基于AWGN信道的OFDM/OQAM通信系统仿真框架

资 源 简 介

此项目实现了正交频分复用/偏移正交幅度调制（OFDM/OQAM）的基本仿真框架，旨在评估该技术在加性高斯白噪声（AWGN）信道下的误码率（BER）性能。OFDM/OQAM作为一种高效的多载波传输技术，通过引入偏移正交幅度调制和特定的原型滤波器，能够在不需要循环前缀（CP）的情况下保持子载波间的正交性，从而显著提高了频谱效率并降低了带外辐射。本代码详细描述了系统的核心信号处理流程，包括原始二进位流的生成、QAM映射、实数与虚数分量的交错偏移、综合滤波器组（SFB）的多载波调制处理。在信号经过AWGN信道后，

详 情 说 明

基于AWGN信道的OFDM/OQAM通信系统仿真框架

项目介绍

本项目提供了一个完整的OFDM/OQAM（亦称FBMC/OQAM）通信系统仿真平台。该系统针对加性高斯白噪声（AWGN）信道环境设计，通过多载波调制技术实现高效的数据传输。与传统的OFDM不同，本仿真实现的OFDM/OQAM技术采用了偏移正交幅度调制（OQAM）和精心设计的原型滤波器，有效解决了子载波间的干扰问题，且无需循环前缀（CP），显著提升了频谱效率。

功能特性

1. 采用PhyDYAS原型滤波器设计，支持重叠因子K=4的脉冲成形。
2. 实现了完整的OQAM调制逻辑，包括实虚部分离、时间交错偏移以及关键的相位旋转因子的应用。
3. 包含基于重叠相加法（Overlap-and-Add）的综合滤波器组（SFB）调制过程。
4. 实现了分析滤波器组（AFB）解调过程，涵盖了匹配滤波、多相分量累加处理及FFT变换。
5. 能够自动计算不同信噪比（SNR）下的误码率（BER），并生成性能评估曲线。
6. 提供多维度的可视化分析，包括时域波形、接收端星座图、滤波器冲激响应以及信号功率谱密度（PSD）。

系统要求

1. 运行环境：MATLAB R2016b 及以上版本。
2. 所需工具箱：Signal Processing Toolbox（信号处理工具箱）、Communications Toolbox（通信工具箱）。

实现逻辑与算法分析

系统严格遵循OFDM/OQAM的信号处理流程，具体步骤如下：

1. 信号参数规划 系统默认配置子载波数量为64，重叠因子为4。采用16QAM调制作为基础映射方式。仿真循环通过特定的信噪比范围（0dB至20dB），以获取完整的性能曲线。

2. PhyDYAS原型滤波器设计 利用频率抽样法设计原型滤波器。针对K=4，代码中使用了特定的系数（0.97195983, 0.7071, 0.23514708）进行频域构造，通过余弦和运算生成时域脉冲。最后进行能量归一化处理，确保滤波过程不改变信号功率。

3. OQAM调制映射 这是系统的核心。首先将QAM复合符号拆分为实部和虚部，将其在时间轴上交错排列，使得符号速率加倍。随后引入相位因子 $theta = pi/2 * (k+n)$，其中k为子载波索引，n为符号索引。这一步骤是保证在解调端通过提取实部来消除相邻子载波干扰的关键。

4. 综合滤波器组（SFB）处理 调制过程采用IFFT与多相滤波。对于每个OQAM符号，进行IFFT变换后，将其与原型滤波器 $h$ 进行逐点相乘。利用重叠相加法（Overlap-and-Add），每隔 $N/2$ 个采样点移动一次位置并进行累加，构造出最终的连续时域发送信号。

5. 信号过信道与噪声添加 发送信号通过内建函数模拟AWGN信道，根据设定的SNR加入相应功率的高斯噪声。

6. 分析滤波器组（AFB）解调 接收端按 $N/2$ 的步长截取长度为 $L$ 的信号段，并应用原型滤波器进行匹配滤波。为了提高计算效率，系统采用了多相结构的简化处理：将滤波后的 $L$ 点信号分为 $K$ 段并进行累加，最后通过一次FFT变换还原出各个子载波上的数据。

7. 信号恢复与BER统计 解调后的数据首先通过逆相位旋转还原原始分量。基于FBMC的正交性原理，仅提取结果的实部。最后将两个连续的OQAM符号重新组合为QAM符号，进行去映射处理并统计比特错误率。

关键函数与实现细节说明

1. 脉冲成形（Pulse Shaping）： 代码中通过 ifft_ext .* h 实现了非矩形窗口的成形，这大大降低了系统带外辐射。
2. 相位补偿： 调制端使用 exp(1i * theta)，接收端对应使用 exp(-1i * theta)，这是维持子载波间准正交性的物理基础。
3. 频谱分析： 使用 periodogram 函数分析发送信号的功率谱，直观展示了FBMC在频谱截断上的优异表现。
4. 性能评估： 通过 semilogy 绘制BER曲线，清晰展示了随信噪比增加系统性能的提升情况，并与理论QAM性能进行对比参考。

使用方法

1. 打开MATLAB软件。
2. 将仿真脚本文件放置在MATLAB当前的工作路径下。
3. 在命令行窗口直接调用主函数运行。
4. 仿真结束后，程序将自动弹出两个窗口：

- 窗口1：展示信号时域波形、解调星座图、原型滤波器特性及功率谱。 - 窗口2：展示BER随SNR变化的统计曲线。

1. 最终的误码率数值会详细输出至MATLAB的命令行终端。