▲基于4ASK调制解调+LDPC编译码通信链路matlab误码率仿真

fpga和matlab

于 2025-03-19 02:26:42 发布

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分类专栏： FPGA/MATLAB精品资源专栏文章标签： matlab 4ASK 调制解调 LDPC 编译码通信链路

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1.4ASK调制原理

ASK即“幅移键控”又称为“振幅键控”，其中2ASK又称为“开关键控”（通断键控）的，所以又记作OOK信号。ASK是一种相对简单的调制方式。幅移键控（ASK）相当于模拟信号中的调幅，只不过与载频信号相乘的是二进制数码而已。幅移就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，信息比特是通过载波的幅度来传递的。

MASK，又称多进制数字调制法。在二进制数字调制中每个符号只能表示0和1(+1或-1)。但在许多实际的数字传输系统中却往往采用多进制的数字调制方式。与二进制数字调制系统相比，多进制数字调制系统具有如下两个特点：第一：在相同的信道码源调制中，每个符号可以携带log2M比特信息，因此，当信道频带受限时可以使信息传输率增加，提高了频带利用率。但由此付出的代价是增加信号功率和实现上的复杂性。第二，在相同的信息速率下，由于多进制方式的信道传输速率可以比二进制的低，因而多进制信号码源的持续时间要比二进制的宽。加宽码元宽度，就会增加信号码元的能量，也能减小由于信道特性引起的码间干扰的影响等。

在 4ASK 调制中，我们要将二进制信息序列映射到不同幅度的载波信号上。设输入的二进制信息序列为{bn}，每两个二进制位构成一组，共有种组合00、01、10、11。

载波信号

根据上述映射关系，4ASK调制信号可以表示为：

2. 4ASK解调原理

相干解调过程

非相干解调过程

二进制2ASK与四进制MASK调制性能的比较：

在相同的输出功率和信道噪声条件下，MASK的解调性能随信噪比恶化的速度比OOK要迅速得多。这说明MASK应用对SNR的要求比普通OOK要高。在相同的信道传输速率下M电平调制与二电平调制具有相同的信号带宽。即在符号速率相同的情况下，二者具有相同的功率谱。

虽然，多电平MASK调制方式是一种高效率的传输方式，但由于它的抗噪声能力较差，尤其是抗衰落的能力不强，因而它一般只适宜在恒参信道下采用。

本课题采用的是相干解调。

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2ASK调，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2ASK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

58..................................
%%
%4ASK
CARRIER=[];
sa  = sin(2*pi*f1*t); % 生成零信号（对应比特0）
sa0 = 0*sin(2*pi*f1*t); % 生成零信号（对应比特0）
sa1 = 0.25*sin(2*pi*f1*t); % 生成载波信号（对应比特1）
sa2 = 0.5*sin(2*pi*f1*t); % 生成载波信号（对应比特2）
sa3 = 0.75*sin(2*pi*f1*t); % 生成载波信号（对应比特3）
% 调制
ask=[]; % 初始化ASK信号
for i=1:Num
    if bits(i)==0
        ask=[ask sa0]; % 如果比特为1，添加sa1到ASK信号
    end
    if bits(i)==1
        ask=[ask sa1]; % 如果比特为1，添加sa1到ASK信号
    end
    if bits(i)==2
        ask=[ask sa2]; % 如果比特为1，添加sa1到ASK信号
    end
    if bits(i)==3
        ask=[ask sa3]; % 如果比特为1，添加sa1到ASK信号
    end
    CARRIER=[CARRIER,sa];
end



%%
Ydemod  = ask.*CARRIER;

Ydemod  = awgn(Ydemod,SNR(ij2),'measured');
%转换为二进制
yod2=func_dec2bin(yod);

sigma = sqrt(1./(10^(SNR(ij2)/20)*R));  
z_hat = func_Dec(2*yod2-1,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(1:end));
end
end

figure;
semilogy(SNR,mean(err,2),'b-s');
grid on
xlabel('SNR');
ylabel('error');
title('4ASK+LDPC调制解调误码率曲线');


if max_iter==2
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