5G PDSCH（物理下行共享信道）吞吐量MATLAB仿真方案

仿真方案概述

本仿真将实现以下完整流程：

传输端：TB → 信道编码 → 调制 → 层映射 → 预编码 → OFDM资源映射 → IFFT → 加CP
信道：通过衰落信道（TDL/CDL） → 加AWGN噪声
接收端：去CP → FFT → 信道估计与均衡 → 解层映射 → 解调 → 信道解码 → TB
吞吐量计算：成功解码的TB比特数 / 仿真时间

MATLAB 核心仿真代码

%% 5G PDSCH信道吞吐量仿真主程序
clear; clc; close all;%% 1. 仿真参数配置
% 系统带宽和子载波配置
carrier = nrCarrierConfig;            % 创建载波配置对象
carrier.SubcarrierSpacing = 30;       % 子载波间隔 (kHz)
carrier.CyclicPrefix = 'normal';      % 循环前缀类型
carrier.NSizeGrid = 51;               % 资源块数量 (带宽约20MHz)
carrier.NStartGrid = 0;               % 起始资源块% PDSCH配置
pdsch = nrPDSCHConfig;                % 创建PDSCH配置对象
pdsch.PRBSet = 0:carrier.NSizeGrid-1; % 分配所有PRB给PDSCH
pdsch.SymbolAllocation = [0, 14];     % OFDM符号分配 [开始符号, 符号数]
pdsch.MappingType = 'A';              % PDSCH映射类型
pdsch.DMRS.DMRSTypeAPosition = 2;     % DMRS类型A位置
pdsch.DMRS.DMRSAdditionalPosition = 1;% 附加DMRS位置
pdsch.DMRS.DMRSLength = 1;            % DMRS长度
pdsch.DMRS.DMRSConfigurationType = 1; % DMRS配置类型% 传输块配置
trBlkSizes = [4384, 5160, 6168, 7480]; % 不同MCS对应的TB大小
mcsIndex = 20;                         % MCS索引 (对应QPSK, 码率~0.5)
tbsIndex = min(mcsIndex/2 + 1, length(trBlkSizes));
transportBlkSize = trBlkSizes(floor(tbsIndex)); % 传输块大小% 信道配置
channel = nrTDLChannel;               % TDL信道模型
channel.DelayProfile = 'TDL-A';       % 延迟分布
channel.DelaySpread = 30e-9;          % 延迟扩展 (秒)
channel.MaximumDopplerShift = 5;      % 最大多普勒频移 (Hz)% 仿真控制
numFrames = 10;                       % 仿真帧数
SNR_dB = 10;                          % 信噪比 (dB)
throughputResults = zeros(1, numFrames);%% 2. 创建参考信号 (DMRS) 用于信道估计
pdsch.DMRS.NumCDMGroupsWithoutData = 1; % CDM组数量
dmrsSymbols = nrPDSCHDMRS(carrier, pdsch);
dmrsIndices = nrPDSCHDMRSIndices(carrier, pdsch);%% 3. 主仿真循环
for frameIdx = 1:numFramesfprintf('处理第 %d/%d 帧...\n', frameIdx, numFrames);%% 3.1 发射端处理% 生成随机传输数据dataBits = randi([0, 1], transportBlkSize, 1);% DL-SCH信道编码codedTrBlock = nrDLSCH;           % 创建DL-SCH编码器对象codedTrBlock.TargetCodeRate = 0.5;% 目标码率cbsInfo = nrDLSCHInfo(transportBlkSize, codedTrBlock.TargetCodeRate);codedBits = nrDLSCH(codedTrBlock, cbsInfo, dataBits);% 调制 (根据MCS选择调制阶数)modOrder = 2;                     % QPSK (bits per symbol)modulatedSymbols = nrSymbolModulate(codedBits, 'QPSK');% PDSCH资源映射pdschIndices = nrPDSCHIndices(carrier, pdsch);[pdschGrid, pdschSymbols] = nrPDSCH(carrier, pdsch, modulatedSymbols);% 插入DMRS参考信号pdschGrid(dmrsIndices) = dmrsSymbols;% OFDM调制txWaveform = nrOFDMModulate(carrier, pdschGrid);%% 3.2 信道传输% 通过TDL信道[rxWaveform, pathGains, sampleTimes] = channel(txWaveform);% 添加AWGN噪声SNR_linear = 10^(SNR_dB/10);      % 转换为线性值signalPower = mean(abs(rxWaveform).