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基于MATLAB的FTN调制和硬判决的实现

article 2025/9/6 9:56:24

在数字通信中，FTN（Full-Transmit-Null）是一种调制技术，用于在有限带宽的信道中传输数据。FTN调制通过在符号之间插入零值，使得频谱在符号速率的整数倍处为零，从而减少频谱重叠。硬判决是一种简单的解调方式，根据接收信号的幅度或相位直接判断符号。

基于MATLAB的FTN调制和硬判决的实现示例，包括不同压缩因子（如0.8、0.7、1）的影响。

1. FTN调制

FTN调制通过在符号之间插入零值来实现。压缩因子（shadow factor）决定了符号之间的零值数量。压缩因子为1表示没有压缩，符号之间没有插入零值；压缩因子小于1表示有压缩，符号之间插入零值。

1.1 生成FTN调制信号

function [tx_signal, tx_signal_compressed] = ftn_modulate(data, M, shadow_factor)% 参数：% data: 输入数据，一个行向量% M: 调制阶数（例如，M=4表示QPSK）% shadow_factor: 压缩因子（例如，0.8、0.7、1）% 将数据映射到星座点constellation = exp(1j * 2 * pi * (0:M-1) / M);tx_signal = constellation(data);% 插入零值以实现FTN调制num_zeros = floor(1 / shadow_factor) - 1;tx_signal_compressed = zeros(1, length(tx_signal) * (num_zeros + 1));tx_signal_compressed(1:1+num_zeros:end) = tx_signal;
end

2. 硬判决

硬判决是一种简单的解调方式，根据接收信号的幅度或相位直接判断符号。FTN传输端的发送以及硬判决，含有发送波形不同压缩影子0.8 0.7 1

2.1 硬判决解调

function demodulated_data = hard_decision(rx_signal, M)% 参数：% rx_signal: 接收信号% M: 调制阶数（例如，M=4表示QPSK）% 生成星座点constellation = exp(1j * 2 * pi * (0:M-1) / M);% 硬判决解调demodulated_data = zeros(1, length(rx_signal));for i = 1:length(rx_signal)[~, idx] = min(abs(rx_signal(i) - constellation));demodulated_data(i) = idx - 1;end
end

3. 仿真示例

以下是一个完整的仿真示例，包括FTN调制、信道传输和硬判决解调。

3.1 生成随机数据

% 参数设置
M = 4; % 调制阶数（QPSK）
data_length = 1000; % 数据长度
shadow_factors = [0.8, 0.7, 1]; % 压缩因子% 生成随机数据
data = randi([0, M-1], 1, data_length);

3.2 FTN调制

% 初始化发送信号
tx_signals = cell(1, length(shadow_factors));% 对每个压缩因子进行FTN调制
for i = 1:length(shadow_factors)[tx_signal, tx_signal_compressed] = ftn_modulate(data, M, shadow_factors(i));tx_signals{i} = tx_signal_compressed;
end

3.3 信道传输

假设信道是加性高斯白噪声（AWGN）信道。

% 信道噪声
snr_db = 20; % 信噪比（dB）
rx_signals = cell(1, length(shadow_factors));
for i = 1:length(shadow_factors)rx_signals{i} = awgn(tx_signals{i}, snr_db, 'measured');
end

3.4 硬判决解调

% 初始化解调数据
demodulated_data = cell(1, length(shadow_factors));% 对每个接收信号进行硬判决解调
for i = 1:length(shadow_factors)demodulated_data{i} = hard_decision(rx_signals{i}, M);
end

3.5 计算误码率

% 计算误码率
ber = zeros(1, length(shadow_factors));
for i = 1:length(shadow_factors)ber(i) = sum(data ~= demodulated_data{i}(1:data_length)) / data_length;
end% 显示结果
disp('误码率：');
disp(ber);

4. 结果分析

通过上述仿真，可以观察到不同压缩因子对误码率的影响。通常，压缩因子越小，符号之间的零值越多，频谱重叠越少，误码率越低。然而，压缩因子越小，频谱效率也越低。

5. 可视化

绘制发送信号和接收信号的波形，以便直观观察FTN调制和信道传输的效果。

5.1 绘制波形

% 绘制发送信号和接收信号
figure;
for i = 1:length(shadow_factors)subplot(length(shadow_factors), 2, 2*i-1);plot(real(tx_signals{i}));title(['发送信号，压缩因子 = ', num2str(shadow_factors(i))]);xlabel('样本');ylabel('实部');subplot(length(shadow_factors), 2, 2*i);plot(real(rx_signals{i}));title(['接收信号，压缩因子 = ', num2str(shadow_factors(i))]);xlabel('样本');ylabel('实部');
end