【MATLAB源码】OSDM:教科书级链路仿真平台

📡 OSDM 教科书级链路仿真平台

Walsh 序域调制全流程复现 · QPSK/64QAM 双链路 · 频谱合规 + BER 闭环验证支持系数聚类与低相关贪心选取 · Walsh 域 Hilbert 正交恢复 · 完整可视化结果导出

📌 为什么选择本仿真平台？

做 Walsh/OSDM 类系统时，常见问题是“理论看懂了，但代码链路不闭环”：调制、载波、合规掩模、接收判决、BER 统计通常散落在不同脚本中，难以形成可复现工程。

本平台提供一套 可直接运行、结构清晰、便于扩展 的 OSDM 仿真代码，覆盖从参数生成到性能评估的完整路径。

痛点（常见问题）	本平台解决方案
🔴 只给局部算法，没有完整收发链路	✅ 提供 `osdm_transmit` + `osdm_receive` + AWGN + BER 统计全流程
🔴 Walsh 系数如何选不清楚	✅ 提供载波统计聚类 `gen_walsh_carrier` + 低相关贪心选取 `select_mod_coeffs`
🔴 高阶调制映射规则不透明	✅ 64-QAM 映射/解映射独立模块化：`gen_qam64_maps/qam64_mod/qam64_demod`
🔴 频谱合规无法量化判断	✅ `BW_visible` 掩模 + `is_conform` 逐点判定，支持衰减因子对比
🔴 结果展示零散且不可复用	✅ 统一 `utils/` 绘图与 `save_figure` 持久化输出到 `results/`

🎯 核心价值

🔬 学术研究价值

算法闭环：覆盖 Walsh 正逆变换、Hilbert 正交恢复、QPSK/64QAM 判决、BER 评估。
对比实验友好：同一框架下可直接比较不同调制、衰减因子、SNR 区间。
可解释性强：收发端流程注释完整，关键步骤（系数注入、I/Q 提取）清晰可追踪。
文档齐全：已包含 算法文档.md、代码文档.md文档。

💼 工程应用价值

分层架构清晰：core/modem/osdm/utils/demos 五层职责明确。
模块可替换：量化器、调制器、系数选择策略均可独立替换。
结果自动化产出：图像统一保存，便于报告写作与迭代对比。
扩展门槛低：新增调制方式、掩模策略、信道模型时改动面可控。

⚡ 技术亮点

🏗️ 完整模块架构

OSDM_Platform/├── 【核心算子 core/】│   ├── gen_walsh.m              # 生成按序排序的归一化 Walsh 矩阵│   ├── walsh_inverse.m          # 分窗 DWT：时域 -> Walsh 系数│   ├── walsh_transform.m        # Walsh 正变换 + 可选频谱分析│   ├── walsh_signal_extract.m   # WSE：降采样/量化/重构（DAC等效）│   ├── hilbert_walsh.m          # Walsh 域 Hilbert 正交分量恢复│   ├── quantize_coeffs.m        # 系数量化接口（当前默认直通）│   ├── upsample_signal.m        # 符号保持上采样│   └── oversample_signal.m      # 零阶保持过采样│├── 【调制层 modem/】│   ├── gray_code.m              # Gray 码序列生成│   ├── gen_qam64_maps.m         # 64-QAM 双向映射表与参考缓存│   ├── qam64_mod.m              # 64-QAM 映射│   ├── qam64_demod.m            # 64-QAM 最近邻硬判决│   └── is_conform.m             # 频谱掩模合规判定│├── 【系统层 osdm/】│   ├── osdm_params.m            # 全局参数构建（n53 + Walsh + 掩模）│   ├── gen_conform_signal.m     # 随机合规信号生成（统计用途）│   ├── gen_walsh_carrier.m      # 统计聚类 + 载波构建│   ├── select_mod_coeffs.m      # 低相关贪心选系数│   ├── osdm_transmit.m          # 发射端总入口│   └── osdm_receive.m           # 接收端总入口│├── 【可视化 utils/】│   ├── plot_walsh_basis.m       # Walsh 基函数展示│   ├── plot_time_domain.m       # 时域图│   ├── plot_spectrum.m          # 频谱与掩模图│   ├── plot_constellation.m     # 星座图│   ├── plot_ber_curve.m         # BER 曲线│   └── save_figure.m            # 统一图片导出（300 DPI）│└── 【实验入口 demos/】    ├── demo_qpsk.m              # OSDM-QPSK 全链路    ├── demo_64qam.m             # OSDM-64QAM 全链路    └── demo_osdm_overview.m     # 综合总览与对比