^2);noisePower = signalPower / SNR_linear;noise = sqrt(noisePower/2) * (randn(size(rxWaveform)) + 1i*randn(size(rxWaveform)));rxWaveform = rxWaveform + noise;%% 3.3 接收端处理% OFDM解调rxGrid = nrOFDMDemodulate(carrier, rxWaveform);% 信道估计[hest, noiseEst] = nrChannelEstimate(carrier, rxGrid, dmrsIndices, dmrsSymbols);% 提取PDSCH资源元素[pdschRx, pdschHest] = nrExtractResources(pdschIndices, rxGrid, hest);% MMSE均衡eqSymbols = nrEqualizeMMSE(pdschRx, pdschHest, noiseEst);% 解调demodulatedBits = nrSymbolDemodulate(eqSymbols, 'QPSK', noiseEst);% DL-SCH解码rxCodedTrBlock = nrDLSCHDecoder;  % 创建DL-SCH解码器对象rxCodedTrBlock.TargetCodeRate = 0.5;rxCodedTrBlock.TransportBlockLength = transportBlkSize;[decodedBits, crcResult] = nrDLSCHDecoder(rxCodedTrBlock, cbsInfo, demodulatedBits);%% 3.4 计算本帧吞吐量if crcResult == 0  % CRC校验通过throughputResults(frameIdx) = transportBlkSize * 1e-3; % kbpselsethroughputResults(frameIdx) = 0;  % 解码失败，吞吐量为0endfprintf('  解码结果: %s, 吞吐量: %.2f kbps\n', ...ternary(crcResult==0, '成功', '失败'), throughputResults(frameIdx));
end%% 4. 结果分析与可视化
fprintf('\n======= 仿真结果汇总 =======\n');
fprintf('平均吞吐量: %.2f kbps\n', mean(throughputResults));
fprintf('峰值吞吐量: %.2f kbps\n', max(throughputResults));
fprintf('吞吐量方差: %.2f\n', var(throughputResults));% 绘制吞吐量变化曲线
figure('Position', [100, 100, 800, 600]);
subplot(2,2,1);
plot(1:numFrames, throughputResults, 'b-o', 'LineWidth', 1.5);
xlabel('帧序号');
ylabel('吞吐量 (kbps)');
title('PDSCH吞吐量随时间变化');
grid on;% 绘制星座图
subplot(2,2,2);
scatter(real(eqSymbols(:)), imag(eqSymbols(:)), 10, 'filled');
xlabel('同相分量 (I)'); ylabel('正交分量 (Q)');
title('均衡后星座图');
axis equal; grid on;% 绘制信道频率响应
subplot(2,2,3);
freqResponse = squeeze(abs(hest(:,1,:)));
imagesc(20*log10(freqResponse));
xlabel('OFDM符号'); ylabel('子载波');
title('信道频率响应 (dB)');
colorbar;% 绘制吞吐量CDF曲线
subplot(2,2,4);
sortedThroughput = sort(throughputResults);
cdf = (1:length(sortedThroughput)) / length(sortedThroughput);
plot(sortedThroughput, cdf, 'r-', 'LineWidth', 2);
xlabel('吞吐量 (kbps)'); ylabel('CDF');
title('吞吐量累积分布函数');
grid on;sgtitle(sprintf('5G PDSCH吞吐量仿真 (SNR=%d dB, MCS=%d)', SNR_dB, mcsIndex), 'FontSize', 14);%% 5. 辅助函数
function result = ternary(condition, trueValue, falseValue)% 三元条件运算符简化函数if conditionresult = trueValue;elseresult = falseValue;end
end

