(完整word版)8PSK通信系統(tǒng)的蒙特卡羅仿真分析

1、8PSK通信系統(tǒng)的蒙特卡羅仿真分析一、設(shè)計原理1.設(shè)計整體方案根據(jù)題目要求和對設(shè)計原理的分析，設(shè)計的整體方案為：首先，產(chǎn)生一個等概率且相互獨立的二進制序列，將二進制序列通過串-并轉(zhuǎn)換為一個三位碼組。通過調(diào)用Matlab系統(tǒng)函數(shù)，對輸入信號進行調(diào)制和濾波，再送入信道傳輸，在在信道中對信號采用加性高斯白噪聲進行干擾，然后進行解調(diào)，同時計數(shù)誤比特和誤符號數(shù)，并根據(jù)蒙特卡羅方法統(tǒng)計分析信號傳輸過程中由于噪聲干擾作用下的誤比特率和誤符號率。最后畫出各種波形。,|噪即盤波形楡測及決符號計數(shù)器二進制井串轉(zhuǎn)換=Spskifl制及濾陸斯噪賊生器八刖教立曲機散況二十進就轉(zhuǎn)換川并轉(zhuǎn)換Kfwk玻巳圖18PSK通信系統(tǒng)

2、的蒙特卡羅仿真分析2.蒙特卡羅法的原理蒙特卡羅法又稱隨機抽樣或統(tǒng)計試驗方法，屬于計算數(shù)學(xué)的一個分支，它是在本世紀四十年代中期為了適應(yīng)當時原子能事業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的。傳統(tǒng)的經(jīng)驗方法由于不能逼近真實的物理過程，很難得到滿意的結(jié)果，而蒙特卡羅方法由于能夠真實地模擬實際物理過程，故解決問題與實際非常符合，可以得到很圓滿的結(jié)果。這也是我們采用該方法的原因。蒙特卡羅方法的基本原理及思想如下：當所要求解的問題是某種事件出現(xiàn)的概率，或者是某個隨機變量的期望值時，它們可以通過某種“試驗”的方法,得到這種事件出現(xiàn)的頻率,或者這個隨機變數(shù)的平均值，并用它們作為問題的解。這就是蒙特卡羅方法的基本思想。蒙特卡羅方法通

3、過抓住事物運動的幾何數(shù)量和幾何特征，利用數(shù)學(xué)方法來加以模擬，即進行一種數(shù)字模擬實驗。它是以一個概率模型為基礎(chǔ)，按照這個模型所描繪的過程，通過模擬實驗的結(jié)果，作為問題的近似解。二、詳細設(shè)計步驟根據(jù)整體設(shè)計方案，對各個設(shè)計模塊進行具體設(shè)計。設(shè)計步驟如下：1.二進制序列的產(chǎn)生、串/并轉(zhuǎn)換及二/十進制轉(zhuǎn)換二進制的產(chǎn)生即是本系統(tǒng)的信息源的產(chǎn)生，串/并轉(zhuǎn)換和二/十進制轉(zhuǎn)換以備在調(diào)制的時候數(shù)據(jù)調(diào)用。在本系統(tǒng)中，首先，用Matlab庫函數(shù)來直接產(chǎn)生一個串行二進制序列，并將其保存在一個向量中，以備函數(shù)調(diào)用；其次，將產(chǎn)生的串行二進制碼轉(zhuǎn)換成3行并行碼，即是一個符號；再次，將二進制序列轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)(0、1、2、7

4、)；最后，調(diào)用Matlab繪圖函數(shù)繪制等概率且相互獨立的二進制序列波形。模塊程序如下：%數(shù)據(jù)源的產(chǎn)生x二round(rand(l,3*N);%產(chǎn)生獨立串行隨機二進制fori=l:N,D(1)=x(3*i-2);%D暫存二進制數(shù)以待轉(zhuǎn)換D(2)=x(3*i-l);D(3)=x(3*i);d1(i)=D(1);d2(i)=D(2);d3(i)=D(3);Bin2Dec(i)=bin2dec(num2str(D);%二十進制轉(zhuǎn)換end%#以下是畫出獨立隨機二進制序列程序fori=1:length(x),if(x(i)=l).forjO=l:gridO,y(i-1)*gridO+jO)=l;%計算碼元

5、的值%如果信息為1%該碼元對應(yīng)的點值取1endelseforjO=1:gridO,%反之，信息元為0,碼元對應(yīng)點值取0y(i-1)*grid0+j0)=0;end;end;endfigure(2);%圖2plot(y,b);%畫出獨立隨機二進制序列title(信號源)；xlabel(X序列)；ylabel(Y序列)；axis(020000-0.52);28psk調(diào)制、濾波、添加加性高斯白噪聲及相應(yīng)波形產(chǎn)生本系統(tǒng)中，首先，8psk調(diào)制、濾波通過調(diào)用Matlab庫函數(shù)y=dmodce(x,Fd,Fs,method,)，從而在輸出端輸出8psk波形(眼圖)；其次，通過調(diào)用子函數(shù)產(chǎn)生高斯白噪聲；最后，

