通信原理实验

《通信原理实验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信原理实验（19页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、QPSK通信系统的Monte Carlo仿真一、实验目的1、提高独立学习的能力；2、培养发现问题、解决问题和分析问题的能力；3、学习Matlab的使用；4、掌握4PSK通信系统的Mon te Carlo仿真方法；5、掌握4PSK通信系统的的组成原理；6、比较编码信号和为编码信号在随机信道中的传输，加深对纠错编码的理解；二、系统框图及编程原理实验原理PSK是利用载波的不同相位表示相应的数字信息。对于二进制相位调制(M=2)来说，两个载波相位是0和n。对于M相相位调制来说M=2k，这里k是 每个传输符号的信息比特数。4PSK是M=4的载波相位调制。这里，将理论差错概率与仿真的差错概率比较，进一步观

2、察仿真与理论值之间的 差别。同时，用不同的判决准则对接受信号进行判决。并比较两种判别方法的差 别。一.QPSK调制原理1信号能量分析一组M载波相位调制信号波形的一般表示式为u (t) = Ag (t)cos(2砒 t + 2兀m )m=0, M-1式中gT(t)是发送滤波器的脉冲形状，它决定了传输信号的频谱特性，A是信号 的幅度。注意到，PSK信号对所有m都具有相等的能量，即A 2平8 = J g 2 (t)dt = 8m 2 T sg8 代表每个传输符号的能量。s2噪声分析传输信号的信道假设被加性噪声n(t)所污损，这样信号在接收端将产生误码。 因为n(t)是功率谱为N02的白高斯过程的一个

3、样本函数，所以噪声分量*和件 就是零均值高斯型的，即E “I J = f/ E rj L) 1灰=0J 0= |d； t n / ) df = 07 0和方苴#= 1.2出r； - E-J 0jf)i-；( r)E?i(t)/i (r) .dr drv i l r)i, ( 丁:用7 - r Mrc-3.信号判决分析最佳检测器将接收信号向量r投射到M个可能的传输信号向量s 之一上去，m并选取对应于最大投影的向量。据此，得到相关准则为C（r,s ） = r - sm二0,Mlmm检测器观察到接收信号向量r二s + n，并计算r在4种可能的信号向量s上的mm投影。根据选取对应于最大投影的信号点作为

4、判决，从而判决出信号。同时，检测器的判决准则也可采用最小距离法，即利用星座图上符号间的距离进 彳丁判决，从而得到判决结果。二.Monte Carlo仿真过程仿真框图如图（一）图（一）用于Monte Carlo仿真的4PSK系统的方框图如图所示，利用一个随机数发生器，产生（0，1）范围内的随机数。再将这个范 围分成四个相等的区间（0，0.25），（0.25，0.5），（0.5，0.75），（0.75，1.0），这些子区间分别对应于00，01，11，10信息比特对，再用这些比特对来 选择信号相位向量 s 。加性噪声的同相分量和正交分量，在上面讨论过，即为 m零均值，方差为的统计独立的高斯随机变量。

5、在检测器观察到的接收信号向量 ， 利用上面讨论的两种检测方法，得到判决结果，并与传输符号作比较，最后对符 号差错和比特差错计数三、实验内容及程序分析（以下程序皆以N=1000为例%映射比较子函数%函数分为四步第一步产生随机序列，进行4PSK映射。%第二步：调用高斯高斯噪声子函数，产生正交两路高斯噪声，与输出符号序列相加 %第三步：检测接受信号%第四步：计算误码率和误比特率N=1000; %符号长度E=1; %计算噪声方差sgma=input（，方差二，）； sgma=sqrt（sgma）;% 4PSK比特映射s00=1 0;s01=0 1;s11=-1 0;s10=0 -1;%第一步产生随机序

6、列，进行4PSK映射。生成随机信源 for i=1:N, %生成随机信源temp=rand;if (temp0.25), dsource1(i)=0; dsource2(i)=0;elseif (temp0.5), dsource1(i)=0; dsource2(i)=1;elseif (temp %j化星座图函数 sgma=input(方差=);%输入方差 sgma=sqrt( sgma);%求sgma N=1000;%输入数据点数E=1 ;%单个符号能量%4PSK映射规则 s00=1 0;s01=0 1;s11=-1 0;s10=0 -1;% 化星座图%产生信源序列%for i=1:N,%

7、 a uniform random variable between 0 and 1 t emp二rand;%随机序列if (temp0.25),% With probability 1/4, source output is 00.dsource1(i)=0; dsource2(i)=0;elseif (temp0.5), dsource1(i)=0; dsource2(i)=1;elseif (temp0.75), dsource1(i)=1; dsource2(i)=0;else dsource1(i)=1;% With probability 1/4, source output is

