▲基于2FSK调制解调+LDPC编译码通信链路matlab误码率仿真

fpga和matlab

于 2025-03-05 23:12:08 发布

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分类专栏： FPGA/MATLAB精品资源专栏文章标签： matlab 2FSK LDPC 编译码

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1. 2FSK调制原理

FSK（Frequency Shift Keying）是频移键控的缩写，它是一种常用的数字调制方法。FSK调制信号的产生原理基于载波频率的变化来传递数字信息。在FSK中，不同的二进制数据位被映射到不同的载波频率上。以下是对FSK调制信号产生原理的详细介绍：

FSK调制的基本原理是利用载波信号的频率变化来传递数字信息。在二进制FSK中，数据以0和1的形式表示，其中0对应于一个特定的载波频率f1，而1对应于另一个特定的载波频率f2。因此，二进制数据位被映射到不同的载波频率上。

对于FSK调制，一个基本的数学模型可以表示为：

为了实现FSK调制，需要将已编码的二进制数据转换为相应的频率信号。这可以通过使用基于时间的数字信号处理技术来实现。

在实际应用中，FSK调制具有抗衰落能力较强、频带利用率较高等优点。因此，在一些衰落信道中如移动通信系统中得到广泛应用。然而，FSK也存在一些缺点如对定时和相位噪声较为敏感等。因此，在选择使用FSK调制时需要根据具体的应用场景和信道条件进行综合考虑。

2. 2FSK解调原理

相干解调:相干解调需要在接收端恢复与发送端载波同频同相的本地载波，通过与接收信号相乘和低通滤波来恢复基带信号。

非相干解调:非相干解调不依赖于本地载波的相位信息，常用的方法是包络检波。

2FSK调制是一种利用不同载波频率传输二进制信息的调制方式，通过选择不同的载波频率，将数字信息调制到高频载波上。在解调时，可以采用相干或非相干的方法，相干解调需要精确的载波同步，性能较好；非相干解调实现相对简单，但性能稍差。其功率谱密度反映了信号在频域的分布，误码率则描述了在噪声环境下的性能。在实际应用中，根据系统要求和复杂度权衡选择合适的调制解调方案。

3.LDPC编译码

LDPC码作为一种前向纠错码，具有卓越的性能，其纠错能力能够接近香农极限。这意味着在理论上，LDPC码能够在极低的信噪比条件下实现可靠的数据传输，大大提高了通信系统的效率和可靠性。在深空通信中，由于信号传输距离极远，信号强度会随着距离的增加而急剧衰减，导致信噪比极低。LDPC码的应用能够在这种恶劣的信道条件下，有效地纠正传输过程中产生的错误，确保数据的准确传输。

LDPC码的校验矩阵具有稀疏性，这是其区别于其他编码的重要特性之一。稀疏校验矩阵意味着矩阵中大部分元素为零，只有少数元素为非零值。这种稀疏性使得 LDPC 码在编码和解码过程中具有较低的复杂度，因为在矩阵运算中，与零元素的运算可以省略，从而减少了计算量和存储需求。与一些传统的编码方式相比，如卷积码，其校验矩阵相对密集，在处理长码长时，计算复杂度会显著增加，而LDPC码的稀疏校验矩阵则能够有效地避免这一问题，使得在处理长码长数据时仍能保持较低的计算复杂度。

完整链路流程为：

1.信息比特 u → LDPC编码 → 码字c

2.BPSK调制 → 信道传输 → 接收信号y

3.LDPC译码 → u^

在发送端，原始信息比特先经过LDPC编码，增加冗余信息以提高纠错能力；然后进行2FSK 调制，将数字信号转换为适合信道传输的模拟信号；经过信道传输后，在接收端先进行2FSK 解调，得到解调后的信号；再进行LDPC译码，恢复出原始信息比特。

4.MATLAB程序

54.................................................
Ydemod1  = fsk.*CARRIER1;
Ydemod2  = fsk.*CARRIER2;
w        = hamming(241);
yfilter1 = filter(w,1,Ydemod1);
yfilter2 = filter(w,1,Ydemod2);
 

%判决
yod     = [];
for i=1:Num
    tmps1 = yfilter1(4*Nsamp*(i-1)+Nsamp:4*Nsamp*i-Nsamp);
    tmps2 = yfilter2(4*Nsamp*(i-1)+Nsamp:4*Nsamp*i-Nsamp);
    if mean(tmps1)>mean(tmps2)
       yod     = [yod,1];
    else
       yod     = [yod,0];
    end

end
sigma = sqrt(1./(2*10^(SNR(ij2)/10)*R));  
z_hat = func_Dec(2*yod'-1,sigma,H,max_iter);
x_hat = [z_hat(size(G,2)+1-size(G,1):size(G,2))]';
err(ij2,kk) = 1-length(find(bits0(1:end)==x_hat(1:end)))/length(x_hat);
end
end



figure;
semilogy(SNR,mean(err,2),'-b^',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.2,0.9,0.5]);
grid on
xlabel('SNR');
ylabel('error');
title('2FSK+LDPC误码率曲线');


if max_iter==1
save R21.mat SNR err
end
if max_iter==3
save R22.mat SNR err
end
if max_iter==30
save R2.mat SNR err
end