基于Turbo编码的PLC-OFDM系统性能仿真分析

资 源 简 介

该项目旨在模拟并评估Turbo编码正交频分复用（OFDM）技术在电力线通信（PLC）信道中的传输性能。由于电力线环境极为复杂，不仅包含加性高斯白噪声（AWGN），还存在显著的非高斯脉冲噪声，传统的通信技术难以满足高可靠性传输的需求。本项目完整实现了从比特生成、Turbo编码（包含内交织和分量码）、QAM映射、OFDM子载波调制（IFFT及循环前缀插入）到电力线信道传输的全过程。在接收端，系统实现了同步、信道估计、OFDM解调以及迭代Turbo译码算法（如Log-MAP或Max-Log-MAP）。系统特别针

详 情 说 明

电力线通信(PLC)环境下基于Turbo编码的OFDM系统性能分析仿真

项目介绍

本项目是一个用于评估和分析在复杂电力线通信（PLC）环境下，结合Turbo纠错码与正交频分复用（OFDM）技术的通信系统性能的仿真平台。电力线信道不仅受多径效应和高斯白噪声影响，还存在由于电器开关等引起的严重脉冲噪声干扰。本仿真通过构建完整的信号传输链路，量化分析了系统在面对这些恶劣通信条件时的误码率（BER）表现。

功能特性

1. 完整的短帧Turbo编码体系，支持1/3码率的递归系统卷积（RSC）编码。
2. 典型的OFDM调制架构，包含IFFT子载波映射及循环前缀（CP）插入。
3. 针对性建模PLC信道特性，集成了多径滤波效应以及基于Bernoulli-Gaussian模型的非高斯脉冲噪声。
4. 接收端具备理想的信道均衡（Zero-Forcing）及基于Log-MAP近似逻辑的迭代Turbo译码功能。
5. 自动化蒙特卡洛仿真流程，支持多信噪比（SNR）点下的性能统计与可视化绘图。

系统要求

1. MATLAB R2016b 或更高版本。
2. 无需额外工具箱，所有核心算法（如编码、解调、译码）均采用原生逻辑实现。

实现逻辑与功能说明

仿真流程严格遵循现代数字信号处理步骤，主要环节如下：

1. 参数初始化：

设置OFDM子载波数量为64，循环前缀长度为16。设定Turbo编码的信息位长度（交织长度）为100比特。配置脉冲噪声的发生概率（P_impulse）和能量强度倍数（R_impulse）。

1. 信号发射端实现：

比特生成：产生随机分布的原始信息比特流。 Turbo编码：采用两个并行分量编码器。第一个分量码对原始序列进行RSC编码；第二个分量码对经过随机交织器打乱后的序列进行编码。最终将原始位、校验位1、校验位2拼接成1/3码率的码字。 QAM映射：将编码后的比特映射为4-QAM星座点。 OFDM调制：对符号序列进行分组，通过IFFT变换至时域，并在每个符号头部插入循环前缀以抑制符号间干扰（ISI）。

1. 电力线信道模拟：

多径效应：使用预设的4径离散冲击响应对信号进行卷积。 噪声叠加：产生基础的加性高斯白噪声（AWGN）。 脉冲噪声产生：利用伯努利过程随机决定脉冲发生时刻，在相应位置叠加高能量的随机高斯噪声，模拟PLC特有的瞬间电涌干扰。

1. 接收端处理：

OFDM解调：去除循环前缀（CP），通过FFT将信号恢复至频域。 频域均衡：利用已知的信道频率响应对子载波进行迫零（ZF）均衡，补偿多径衰落。 LLR计算：提取均衡后的符号，根据星座点距离计算软信息的对数似然比（LLR）。 迭代译码：在两个分量译码器之间循环交换外信道信息，通过设定的迭代次数（默认为4次）不断修正判决结果。

1. 性能评估：

遍历设定的Eb/No范围，统计每一帧的错误位。对比纯AWGN环境与含有脉冲噪声的PLC环境，最终生成误码率随信噪比变化的半对数曲线图。

关键函数与算法分析

1. 递归系统卷积（RSC）编码算法：

实现了一个约束长度为4的反馈编码器。其逻辑通过移位寄存器状态转移实现，反馈多项式和生成多项式对应八进制的11/13（或类似结构的1/3码率配置），确保了码字的系统特性和长期纠错能力。

1. 脉冲噪声生成模型：

采用Bernoulli-Gaussian模型。通过rand(size) < P_impulse生成二值遮罩，仅在遮罩有效处叠加方差倍率为R_impulse的高功率噪声。这种模型能准确模拟PLC环境中的突发性宽带干扰。

1. 迭代Turbo译码逻辑：

核心采用了分量译码器交替协作的架构。 交织与解交织：确保两个译码器处理的信息序列在时间域上是不相关的，从而通过迭代提高增益。 软判决近似逻辑：在译码器内部，利用LLR输入和外信道信息更新（Le12/Le21）进行软性判定。虽然为了运行效率采用了简化的线性近似方案代替复杂的BCJR查表计算，但仍保留了Turbo译码的核心迭代机制。

1. OFDM均衡策略：

在解调函数中，通过将接收到的FFT单元除以相应频点的信道传递函数（H_freq）来实现。此步骤假设了完美的同步和信道估计，侧重于评估编码与噪声模型对性能的影响。

使用方法

1. 在MATLAB编辑器中打开仿真主程序文件。
2. 根据需要修改参数区间的配置，如调整EbNo_dB范围或脉冲噪声参数。
3. 直接点击运行。
4. 仿真结束后，程序将自动弹出图形窗口，展示PLC脉冲环境与纯高斯环境下的BER曲线对比。