrt(head_power); %幀頭發(fā)送數(shù)據(jù)
%--------------------------------------------------------------------------
%% 組幀 %%
trans_signal=[head_PN595 body_process]; %將每個符號的幀頭和幀體組成一個完整信號幀
%--------------------------------------------------------------------------
%% 并串變換 %%
trans_frame=reshape(trans_signal.',1,symbols*len_frame); %并串變換，變換為串行數(shù)據(jù)
SNR=15; %信噪比
frame_passchannel = awgn(trans_frame,SNR,'measured');
trans_frame=frame_passchannel;
%-----------------------------------PASS CHANNEL--------------------------%
%--------------------------------------------------------------------------
%% 信道模型:帶多普勒頻移的多徑衰落信道 %%
X7=trans_frame;
r=3; %多徑數(shù)
a=[0.2 0.3 0.4]; %多徑的幅度
d=[30 50 80]; %各徑的延遲
channel1=zeros(size(X7));
channel1(1+d(1):length(X7))=a(1)*X7(1:length(X7)-d(1));
channel2=zeros(size(X7));
channel2(1+d(2):length(X7))=a(2)*X7(1:length(X7)-d(2));
channel3=zeros(size(X7));
channel3(1+d(3):length(X7))=a(3)*X7(1:length(X7)-d(3));
Tx_data=X7+channel1+channel2+channel3;
%--------------------------------------------------------------------------
%% 加高斯白噪聲 %%
SNR=15; %信噪比
frame_passchannel = awgn(Tx_data,SNR,'measured');
%------------------------------------RECEPTION----------------------------%
%--------------------------------------------------------------------------
%--------------------------------------------------------------------------
%% 串并變換 %%
receiv_frame=reshape(frame_passchannel,len_frame,symbols); %并串變換，將變換為串行數(shù)據(jù)
receiv_frame=receiv_frame.';
%--------------------------------------------------------------------------
%% 去幀頭PN序列 %%
receiv_head=receiv_frame(:,1:len_head); %接收到的幀頭序列
receiv_body=receiv_frame(:,len_head+1:end); %接收到的幀體數(shù)據(jù)
%--------------------------------------------------------------------------
%% FFT %%
head_FFT=fft(receiv_head,len_head,2);
body_FFT=fft(receiv_body,len_body,2);
%--------------------------------------------------------------------------
%% 信道估計 %%
PN595_FFT=fft(head_PN595,len_head,2);
H_head=head_FFT./PN595_FFT; %由幀頭的PN序列估計信道
%--------------------------------------------------------------------------
%% ZF頻域均衡 %%
h_head=ifft(H_head,len_head,2);
H_body=fft(h_head,len_body,2); %所得信道估計
W_zf=1./H_body;
body_equa_zf=body_FFT.*W_zf; %迫零均衡（ZF）
body_zf=ifft(body_equa_zf,len_body,2);
%--------------------------------------------------------------------------
%% MMSE頻域均衡 %%
H_mmse_fm=abs(H_body).^2+1/10^(SNR/10);
W_mmse=conj(H_body)./H_mmse_fm;
body_equa_mmse=body_FFT.*W_mmse; %最小均方誤差均衡（MMSE）
body_mmse=ifft(body_equa_mmse,len_body,2);
%--------------------------------------------------------------------------
%% 自相關(guān)圖 %%
figure(1); %發(fā)射信號自相關(guān)圖