8、 01.% With probability 1/4, source output is 10.% With probability 1/4, source output is 11.dsource2(i)=1;end;end;for i=1:N,% The received signal at the detector, for the ith symbol, is: gsrv1,gsrv2=gnguass(0,sgma);n(1)=gsrv1;n(2)=gsrv2;if (dsource1(i)=0) & (dsource2(i)=0),r00=s00+n;elseif (dsource1

9、(i)=0) & (dsource2(i)=1), r01=s01+n;elseif (dsource1(i)=1) & (dsource2(i)=0), r11=s10+n;elser10=s11+n;end;hold on;plot(r00(1),r00(2),*g,r01(1),r01(2),*r,r11(1),r11(2),*y,r10(1),r10(2),*b );titl e(sgma2二)；end;口 =ig jre 1File Edit ViLnserl Tools Desktoj Window Help 程口己日釦AI氓氓礬包毀摇FQ Note new toolbar but

10、tons: T曰他 bruwhing & Unix1-10主函数%对M=4的PSK通信系统进行蒙特卡罗仿真%echo onSNRindB1=0:2:10;SNRindB2=0:0.1:10;for i=l:leng th (SNRindBl),%计算信噪比区间大小pb , ps=cm_sm32(SNRindB1 (i); %仿真比特和符号误码率smld_bi t_ err_prb (i)=pB;%将误比特率赋值 smld_symbol_err_prb (i)=ps;%将误码率赋值 end;for i=l:length (SNRindB2),%计算信噪比区间大小 SNR=exp(SNRindB2

11、(i)*log(l0)/l0); %信噪比 theo_err_prb(i)=erfc(sqrt(2*SNR); %理论比特误码率 end;%随后绘图曲线semilogy (SNRindBl,smld_bit_err_prb,*);holdsemilogy (SNRindBl,smld_symbol_err_prb,O);semilogy (SNRindB2,theo_err_prb);gridxlabel(Eb/No in dB) ylabel(error probability) tit le(4PSK通信系统的蒙特卡洛仿真) gtext(注：“一”理论误码率；“*”误比特率；“o”误符号率

12、) 左:最大投影点准则判决右:最小距离判决N= l000岂_ _ _ _ _ i i _ _ _ _ 0 Z 3 4 5 E T B g 目 ml=凸Nn 5000orrcir 口 robabihlj/E呈巳n呂Nn 10000s -: :1:“：4:“：H:F 二“二 二“壮tlJ ii:lI: :】;n: :!-!:=:!I:!-!Ierror prob abllilb*:1D乂 atanumimTrmrri= = = = = =)= = =二二二二二二,EEEEEEEEEEErE耳.|%函数分为七步%第一步：产生随机序列%第二步：实现4码到7码的变换%第三步：进行4PSK映射。%第四步：

13、调用高斯高斯噪声子函数，产生正交两路高斯噪声，与输出符号序列相加 %第五步：7码到4码的解码%第六步：进行码元检测%第七步：计算误码率和误比特率sgma=input(噪声方差=);%输入噪声方差sgma=sqrt( sgma);%求sgmaEb=l; %每比特能量N=input(数据点数=);%输入数据点数%第一步产生随机序列for i=1:Nt emp二rand;%随机序列 if (t emp0.5)source(i)=l;elsesource(i)=0;endend%(7,4)汉明编码%第二步：实现4码到7码的变换for k=l:N/4out( 7*k-6)=source(4*k-3);o

14、ut( 7*k-5)=source(4*k-2);out( 7*k-4)=source(4*k-l);out( 7*k-3)=source(4*k);out(7*k-2)=xor(xor(out(7*k-6),out(7*k-5),out(7*k-4);out(7*k-1)=xor(xor(out(7*k-6),out(7*k-5),out(7*k-3);out(7*k)=xor(xor(out(7*k-6),out(7*k-4),out(7*k-3);end%第三步：进行4PSK映射。s00=1 0;%s00=1 0s01=0 1;%s01=0 1s11=-1 0;%s11=-1 0s10=

15、0 -1;%s10=0 -1%进行4PSK映射for i=1:N/2if(source(2*i-1)=0&source(2*i)=0)s=s00;elseif(source(2*i-1)=0&source(2*i)=1)s=s01;elseif(source(2*i-1)=1&source(2*i)=0)s=s10;elseif(source(2*i-1)=1&source(2*i)=1)s=s11;end%第四步：调用高斯高斯噪声子函数，产生正交两路高斯噪声，与输出符号序列相加n(l),n(2)=gnguass(0,sgma);%调用gnguass 函数r=s+n;%(7,4)汉明解码%第五