6、在加入高斯白噪聲后，繪制受噪聲干擾的星座圖和眼圖。模塊程序如下：forSNR_db=0:10:20N3=0.1*SNR_db;Eb_N0=10(SNR_db/10);%nc、ns的均方差%8PSK調(diào)制sgma=sqrt(l/(8*Eb_N0);y0二dmodce(Bin2Dec,Fd,Fs,psk,M);ynoise二sqrt(Fs/Fd)*sgma*(randn(length(y0),l)+j*randn(length(y0),l);%加加性高斯隨機噪聲%8PSK解調(diào)%循環(huán)畫出不同加加性%z=ddemodce(ynoise,Fd,Fs,psk,M);figure(N3+3);高斯隨機噪聲后的

7、星座圖axis(-1.21.2-1.21.2);holdon;fori=0:M-1.,MarkerSize,20);plot(cos(2*pi*i/M),sin(2*pi*i/M),產(chǎn)生星座圖end%畫出加噪聲后的星座plot(ynoise,+);圖title(加噪聲后不同星座圖)；holdonforj1=1:Nn1(N*N3+jl)=y0(jl);%存調(diào)制后的數(shù)據(jù)于n1n2(N*N3+jl)=ynoise(jl);%存加噪聲后的數(shù)據(jù)于n2end%畫出受到噪聲干擾的信號向量；end;holdondelay=3;%提升余弦濾波器的延時rev=rcosflt(nl,Fd,Fs,fir/normal

8、,.5,delay);rcvy=rcosflt(n2,Fd,Fs,fir/normal,.5,delay);propdelay=delay.*Fs/Fd+1;%繁殖延時revl=rcv(propdelay:end-(propdelay-l),:);revyl=rcvy(propdelay:end-(propdelay-l),:);NO=Fs/Fd;offsetl二0;%偏移值為2hl=eyediagram(rcv1,N0,1/Fd,offsetl);set(h1,Name,EyeDiagramDisplayedwithNoOffset);title(加噪前的眼圖)；h2=eyediagram(

9、rcvy1,N0,1/Fd,offsetl);set(h2,Name,EyeDiagramDisplayedwithNoOffset);title(加噪后的眼圖)；%#以下是畫出加加性高斯隨機噪聲的波形程序B=10*N;fori=1:Bn00(i)=10*gngauss(sgma);endfigure(8);holdon;fori=1:Bplot(n00);end;title(加性高斯隨機噪聲)；xlabel(時間1);ylabel(幅度y);axis(0B-2.52.5);3加性高斯白噪聲的產(chǎn)生及其波形的產(chǎn)生和繪制本模塊，調(diào)用一個子函數(shù)，產(chǎn)生均值為0方差為1的高斯白噪聲，并且繪出相應(yīng)的高斯白

10、噪聲波形。模塊程序如下：%#以下是畫出加加性高斯隨機噪聲的波形程序B=10*Nfori=1:Bn00(i)=10*gngauss(sgma);endfigure(8);holdon;fori=l:Bplot(nOO);end;title(加性高斯隨機噪聲)；xlabel(時間1);ylabel(幅度y);axis(0B2.52.5);48PSK的解調(diào)本模塊是將加入加性高斯隨機噪聲的信號與可能發(fā)送的8種發(fā)射信號相位向量a(m=0,1,2，3,4，5，6，7)進行相關(guān)，再通過判決器取出相關(guān)值最m大的那組a，作為檢測器的輸出信號，完成相干檢測，將該信號進行并串變換,m其結(jié)果與原信號d進行比較。模塊程

11、序如下：%信號映射a000=10;a001=cos(pi/4)sin(pi/4);a011=01;a010=cos(3*pi/4)sin(3*pi/4);a110=-10;a111=cos(5*pi/4)sin(5*pi/4);a101=0-1;a100=cos(7*pi/4)sin(7*pi/4);fori=1:N,n(l)=gngauss(sgma);n(2)=gngauss(sgma);%存高斯白噪聲數(shù)據(jù)于n中if(dl(i)=O)&(d2(i)=0)&(d3(i)=0),%加噪聲r二a000+n;elseif(dl(i)=O)&(d2(i)=0)&(d3(i)=l),r二a001+n;

12、elseif(dl(i)=O)&(d2(i)=l)&(d3(i)=0),r二a010+n;elseif(dl(i)=O)&(d2(i)=l)&(d3(i)=l),r二a011+n;elseif(dl(i)二二1)&(d2(i)=0)&(d3(i)=0),r二al00+n;elseif(d1(i)=1)&(d2(i)=0)&(d3(i)=1),r=a101+n;elseif(d1(i)=1)&(d2(i)=1)&(d3(i)=0).r二allO+n;elser二alll+n;end;%對應(yīng)相關(guān)函數(shù)cOOO二dot(r,a000);c010二dot(r,a010);c100=dot(r,a100)