subplot(221);
Nc=len_frame;
cy=xcorr(trans_frame(596:4375),Nc); %生成長度為2*Nc+1的自相關(guān)序列
tt=(-Nc*ts:ts:Nc*ts)*1e6;
plot(tt,20*log10(abs(cy)/abs(cy(Nc+1))));
axis([-20 20 -40 0]);
zoom on;
xlabel('時間（us)');
ylabel('幅度（dB）');
title('發(fā)射數(shù)據(jù)自相關(guān)');
subplot(222); %接收信號自相關(guān)圖
Nc=len_frame;
cyy=xcorr(receiv_body(1,:),Nc); %生成長度為2*Nc+1的自相關(guān)序列
tt=(-Nc*ts:ts:Nc*ts)*1e6;
plot(tt,20*log10(abs(cyy)/abs(cyy(Nc+1))));
axis([-20 20 -40 0]);
zoom on;
xlabel('時間（us)');
ylabel('幅度（dB）');
title('通過信道后數(shù)據(jù)自相關(guān)');
subplot(223); %ZF均衡后數(shù)據(jù)自相關(guān)圖
CY=xcorr(body_zf(1,:),Nc); %生成長度為2*Nc+1的自相關(guān)序列
tt=(-Nc*ts:ts:Nc*ts)*1e6;
plot(tt,20*log10(abs(CY)/abs(CY(Nc+1))));
axis([-20 20 -40 0]);
zoom on;
xlabel('時間（us)');
ylabel('幅度（dB）');
title('ZF均衡后數(shù)據(jù)自相關(guān)');
subplot(224); %MMSE均衡后數(shù)據(jù)自相關(guān)圖
CYY=xcorr(body_mmse(1,:),Nc); %生成長度為2*Nc+1的自相關(guān)序列
tt=(-Nc*ts:ts:Nc*ts)*1e6;
plot(tt,20*log10(abs(CYY)/abs(CYY(Nc+1)))); %均衡后數(shù)據(jù)自相關(guān)圖
axis([-20 20 -40 0]);
zoom on;
xlabel('時間（us)');
ylabel('幅度（dB）');
title('MMSE均衡后數(shù)據(jù)自相關(guān)');
% %--------------------------------------------------------------------------
% %% 計算副峰抑制值 %%
% a=20*log10(abs(cyy)/abs(cyy(Nc+1)));
% b=20*log10(abs(CY)/abs(CY(Nc+1)));
% c=20*log10(abs(CYY)/abs(CYY(Nc+1)));
%
% zf1=a(30+Nc+1)-b(30+Nc+1);
% zf2=a(50+Nc+1)-b(50+Nc+1);
% zf3=a(80+Nc+1)-b(80+Nc+1);
%
% mmse1=a(30+Nc+1)-c(30+Nc+1);
% mmse2=a(50+Nc+1)-c(50+Nc+1);
% mmse3=a(80+Nc+1)-c(80+Nc+1);
%--------------------------------------------------------------------------
%% MMSE均衡自相關(guān)圖 %%
figure(3);
subplot(211);
cyy=xcorr(receiv_body(1,:),Nc); %生成長度為2*Nc+1的自相關(guān)序列
tt=(-Nc*ts:ts:Nc*ts)*1e6;
plot(tt,20*log10(abs(cyy)/abs(cyy(Nc+1)))); %接收數(shù)據(jù)自相關(guān)圖
axis([-20 20 -40 0]);
zoom on;
xlabel('時間（us)');
ylabel('幅度（dB）');
title('通過信道后數(shù)據(jù)自相關(guān)');
subplot(212);
CYY=xcorr(body_mmse(1,:),Nc); %生成長度為2*Nc+1的自相關(guān)序列
tt=(-Nc*ts:ts:Nc*ts)*1e6;
plot(tt,20*log10(abs(CYY)/abs(CYY(Nc+1)))); %均衡后數(shù)據(jù)自相關(guān)圖
axis([-20 20 -40 0]);
zoom on;
xlabel('時間（us)');
ylabel('幅度（dB）');
title('MMSE均衡后數(shù)據(jù)自相關(guān)');
%--------------------------------------------------------------------------
%% MMSE均衡互相關(guān)圖 %%
figure(5);
Nc=595;
x7=Tx_data(596:4375);
CYY=xcorr(x7,Nc); %生成長度為2*Nc+1的自相關(guān)序列
tt=(-Nc*ts:ts:Nc*ts)*1e6;
plot(tt,20*log10(abs(CYY)/max(abs(CYY))));
hold on
cyy2=xcorr(x7,body_mmse(1,:),Nc);
plot(tt,20*log10(abs(cyy2)/max(abs(cyy2))),'r'); %接收數(shù)據(jù)自相關(guān)圖
xlabel('時間（us)');
ylabel('幅度（dB）');
hold on;
legend('均衡前數(shù)據(jù)自相關(guān)','均衡后數(shù)據(jù)互相關(guān)');
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