【MATLAB源码-第285期】基于MATLAB的OFDM系统仿真：采用Turbo编码和QPSK调制方式的误码率曲线分析

操作环境：

MATLAB 2022a

1、算法描述

在现代无线通信领域，正交频分复用（OFDM）技术因其优越的频谱效率和抗干扰能力而成为核心技术之一。OFDM通过将高速数据流分解为多个低速数据流，能够有效应对多径传播导致的符号间干扰。在本系统中，采用了Turbo编码来提升数据传输的可靠性，并使用QPSK调制技术，以便在高频谱效率的基础上实现良好的抗噪声性能。

整个系统的工作流程从数据生成开始。首先，我们生成一个随机比特序列，作为待传输的数据。这些比特将通过QPSK调制转换为复数符号，每两个比特映射为一个符号，使得信号在频谱上更加紧凑。调制后的符号接着通过逆快速傅里叶变换（IFFT）进行处理，将其转换为时域信号。IFFT的过程确保了多个子载波之间的正交性，这一点在OFDM系统中至关重要，因为正交性有助于降低子载波之间的干扰。

为了进一步增强系统的抗干扰能力，我们向每个OFDM符号添加了循环前缀（CP），该过程在传输前是必要的，以避免多径传播造成的符号间干扰。生成的OFDM信号会通过模拟的信道进行传输。信道模型通常采用瑞利衰落模型，能够较好地反映实际无线信道中的多径传播特性。同时，加性高斯白噪声（AWGN）被引入以模拟信号在传输过程中的噪声影响，这一过程能够有效地模拟真实环境中的信号传播。

在接收端，首先需要去除循环前缀，然后通过快速傅里叶变换（FFT）将时域信号恢复为频域信号。此时，接收到的信号已经受到信道干扰和噪声的影响，因此需要进行信道估计和均衡处理，以恢复原始数据。接收到的频域信号经过信道估计，获得每个子载波的信号质量信息，从而为后续的解码过程提供支持。

在解码环节，系统采用Turbo编码技术。Turbo编码是一种前向纠错编码技术，通过对数据进行冗余编码，提高系统的抗误码能力。编码过程包含两个卷积编码器和一个交织器。待编码的数据首先经过第一个卷积编码器，生成带有冗余信息的编码比特。接着，交织器将这些编码比特重新排列，以减少误码之间的相关性。交织后的数据再送入第二个卷积编码器进行编码，最终生成由两个编码器的输出和原始输入数据组成的编码序列。Turbo编码的优势在于其强大的纠错能力，尤其是在较低信噪比条件下，能够显著提高数据恢复的准确性。

解码过程采用迭代方式进行，接收端首先对接收到的信号进行信道估计，以获取软信息作为解码的初始输入。在第一轮解码中，接收信号输入到第一个卷积解码器，获得初步的比特估计。这一过程结合了交织后的信息，以进一步提高解码性能。接下来的步骤中，获得的比特估计被反馈到第二个卷积解码器，再经过一次解码处理。这个迭代过程将不断进行，每一轮解码都利用最新的软信息进行更精确的比特估计，直至满足收敛条件或达到设定的迭代次数。

系统仿真过程中，误码率（BER）是评估通信系统性能的重要指标。通过比较接收到的比特序列与原始发送的比特序列，计算出误码率，从而分析Turbo编码和QPSK调制在不同信噪比条件下的性能表现。结果表明，随着信噪比的提高，误码率逐渐降低，这显示出Turbo编码对QPSK调制的有效性。