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【MATLAB源码-第262期】基于simulink的OFDM+QPSK多径信道下图片传输系统仿真，多径数目为5，子载波64，对比前后的图片

article 2025/3/20 2:27:47

操作环境：

MATLAB 2022a

1、算法描述

在现代无线通信系统中，正交频分复用（OFDM）是一种广泛使用的技术。OFDM是一种多载波调制技术，通过将数据分割成多个低速率的数据流，并使用不同的子载波进行传输来提高系统的频谱效率。这种技术的一个显著优势是能够有效应对多径信道对信号的干扰，使其成为无线通信、数字电视、Wi-Fi等领域的核心技术之一。

OFDM-QPSK图片传输系统概述

我们要讨论的系统是一个基于OFDM与QPSK调制的图片传输系统。其主要任务是将一幅图片数据通过无线信道传输，在接收端重建出原始图像。在这个系统中，主要采用了四相移键控（QPSK）作为调制方式，并使用OFDM来对信号进行频分复用，确保数据的可靠传输。

图像的处理与调制

首先，我们将图片作为输入数据。图片通常以二维数组的形式存储，每个像素点的灰度值介于0到255之间。为了适应调制器的输入格式，我们将图片中的灰度值数据转换为一维数组，然后通过某种编码方式将数据值转换为合适的符号形式。在这个系统中，图片中的数据被编码为四进制形式，即每个像素的灰度值被映射为四种可能的符号（例如[0, 1, 2, 3]）。这些符号之后将会被调制为无线电波信号。

调制的过程采用了QPSK，即四相移键控，这是一种常见的调制方式。在QPSK中，输入数据被映射到四个不同的相位角上，每个符号代表两个比特的信息。QPSK相较于其他调制方式能够在一定的带宽内传输更多的信息，因此非常适合图像等大数据量的传输。在本系统中，每一组图像数据符号经过QPSK调制后，转化为传输信号。由于QPSK能够一次性传输两个比特的信息，它相对于传统的二进制相移键控（BPSK）在频谱效率上有较大的提升。

OFDM的作用与信号传输

为了提高传输效率并克服多径信道带来的干扰，系统采用了OFDM技术。OFDM通过将数据流分成多个并行的子流，每个子流占用一个独立的子载波进行传输。每个子载波都具有较低的符号速率，从而降低了符号间干扰的可能性。由于OFDM的子载波相互正交，它们在频谱上不会相互干扰，这使得数据传输更加高效。

OFDM的一个关键步骤是利用逆快速傅里叶变换（IFFT）将调制后的信号从频域转换到时域，并附加上循环前缀。循环前缀是一种在每个OFDM符号前加上的冗余数据，用于防止多径信道引发的符号间干扰。OFDM系统的这种设计能够在接收端有效地对抗多径传播中的延迟问题，从而保证数据的完整性。

在信号调制并添加循环前缀后，整个系统的传输信号就可以通过无线信道发送出去。在传输过程中，信号可能会受到不同信道条件的影响，尤其是在存在多径传播的环境中。

多径信道的影响

多径传播是无线通信中常见的一种现象，指的是发射的无线信号经过多条路径到达接收端的情况。这些路径可能由于建筑物、地面、障碍物等的反射、折射和散射产生。不同路径上的信号会有不同的时延和衰减，这种现象会导致接收到的信号是多个时间和幅度不同的信号的叠加，最终影响到数据的恢复。这就是所谓的频率选择性衰落。

多径信道的影响会导致符号之间的干扰，特别是在符号时延和衰落严重的情况下，接收端很难正确地恢复出原始数据。为了减小多径传播对系统性能的影响，OFDM采用了循环前缀和频域均衡的方法。循环前缀在某种程度上可以视为为多径信号的到达提供了一些缓冲区，允许接收端在符号时延较小的情况下正确地恢复数据，而频域均衡则可以根据导频符号估计信道响应，并将其应用于所有数据符号，从而补偿多径信道带来的信号衰减和相位偏移。

在接收端，OFDM的解调过程与发射端正好相反。首先接收信号经过快速傅里叶变换（FFT）从时域转换到频域，然后通过均衡来补偿信道对信号的影响。接收端使用导频符号来估计信道响应，利用这些信息恢复原始的星座图符号。

信号解调与图片恢复

在信号解调后，接收到的QPSK调制符号被映射回原始的二进制数据，这些数据再经过解码，恢复为四进制形式的图像数据。通过适当的处理，原始的图像像素值被重新构建并恢复成二维图像。由于OFDM的抗干扰能力和QPSK的高效调制方式，传输过程中即便受到多径效应的影响，系统依然能够正确解调并恢复大部分原始图像信息。