基于Simulink的OFDM全链路信道编码仿真系统

资 源 简 介

本项目基于MATLAB/Simulink平台构建，实现了一套完整的OFDM（正交频分复用）基带物理层传输链路。系统研发流程首先利用dec_to_bi模块将十进制信息源高效转换为同步二进制序列，随后引入加扰器（Scramble）对原始比特流执行随机化处理，以破除数据相关性、增加信号的随机性并改善频谱特性。为增强系统的抗干扰能力，核心架构深度整合了卷积编码处理（convo_process）与交织（Interleaving）技术，通过加入特定的前向纠错冗余信息并对符号在时间或频率维度进行重排，显著提升了系统在复

详 情 说 明

基于Simulink流程的OFDM全链路仿真系统

本系统是一个基于物理层传输逻辑构建的OFDM（正交频分复用）基带通信仿真平台。它模拟了从比特流生成到信号接收还原的完整信号处理流程，旨在量化分析现代无线宽带通信中信道编码与多载波调制协同工作的性能表现。

功能特性

1. 完整链路模拟：涵盖了数据生成、源随机化、纠错编码、交织对抗受损、高阶星座映射、OFDM符号调制、高斯信道模拟及对应的接收端处理过程。
2. 强大的纠错能力：深度整合了卷积编码与维特比硬判决译码技术，并配合块交织技术提升系统在频率选择性衰落或突发错误环境下的稳健性。
3. 参数化配置：支持自定义子载波数量、循环前缀长度、信噪比范围、调制阶数以及卷积码生成多项式等核心参数。
4. 多维度分析可视化：动态生成误码率（BER）性能曲线、发射与接收端星座图对比、时域波形图以及信号功率谱密度图。

使用方法

1. 在MATLAB环境下运行仿真主程序脚本。
2. 系统将自动执行从0dB到12dB（步进2dB）的信噪比遍历仿真。
3. 仿真运行期间，系统会处理多个OFDM符号，并实时计算各个信噪比下的误码率。
4. 运行结束后，系统会自动弹出四个可视化图表窗口供性能分析参考。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2020a 或更高版本。
2. 必备工具箱：Communications Toolbox（通信工具箱）以及 Signal Processing Toolbox（信号处理工具箱）。

核心实现逻辑与算法分析

1. 数据源处理与加扰

系统首先生成随机的十进制信息源，并通过位拆分算法将其转换为二进制比特流。为了消除数据中的相关性并改善信号的功率谱特性，系统实现了一个采用 1 + x^4 + x^7 特征多项式的加扰器。该模块利用线性反馈移位寄存器（LFSR）对原始比特进行逻辑异或处理，实现信号的随机化。

2. 信道编码与交织

为了增强抗干扰能力，系统采用了约束长度为7、生成多项式为[171 133]的标准卷积编码（码率为1/2）。编码后的数据进入块交织器，通过行列置换（深度设为48位）打破比特流在时间或频率上的连续性，有效抵御无线信道中的突发性深衰落。

3. 星座映射与多载波调制

系统采用QPSK（正交相移键控）调制，将重排后的比特映射到复平面上的特定相位（左偏45度格雷码映射）。随后，系统执行逆快速傅里叶变换（IFFT），将频域的并行符号映射到64个相互正交的子载波上。为了消除多径干扰导致的符号间干扰（ISI），在每个OFDM符号前添加了长度为16的循环前缀（CP）。

4. 信道模拟

系统模拟加性高斯白噪声（AWGN）信道环境。在计算信道噪声时，系统根据当前的调制阶数和编码码率精确计算每比特能量（Eb/No），以准确评估系统在不同物理信噪比环境下的纯理论性能表现。

5. 符号同步与接收端处理

接收端首先对连续时域波形进行串并转换，精确去除16个采样点的循环前缀。随后通过快速傅里叶变换（FFT）将信号还原至频域进行星座解映射。解调后的比特流依次通过解交织器还原原始顺序，并送入维特比译码器。

6. 维特比译码与解扰

译码器采用硬判决维特比算法进行纠错处理，其回溯长度设为32。通过最大似然路径搜索，系统能够有效修复信道传输过程中产生的随机误码。最后，对比特流执行与发送端相同的异或加扰算法（解扰）以恢复最初的信息源。

7. 性能量化与可视化分析

系统通过比对原始发送比特与最终接收比特来计算误码率（BER）。

• 误码率曲线：展示了随着Eb/No提升，卷积编码对OFDM系统性能改善的线性关系。
• 星座图对比：直观反映了噪声对QPSK信号相位分布的影响。
• 频谱特性：利用周期图法生成的功率谱图清晰展示了OFDM信号特有的矩形包络结构。