基于BPSK调制的OFDM系统误码率仿真分析

资 源 简 介

本项目旨在通过MATLAB平台构建一个完整的正交频分复用（OFDM）通信系统仿真链路，专门用于评估和分析在采用二进制相移键控（BPSK）调制方案时系统在加性高斯白噪声（AWGN）信道环境下的误码率（BER）表现。系统的核心实现逻辑涵盖了从信号源产生到接收端还原的全过程：首先生成随机的二进制比特流，并利用BPSK调制算法将其映射为复数星座点；随后通过快速傅里叶逆变换（IFFT）将频域符号转换为时域样点，实现在多个正交子载波上的并行传输；在时域符号前部插入循环前缀（CP）以对抗符号间干扰（ISI）；信号经过模

详 情 说 明

基于BPSK调制的OFDM系统误码率性能仿真分析项目

项目介绍

本项目通过MATLAB平台构建了一个完整的正交频分复用（OFDM）通信系统仿真链路。项目的核心目标是评估在二进制相移键控（BPSK）调制方案下，OFDM系统在加性高斯白噪声（AWGN）信道环境中的误码率（BER）性能。通过对比实验仿真曲线与理论BPSK性能曲线，验证OFDM多载波传输系统的有效性、参数设计的合理性以及信号处理算法的准确性。

功能特性

• 全链路仿真：涵盖从随机比特生成到解调还原的闭环物理层仿真。
• 多载波处理：利用快速傅里叶逆变换（IFFT）和快速傅里叶变换（FFT）实现子载波的正交调制与解调。
• 防护间隔机制：支持循环前缀（CP）的添加与去除，模拟对抗码间干扰（ISI）的标准操作。
• 精确信噪比对齐：在计算功率谱密度时，考虑了循环前缀所占用的功率损耗，确保仿真结果与理论值的严谨对比。
• 自动可视化分析：仿真结束后自动生成半对数坐标（semilogy）的误码率性能对比曲线，并输出详细的数据汇总表。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2020a 或更高版本。
• 工具箱需求：通信工具箱（Communications Toolbox），用于误码率计算和AWGN信道模拟。

实现逻辑与功能说明

仿真流程严格按照现代数字通信系统逻辑执行：

1. 参数配置阶段：设置子载波总数为64，循环前缀比例为25%。通过预设的总比特数自动计算所需的OFDM符号数量，确保数据能够完整映射到并行子载波上。

1. 信号产生与调制：

* 生成均匀分布的随机二进制流。 * 应用BPSK映射算法：将逻辑0映射为复数点-1，逻辑1映射为复数点1。该方式实现简单且具有恒包络特性。

1. 频域至时域转换：

* 对并行化的BPSK符号执行串并转换。 * 执行IFFT运算，将频域子载波上的数据转换为时域样点，从而实现多载波的正交复用。

1. 循环前缀处理：

* 提取时域符号尾部的样点并复制到符号前端。 * 在AWGN环境下，虽然没有多径干涉，但此步骤模拟了标准OFDM帧结构，保证了系统模型的完整性。

1. 信道传输模拟：

* 根据设定的Eb/No（单位比特能量与噪声功率谱密度之比）计算实际SNR。 * 通过加上噪声层模拟信号在空间传输中的损耗，使用的是基于实测功率水平的加性高斯白噪声函数。

1. 接收端还原处理：

* 对接收信号进行重组，剥离位于符号头部的循环前缀。 * 执行FFT运算，将信号从时域转换回频域，提取出各个子载波上的复数符号。

1. 判决与性能评估：

* 对复数符号进行硬判决：仅提取实部信息，若实部大于0则判决为1，否则判决为0。 * 统计误码个数并计算实际误码率。 * 同步计算理论BPSK误码率值。

关键算法与实现细节分析

• 能量归一化与SNR计算：代码中使用了公式 snr = curr_ebno + 10*log10(k) + 10*log10(N_subcarriers / (N_subcarriers + N_cp))。这一步至关重要，它补偿了因为加入循环前缀而导致的冗余功率开销，使得仿真得到的BER曲线能准确地落在理论线上。
• 正交性保障：通过IFFT/FFT对的分离，确保了在理想同步条件下，各个子载波之间互不干扰，即使子载波频谱在频域上有重叠，也能准确还原。
• 判决逻辑简化：由于BPSK调制仅在实轴（同相分量）上分布，解调过程舍弃虚部，有效降低了噪声对判决决策的影响。
• 统计验证：通过迭代不同的Eb/No值（0dB至12dB），系统能够全面展示在不同信道条件下OFDM系统的健壮性。仿真结果显示，仿真曲线与理论 erfc 函数曲线高度重合。