多进制幅度键控MASK调制与星座图映射仿真系统

资 源 简 介

本程序专注于实现2-ASK、4-ASK及8-ASK信号的数字调制过程及其在复平面上的星座图表示。程序的核心功能是通过软件模拟发射机的基带处理流程，首先利用伪随机序列生成模块产生原始二进制信息流。随后，根据用户指定的调制阶数（M=2, 4, 8），程序将对输入比特进行分组，并执行格雷码（Gray Code）映射，以有效降低系统在解调过程中的误码率。在映射阶段，程序算法会将二进制码字精确对应到实数轴上的不等幅度电平上。为了展示星座图，程序通过构建解析信号，将一维的幅度变化扩展至复平面坐标系中进行绘图，直观反映

详 情 说 明

基于MATLAB的多进制幅度键控（MASK）调制与星座图映射仿真系统

项目介绍

本项目提供了一个完整的MATLAB仿真环境，用于研究和演示多进制幅度键控（MASK）调制技术。该系统覆盖了从原始二进制比特流生成到最终星座图可视化的全过程，支持2-ASK、4-ASK及8-ASK三种典型配置。通过该仿真系统，用户可以直观地观察不同调制阶数下信号的波形特征、映射逻辑以及在复平面上的欧氏距离分布。项目利用格雷码（Gray Code）映射技术优化传输效率，并模拟了信号在信道中的微小扰动，是学习数字调制理论、评估系统性能的理想工具。

功能特性

• 支持多种调制阶数：程序内置了对2-ASK、4-ASK和8-ASK的全面支持，可自动适配不同阶数下的比特分组。
• 格雷码逻辑实现：通过算法确保相邻信号点之间仅有一个比特差异，有效降低系统在高斯白噪声环境下的误比特率。
• 参数化配置：允许自定义采样率、符号率、信号增益以及仿真符号总数，方便用户模拟不同的物理链路条件。
• 高质量可视化：同时生成时域波形图与星座图。星座图包含理想信号点与带噪声的接收样本点，便于对比分析。
• 完备的数据输出：控制台会实时打印各个调制阶数下的二进制索引、格雷值与幅度电平的逻辑对照表。

系统要求

• 软件平台：MATLAB R2016b 或更高版本。
• 依赖工具箱：主要使用MATLAB核心函数库，自定义实现的二进制转十进制算法不依赖外部通信工具箱。

使用方法

1. 启动MATLAB软件并将工作目录切换至程序所在文件夹。
2. 在命令行窗口直接运行主程序函数。
3. 程序将自动弹出一个图形窗口，展示2/4/8-ASK的时域波形与星座图分布。
4. 在MATLAB命令行窗口查看输出的映射关系表，验证格雷码编码结果。
5. 根据需要修改程序顶部的参数（如gain或num_symbols）重新运行以观察不同效果。

实现功能与逻辑说明

程序通过一个主循环依次处理M=2, 4, 8的情况，具体逻辑步骤如下：

1. 信号源生成：利用随机数生成函数产生指定数量的二进制比特流。比特流的总长度由符号数与当前调制阶数对应的比特位数（log2 M）共同决定。
2. 比特分组与进制转换：程序将一维比特流重新排列为矩阵，每行代表一个符号。通过自定义转换函数将每一组比特从高位到低位计算为对应的十进制数值。
3. 格雷码映射：应用位运算逻辑（Bin XOR [Bin >> 1]）将生成的十进制索引转换为格雷码索引，确保信号星座点在空间分布上的逻辑优化。
4. 幅度映射逻辑：程序将格雷码映射到对称的实数电平上。映射公式根据调制阶数动态调整，生成以零为中心的等间距电平序列（-M+1 到 M-1），并乘以增益系数。
5. 时域信号合成：采用过采样技术，利用元素重复函数实现矩形脉冲成形，将离散的符号序列扩展为符合采样频率要求的时域连续信号。
6. 复平面坐标构建：将一维的幅度信息扩展到复平面（虚部设为0），生成用于星座图绘制的坐标点。
7. 噪声模拟与输出：在绘图阶段，程序为信号添加了零均值高斯分布的微量扰动，模拟真实信道中的接收情况，并同步展示理想点与测量点的分布。

关键函数与算法分析

• 二进制转十进制算法（自定义函数）：该算法通过循环累加各比特位与2的幂次之积，实现了将符号矩阵转换为数值向量的功能，默认输入的第一列为最高有效位（MSB），确保了与标准格雷码转换逻辑的兼容性。
• 格雷码编码算法：通过位异或运算（bitxor）与整除运算实现。该算法是数字通信中降低误码率的核心手段，使得在幅度变化越过判决门限时，错误的比特数尽可能最小。
• 电平归一化映射算法：使用公式 (2 * index - (M - 1)) 自动生成对称电平。例如在4-ASK下，将索引0, 1, 2, 3映射为 -3, -1, 1, 3。这一算法保证了调制信号的平均功率平衡且具有最大的最小欧氏距离。
• 可视化绘图逻辑：采用subplot多图布局方式。时域波形限制展示前20个符号以保证细节清晰；星座图则利用实部与虚部分离的原理，通过点阵描绘出MASK信号在一维实轴上的分布特征。