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用简单仿真链路产生 WiFi CSI（不依赖专用工具箱，matlab实现）

news 2025/9/1 16:05:52

此文章利用matlab实现简单仿真链路产生WiFi CSI的过程，不依赖专用工具箱，旨在让新手小白能更直观地清除WiFi CSI的产生机理，方便后续研究。此篇文章只做简单的仿真，更深入的请自己手动采数据或者移步别处。

一、准备工作

二、基本参数设置

三、构造训练OFDM符

四、多径瑞利信道

五、逐天线时分发射并接收

六、CSI信道估计

七、幅值和相位可视化

八、模拟与真实对比

一、准备工作

首先，需要明确以下目标和参数：

1、定义OFDM与MIMO参数：例如 20 MHz、64点FFT、52个有效子载波、CP长度16、发射/接收天线数Nt，Nr。

2、构造训练符（LTF替身）：在实际802.11n/ac里用 HT-LTF/HE-LTF 获取CSI。为简洁，我们用“逐天线正交时分训练”（每次只开一个Tx，其他静默），这样在接收端就能直接做 $\widehat{H}(k)=Y(k)/X(k)$

3、信道建模：给每个r,t 链路一个多径瑞利衰落脉冲响应 $H_{r,t}[n]$ （可选多普勒/CFO/采样偏差）。

4、通过信道发送：对每个发射天线把OFDM训练块加CP后发送，经每个 $H_{r,t}$ 卷积并在各接收端相加，再叠加AWGN。

5、接收处理：去CP、FFT→得到 $Y_{r}(k)$ 。

6、估计CSI：对当前“激活”的发射天线 t，做 $\widehat{H}_{r,t}(k)=Y_{r}(k)/X_{t}(k)$ 。顺次激活所有发射天线，拼成 $N_{r}\times N_{t}\times N_{sc}$ 的CSI张量。

7、（可选）插值/平滑与LMMSE：多符号或导频内插；也可做子载波方向的Wiener平滑提升SNR。

二、基本参数设置

Nt = 2;                  % 发射天线数
Nr = 2;                  % 接收天线数
Nfft = 64;               % FFT点数（802.11a/n 20MHz）
Ng   = 16;               % 循环前缀长度
subc_idx = [-26:-1 1:26];% 52个有效子载波（跳过DC）
Nsc = numel(subc_idx);
Es  = 1;                 % 训练符平均功率
SNRdB = 25;              % 接收端SNR（可改）

三、构造训练OFDM符

用BPSK全已知子载波（实际LTF有特定序列，这里只需“已知且非零”即可）

Xfull = zeros(Nfft,1);
trainSymbols = (2*(randi([0 1],Nsc,1))-1); % BPSK +/-1
trainSymbols = sqrt(Es)*trainSymbols;      % 调整功率
Xfull(subc_idx + (subc_idx<0)*Nfft + 1) = trainSymbols;  % 映射到FFT bins
x_time = ifft(ifftshift(Xfull), Nfft);     % IFFT（使用ifftshift对齐DC）
tx_ofdm = [x_time(end-Ng+1:end); x_time];  % 加CP
Ns = length(tx_ofdm);

四、多径瑞利信道

瑞利衰落信道（Rayleigh fading channel）是一种无线电信号传播环境的统计模型。这种模型假设信号通过无线信道之后，其信号幅度是随机的，即“衰落”，并且其包络服从瑞利分布。这一信道模型能够描述由电离层和对流层反射的短波信道，以及建筑物密集的城市环境。

% 设定一个离散PDP
tapDelays = [0 1 3 5 7];          % 以采样点为单位的延迟
tapPowers_dB = [0 -3 -6 -9 -12];  % 功率谱
tapPowers = 10.^(tapPowers_dB/10);
L = tapDelays(end)+1;% 为每个链路生成独立脉冲响应
h = cell(Nr,Nt);
for r = 1:Nrfor t = 1:Nth_rt = zeros(L,1);for l = 1:numel(tapDelays)amp = sqrt(tapPowers(l)/2)*(randn+1j*randn);h_rt(tapDelays(l)+1) = amp;endh{r,t} = h_rt;end
end

五、逐天线时分发射并接收

Y = zeros(Nr,Nt,Nfft);  % 保存每次接收的频域符
noiseVarLin = Es/Nsc * 10^(-SNRdB/10);for t = 1:Nt% 当前仅开启第t根发射天线，其它静默txSig_t = tx_ofdm;% 通过信道到各接收天线并叠加噪声for r = 1:Nryr = conv(txSig_t, h{r,t});yr = yr(1:Ns); % 对齐长度（忽略尾符泄露，训练符足够长可避免IS I）% 加噪yr = yr + sqrt(noiseVarLin/2)*(randn(size(yr))+1j*randn(size(yr)));% 去CP、FFTy_noCP = yr(Ng+1:Ng+Nfft);Yfreq = fftshift(fft(y_noCP, Nfft));Y(r,t,:) = Yfreq; % 保存end
end

六、CSI信道估计

Hhat = zeros(Nr,Nt,Nsc); % 只保留有效子载波
Xused = Xfull(subc_idx + (subc_idx<0)*Nfft + 1); % 已知训练符频域值for t = 1:Ntfor r = 1:NrYrt = squeeze(Y(r,t,:));              % Nfft x 1Yused = Yrt(subc_idx + (subc_idx<0)*Nfft + 1);Hhat(r,t,:) = Yused ./ Xused;         % LS估计end
end

七、幅值和相位可视化

使用abs函数获取幅值，使用angle函数获取相位。

k = 1:Nsc;
H11 = squeeze(Hhat(1,1,:));
figure; plot(k, 20*log10(abs(H11))); grid on; xlabel('子载波索引'); ylabel('幅度(dB)');
title('估计CSI幅度（r=1,t=1）');
figure; plot(k, angle(H11)); grid on; xlabel('子载波索引'); ylabel('相位(rad)');
title('估计CSI相位（r=1,t=1）');

八、模拟与真实对比

模拟产生的CSI幅值：

真实产生的CSI幅值：

模拟产生的CSI相位

真实产生的CSI相位：

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