📊 典型仿真配置（来自代码默认设置）

场景	调制	每帧 OSDM 符号数	每符号调制系数数	衰减因子	SNR 区间	每点帧数
`demo_qpsk`	QPSK	100	3	2	0:2:20 dB	50
`demo_64qam`	64-QAM	100	3	5	0:2:24 dB	30
`demo_osdm_overview`	QPSK / 64-QAM	50（聚类分析段）	3	QPSK=2, 64QAM=5	0:2:20 dB	30

说明：demo_osdm_overview 还包含衰减因子 2/4/6/8 的频谱合规性对比。

💻 核心代码展示

🔥 发射端系数注入与重构（`osdm_transmit.m`）

% 第3步：将调制符号注入Walsh系数矩阵coeffs = real(carrier.walsh.Xw_b);coeffs(modulatedCoeffs, :) = real(upsampledSymbs .* coeffCarrier) / attenuationFactor;% 第4步：Walsh正变换生成时域信号slStruct = walsh_transform(coeffs, params.W, params.Nfft, params.osr, false);s = real(slStruct.temporel);% 第6步：WSE提取与重构（模拟DAC行为）[sWalsh, Xw_b_raw] = walsh_signal_extract(s, params, length(s));

🚀 接收端 Walsh 域 Hilbert + I/Q 恢复（`osdm_receive.m`）

% 第4步：Walsh域Hilbert变换恢复正交分量Xw_TxImag = hilbert_walsh(coeffsRx, params.W);% 第5步：I/Q解调Xw_TxCI = coeffsRx(modulatedCoeffs, :) .* Wcosine + ...          Xw_TxImag(modulatedCoeffs, :) .* Wsine;Xw_TxCQ = Xw_TxImag(modulatedCoeffs, :) .* Wcosine - ...          coeffsRx(modulatedCoeffs, :) .* Wsine;% 第7步：分窗平均与符号判决separatedSymbols = reshape(extractedI.', nRefreshPerSymbol/2, []) + ...1j * reshape(extractedQ.', nRefreshPerSymbol/2, []);meanSymbols  = mean(separatedSymbols, 1);finalSymbols = reshape(meanSymbols, [], nModCoeffs).';

⚙️ 低相关系数贪心选取（`select_mod_coeffs.m`）

for iCoeff = 2:nCoeffsToSelect    correlation = zeros(length(cluster), 1);for iSub = 1:iCoeff - 1        refSpectrum = fftWalsh(cluster == coefficients(iSub), :);        correlation = correlation + sum(refSpectrum .* fftWalsh, 2);end    [~, newCoeffIdx] = min(correlation);    coefficients(iCoeff) = cluster(newCoeffIdx);end

🎬 一键运行

>> cd D:\03_代码库\04.code4sale\OSDM\OSDM_Platform\demos% OSDM-QPSK 全链路>> demo_qpsk% OSDM-64QAM 全链路>> demo_64qam% 综合总览（Walsh特性 + 合规性 + BER对比）>> demo_osdm_overview

输出预览

=== OSDM-QPSK 链路仿真演示 ===[1/6] 配置系统参数...[2/6] 生成Walsh载波与选择调制系数...[4/6] 执行单次OSDM-QPSK发射与接收...  频谱合规: true  SNR = 15 dB: 比特错误 xx / xxxx（BER = x.xxxxxx）[5/6] 仿真BER曲线（多SNR点）......=== OSDM-QPSK 演示完成 ===

============================================   OSDM 链路仿真平台 — 综合演示============================================[1/8] Walsh矩阵特性...[4/8] OSDM系数聚类分布...[5/8] 不同衰减因子的频谱合规性...[6/8] QPSK vs 64-QAM BER对比仿真...