基于BPSK调制的OFDM系统误码率仿真分析项目

资 源 简 介

本项目的核心功能是利用MATLAB构建一个完整的正交频分复用（OFDM）通信系统物理层仿真平台，专门用于评估在BPSK调制方案下的误码率（BER）性能指标。系统实现全流程的数据传输模拟，首先生成伪随机二进制比特流作为信息源，随后通过BPSK调制器将比特映射为星座符号。在OFDM发射端模块中，系统进行串并转换并执行逆快速傅里叶变换（IFFT）以实现多载波调制，同时插入循环前缀（CP）以应对多径信道带来的符号间干扰（ISI）。信号随后通过加性高斯白噪声（AWGN）信道，并在不同信噪比（SNR）水平下进行实验。

详 情 说 明

基于BPSK调制的OFDM系统误码率(BER)仿真分析项目

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB开发的OFDM（正交频分复用）通信系统物理层链路仿真平台。项目专注于评估BPSK调制在多载波传输环境下的误码率性能。通过模拟从信源产生到数据恢复的全过程，系统演示了OFDM技术在对抗高斯白噪声（AWGN）干扰方面的表现，并提供了仿真数据与理论公式的定量对比。

功能特性

• 链路完整性：涵盖了随机码流生成、BPSK映射、OFDM调制（IFFT+CP）、AWGN信道模拟、OFDM解调及硬判决的全过程。
• 参数化配置：支持对FFT点数、有效子载波数量、循环前缀（CP）长度以及信号比特总量进行灵活设置。
• 性能评估：自动计算不同信噪比（SNR）下的误码率，并与BPSK在AWGN信道下的理论误码率进行实时对比。
• 可视化输出：生成误码率性能对比曲线（双对数坐标）以及接收端星座图数据点分布，便于观察信号失真情况。

核心实现逻辑

系统按照物理层标准传输流程进行仿真，具体步骤如下：

1. 参数初始化

代码预设了FFT点数为64，其中有效子载波为52个，循环前缀设置为16个采样点，仿真涵盖了0dB到14dB的信噪比范围。

1. 发射端信号处理

- 数据生成与映射：生成伪随机二进制比特序列，并通过BPSK映射将0转换为-1，1转换为1。 - 子载波映射：将BPSK符号映射到FFT的中心子载波位置，两侧保留保护频带以模拟典型的OFDM频谱结构。 - 时域转换：执行IFFT运算将频域符号转换为时域样值。 - 抗多径处理：在每一个OFDM符号前插入循环前缀（CP），利用其周期扩展特性来应对可能存在的干扰影响（虽然本仿真主要针对AWGN，但保留了该物理层标准结构）。

1. 信道传输建模

计算加性高斯白噪声的功率。为了确保公平对比，代码在计算噪声方差时考虑了有效载波占比和循环前缀带来的能量损耗（速率调整系数），从而更真实地模拟能量效率。

1. 接收端信号处理

- 同步与解调：对接收信号进行串并转换，精确去除对应的循环前缀。 - 频域恢复：执行FFT运算将时域信号还原至频域。 - 子载波提取与判决：从特定的子载波位置提取数据，并针对BPSK信号进行基于零阈值的硬判决逻辑。

1. 性能统计与分析

- 统计解调后的比特流与原始比特流的差异，得出实际仿真误码率。 - 调用Complementary Error Function（erfc）计算AWGN环境下标准BPSK的理论误码率。

关键实现细节与算法分析

• 能量规划与归一化

仿真中对BPSK星座点进行了能量归一化处理（平均功率为1）。在AWGN信道模块中，通过设置 rate_adjustment = N_sc / (N_fft + N_cp)，修正了由于CP和空置子载波导致的功率摊薄，使得信噪比的定义更加符合通信原理中的Eb/N0基准。

• 子载波分配策略

系统并未占用全部64个子载波（N_fft），而是选择了中间的52个（N_sc）用于传输。这种逻辑对应了诸如IEEE 802.11a等无线局域网协议的实现方式，可以有效减小边带干扰。

• BPSK判决策略

采用最简化的硬判决准则：对于接收的频域符号，若其实部大于0，则判定为比特1，否则判定为0。这在正交性良好的OFDM系统中能获得与单载波系统一致的理论性能表现。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2023a 或更高版本（低版本通常也能兼容）。
• 硬件环境：无特殊硬件要求，项目为纯软件数学仿真。

使用方法

1. 启动MATLAB软件。
2. 将包含仿真代码的文件夹设置为当前工作目录。
3. 在命令行窗口输入主函数名称并回车运行。
4. 程序将依次打印各信噪比下的误码统计结果。
5. 运行结束后，系统将自动弹出绘图窗口，显示“OFDM-BPSK性能分析”图表。