16、步：7码到4码的解码for k=1:N/4jiema(4*k-3)=out(7*k-6);jiema(4*k-2)=out(7*k-5);jiema(4*k-1)=out(7*k-4);jiema(4*k)=out(7*k-3);end%第六步：进行码元检测%最大投影点准则%c00=do t( r,sOO);%取 r在 sOO 上的投影c01=do t( r,s01);%取 r在 s01 上的投影c10=do t( r,sl0);%取 r在 s10 上的投影ell二do t( r,sll);%取 r在 sll 上的投影c_max=max(c00 eOl elO ell);%取cOO, eOl,

17、 elO, ell中的最大值if (eOO=e_max),deeisl=O;deeis2=O;elseif(eOl=e_max),deeisl=O;deeis2=l;elseif(elO=e_max),deeisl=l;deeis2=O;elsedecis1=1;decis2=1;endout(2*i-1)=decis1; out(2*i)=decis2;end%第七步：计算误码率和误比特率 %计算符号差错概率%symbolerror=0;for i=1:N/2 if(out(2*i-1)=source(2*i-1)|out(2*i)=source(2*i) symbolerror=symbo

18、lerror+1;endend ps=2*symbolerror/N;%计算比特差错概率 biterror=0;for i=1:Nif(out(i)=source(i) biterror=biterror+1;endendpb=biterror/N;1、高斯白噪声子函数 functiongsrv1,gsrv2=gnguass(m,sgma) if nargin=0m=0;sgma=1;elseif nargin=1sgma=m;m=0;endu=rand; z=sgma*sqrt(2*log10(1/(1-u);u=rand; gsrv1=m+z*cos(2*pi*u);gsrv2=m+z*s

19、in(2*pi*u); 函数评注：编程产生正交两路高斯白噪声 2、映射检测比较子函数(1)、采用最大投影准则function pb,ps=cm_sm32(snr_in_dB)% pb,ps=cm_sm32(snr_in_dB)%pb误符号率%ps误比特率N=1000;E=1;%符号长度%计算噪声方差snr=10(snr_in_dB/10); sgma=sqrt(E/snr/2); s00=1 0;% 比特映射s01=0 1;s11=-1 0;s10=0 -1;for i=1:N, %生成随机信源temp=rand;if (temp0.25), dsource1(i)=0; dsource2(i

20、)=0;elseif (temp0.5), dsource1(i)=0; dsource2(i)=1;elseif (temp0.75), dsource1(i)=1; dsource2(i)=0;else dsource1(i)=1; dsource2(i)=1;end;end;numofsymbolerror=0;numofbiterror=0;% With probability 1/4, source output is 00.% With probability 1/4, source output is 01.% W i th pr obab i l i ty 1 /4, s ou

21、rce output i s 1 0 .% With probability 1/4, source output is 11.%检测错误并计算错误率for i=1:N,gsrv1,gsrv2=gnguass(0,sgma); %调用高斯噪声子函数 n(1)=gsrv1;n(2)=gsrv2;if (dsource1(i)=0) & (dsource2(i)=0), r=s00+n;elseif (dsource1(i)=0) & (dsource2(i)=1), r=s01+n;elseif (dsource1(i)=1) & (dsource2(i)=0), r=s10+n;elser=s

22、11+n;end;c00=dot(r,s00); %最大投影点准则，即向量点乘积 c01=dot(r,s01);c10=dot(r,s10);c11=dot(r,s11);c_max=max(c00 c01 c10 c11);if (c00=c_max), decis1=0; decis2=0;elseif (c01=c_max), decis1=0; decis2=1;elseif (c10=c_max), decis1=1; decis2=0;elsedecis1=1; decis2=1;end;symbolerror=0; %设置符号错误标志，以统计错误个数if (decis1=dsou

23、rce1(i), numofbiterror=numofbiterror+1; symbolerror=1;end;if (decis2=dsource2(i), numofbiterror=numofbiterror+1; symbolerror=1;end;if (symbolerror=1), numofsymbolerror = numofsymbolerror+1;end;end;ps=numofsymbolerror/N; % 错误率计算 pb=numofbiterror/(2*N);(2)最小距离判别法(只需将上面红色部分改为下面程序即可)c00=sqr t(r(l)-sOO(l

24、)厂2+(r(2)-s00(2)厂2);%最小距离判决cOl二sqr t(r(l)-sOl(l)厂2+(r(2)-s01(2)厂2);c10=sqr t(r(1)-s1O(1)厂2+(r(2)-s10(2)厂2);c11=sqr t(r(1)-s11(1)厂2+(r(2)-s11(2)厂2); c_min=min(cOO cOl clO cll);if (cOO=c_min),decisl=O; decis2=O;elseif (cOl=c_min),decisl=O; decis2=l;elseif (clO=c_min),decisl=l; decis2=O;elsedecisl=l; decis2=l;end;17