13、;c110=dot(r,a110);c001=dot(r,a001)c011=dot(r,a011)c101=dot(r,a101)c111=dot(r,a111)c_max=max(c000cOOlcOlOcOllclOOclOlcllOclll);%判決器取if(cOOO=c_max),elseif(cOOl二二c_max),elseif(cOlO二二c_max),elseif(c011=c_max),elseif(c100=c_max),elseif(c101=c_max),elseif(c110=c_max),elsede1=0;de2=0;de3=0;de1=0;de2=0;de3=

14、1;de1=0;de2=1;de3=0;de1=0;de2=1;de3=1;de1=1;de2=0;de3=0;de1=1;de2=0;de3=1;de1=1;de2=1;de3=0;de1=1;de2=1;de3=1;%將該信號進行并串變換出相關(guān)值最大，作為檢測器的輸出信號%信噪比%噪聲標準均方差%無符號率計數(shù)初值%無碼率計數(shù)初值%誤碼標志%有誤碼則加一%置誤碼標志end;5蒙特卡羅分析本模塊完成對加高斯白噪聲后的誤碼和誤符號的概率計算，以及繪制出相應(yīng)的蒙特卡羅分析圖。首先，是檢測加高斯白噪聲后的對應(yīng)碼元是否錯誤，如果出錯，則誤碼和誤符號計數(shù)加1,算出總共的誤碼數(shù)和誤符號數(shù)；然后，由誤碼數(shù)和

15、誤符號數(shù)計算出誤碼率和誤符號率；最后，繪出8PSK的蒙特卡洛圖。模塊程序如下：fork=1:length(SNRindBl),snr=lO(SNRindBl(k)/lO);sgma=sqrt(E/(3*2*snr);numofsymbolerror=O;numofbiterror=O;symbolerror=O;if(del=dl(i),numofbiterror二numofbiterror+l;symbolerror=l;end;if(de2=d2(i),numofbiterror二numofbiterror+l;symbolerror=l;end;if(de3=d3(i),numofbit

16、error二numofbiterror+1;symbolerror=1;end;if(symbolerror=1),numofsymbolerror二numofsymbolerror+1;end;end;%計算誤碼率%計算誤符號率%將誤碼率值存入向量%將誤符號率值存入向量ps二numofsymbolerror/N;pb=numofbiterror/(3*N);smld_symbol_err_prb(k)=ps;smld_symbol_err_prb中smld_bit_err_prb(k)二pb;smld_bit_err_prb中end;%#以下是畫出理論誤碼率，誤比特率和誤符號率的程序fori

17、=1:length(SNRindB2),SNR二exp(SNRindB2(i)*log(10)/10);%對數(shù)轉(zhuǎn)換信噪比theo_err_prb(i)=2*Qfunct(sqrt(6*SNR)*sin(pi/8)/3;%理論比特誤碼率end;%“*”畫出誤b比特率對應(yīng)曲線%“o”畫出誤符號率對應(yīng)曲線%“一”畫出理論比誤碼率曲線%設(shè)置橫縱軸間距大小%x軸名稱%y軸名稱figure(6);semilogy(SNRindBl,smld_bit_err_prb,holdonsemilogy(SNRindBl,smld_symbol_err_prb,O);semilogy(SNRindB2,theo_e

18、rr_prb);axis(0,10,10(5),100);gridxlabel(Eb/NoindB)ylabel(errorprobability)title(8PSK的蒙特卡洛圖)三、設(shè)計結(jié)果及分析01000200030004000500060001.通過對二進制序列產(chǎn)生、串/并轉(zhuǎn)換及二/十進制轉(zhuǎn)換模塊程序的調(diào)試繪出波形如圖2：信號源圖2等概率且相互獨立的二進制波形2.通過調(diào)試繪制出調(diào)制輸出的8psk波形（如圖3）、加高斯白噪聲前的眼圖（如圖4）、加高斯白噪聲后的眼圖（如圖5）以及加高斯白噪聲后的星座圖（如圖6）：2551HI.5O.5J.5-0o.0.-1-5161o.-s_l-duuEyeDiagramforIn-PhaseSignal0Time0.5加噪后的眼圖51HI5051oo-.5.5-0HI5HIpnl-duu同區(qū)JIFileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelpdq口昌an|saEIPSK的蒙特卡洛圖圖88PSK的蒙特卡羅圖生一個等概率且相互獨立的二進制序列，經(jīng)串并變換形成三路并行的二進制符蹙經(jīng)過對系統(tǒng)設(shè)計的分析，程序設(shè)計和調(diào)試，得到了正確的結(jié)果。本設(shè)計