参考代码 5G PDSCH信道吞吐量matlab仿真 www.3dddown.com/cnb/53467.html

关键模块解析与调整指南

1. 参数配置模块

• 载波配置：nrCarrierConfig对象定义了5G系统的核心参数。调整SubcarrierSpacing可改变子载波间隔（15/30/60/120 kHz），适应不同频段。
• PDSCH配置：nrPDSCHConfig对象控制PDSCH的资源分配、DMRS图案等。通过PRBSet可灵活分配带宽。
• 信道模型：本仿真使用TDL-A模型。可更换为CDL模型，或调整DelaySpread、MaximumDopplerShift模拟不同移动场景。

2. 发射端核心处理

• 信道编码：使用nrDLSCH进行LDPC编码。TargetCodeRate需与MCS索引匹配。

• 调制映射：代码中固定为QPSK。实际系统中，调制方式随MCS变化：

  % 扩展：根据MCS选择调制方式
  mcsTable = nrMCSConfig(1); % 标准MCS表
  [modulation, codeRate] = nrMCS(mcsIndex);
  modulatedSymbols = nrSymbolModulate(codedBits, modulation);
  

3. 接收端关键技术

• 信道估计：基于DMRS参考信号进行最小二乘（LS）或线性最小均方误差（LMMSE）估计。

• 均衡算法：代码采用MMSE均衡，平衡噪声放大和符号间干扰。在低SNR时性能优于ZF均衡。

• HARQ支持：实际系统包含重传机制。可扩展为：

  % 简化的HARQ实现思路
  maxHarqRetransmissions = 3;
  for harqIdx = 1:maxHarqRetransmissions% 尝试解码if crcResult == 0, break; end% 否则合并重传数据softBits = softBits + demodulatedBits_retx;
  end
  

4. 吞吐量计算与优化

吞吐量计算考虑了BLER（误块率）：

% 更精确的吞吐量计算（考虑有效传输时间）
symbolsPerSlot = 14;
slotsPerFrame = carrier.SlotsPerFrame;
totalSymbols = symbolsPerSlot * slotsPerFrame * numFrames;
symbolDuration = 1/(carrier.SubcarrierSpacing * 1e3); % 秒
totalTime = totalSymbols * symbolDuration;
effectiveThroughput = sum(throughputResults) / totalTime; % bps

扩展仿真建议

1. SNR吞吐量曲线绘制

SNR_range = -5:2:20; % SNR范围
throughput_vs_snr = zeros(size(SNR_range));
for snrIdx = 1:length(SNR_range)% 运行上述仿真，固定其他参数，仅改变SNRthroughput_vs_snr(snrIdx) = averageThroughput;
end
figure; plot(SNR_range, throughput_vs_snr, 'b-s'); grid on;
xlabel('SNR (dB)'); ylabel('吞吐量 (Mbps)');
title('PDSCH吞吐量 vs SNR');

2. 不同MCS的吞吐量比较

mcsIndices = [10, 15, 20, 25, 28]; % 不同MCS
throughput_mcs = zeros(size(mcsIndices));
for mcsIdx = 1:length(mcsIndices)% 调整MCS，重新运行仿真% 注意：TB大小和调制方式会随之变化
end

3. 多用户MIMO仿真扩展

% 配置多用户
numUsers = 4;
pdsch.NumLayers = numUsers; % 层数等于用户数
% 使用SVD预编码或ZF预编码
[U,S,V] = svd(channelMatrix);
precodingMatrix = V(:,1:numUsers);
precodedSymbols = modulatedSymbols * precodingMatrix;

运行要求与调试建议

1. MATLAB版本要求：需要R2020a或更高版本，并安装5G Toolbox。

2. 内存与时间：全带宽仿真可能占用较大内存。建议初始测试时减少NSizeGrid和numFrames。

3. 常见问题排查：

   • 解码失败率高：检查SNR设置是否合理；验证信道估计准确性。
   • 吞吐量为零：确认CRC校验逻辑；检查码率与TB大小是否匹配。
   • 仿真速度慢：考虑使用parfor并行处理多帧；减少信道模型复杂度。

4. 性能优化技巧：

   % 使用单精度加速计算
   rxWaveform = single(rxWaveform);
   % 预先计算重复使用的索引
   persistent pdschIndices dmrsIndices;
   if isempty(pdschIndices)pdschIndices = nrPDSCHIndices(carrier, pdsch);dmrsIndices = nrPDSCHDMRSIndices(carrier, pdsch);
   end