通信原理實驗QPSK通信系統(tǒng)設(shè)計MonteCarlo仿真

1、- QPSK通信系統(tǒng)的 Monte Carlo 仿真 一、實驗目的1、提高獨立學習的能力；2、培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題和分析問題的能力；3、學習Matlab 的使用；4、掌握4PSK通信系統(tǒng)的Monte Carlo仿真方法；5、掌握4PSK通信系統(tǒng)的的組成原理；6、比較編碼信號和為編碼信號在隨機信道中的傳輸，加深對糾錯編碼的理解；二、系統(tǒng)框圖及編程原理實驗原理 PSK是利用載波的不同相位表示相應的數(shù)字信息。對于二進制相位調(diào)制（M=2)來說，兩個載波相位是0和。對于M相相位調(diào)制來說M=2k，這里k是每個傳輸符號的信息比特數(shù)。4PSK是M=4的載波相位調(diào)制。這里，將理論差錯概率與仿真的差錯概率比較，

2、進一步觀察仿真與理論值之間的差別。同時，用不同的判決準則對接受信號進行判決。并比較兩種判別方法的差別。一QPSK調(diào)制原理1信號能量分析一組M載波相位調(diào)制信號波形的一般表示式為 m=0，M-1式中是發(fā)送濾波器的脈沖形狀，它決定了傳輸信號的頻譜特性，A是信號的幅度。注意到，PSK信號對所有m都具有相等的能量，即代表每個傳輸符號的能量。2噪聲分析傳輸信號的信道假設(shè)被加性噪聲n(t)所污損，這樣信號在接收端將產(chǎn)生誤碼。因為n(t)是功率譜為的白高斯過程的一個樣本函數(shù)，所以噪聲分量就是零均值高斯型的，即3信號判決分析最佳檢測器將接收信號向量r投射到M個可能的傳輸信號向量之一上去，并選取對應于最大投影的向

3、量。據(jù)此，得到相關(guān)準則為 m=0,M-1檢測器觀察到接收信號向量，并計算r在4種可能的信號向量上的投影。根據(jù)選取對應于最大投影的信號點作為判決，從而判決出信號。同時，檢測器的判決準則也可采用最小距離法，即利用星座圖上符號間的距離進行判決，從而得到判決結(jié)果。二Monte Carlo 仿真過程仿真框圖如圖（一）圖（一） 用于 Monte Carlo仿真的4PSK系統(tǒng)的方框圖如圖所示，利用一個隨機數(shù)發(fā)生器，產(chǎn)生（0，1）范圍內(nèi)的隨機數(shù)。再將這個范圍分成四個相等的區(qū)間（0，0.25），（0.25，0.5），（0.5，0.75），（0.75，1.0），這些子區(qū)間分別對應于00，01，11，10信息比特對

4、，再用這些比特對來選擇信號相位向量。加性噪聲的同相分量和正交分量 ，在上面討論過，即為零均值，方差為 的統(tǒng)計獨立的高斯隨機變量。在檢測器觀察到的接收信號向量 ，利用上面討論的兩種檢測方法，得到判決結(jié)果，并與傳輸符號作比較，最后對符號差錯和比特差錯計數(shù)三、實驗內(nèi)容及程序分析（以下程序皆以N=1000為例）%映射比較子函數(shù)%函數(shù)分為四步第一步產(chǎn)生隨機序列，進行4PSK映射。%第二步：調(diào)用高斯高斯噪聲子函數(shù)，產(chǎn)生正交兩路高斯噪聲，與輸出符號序列相加%第三步：檢測接受信號%第四步：計算誤碼率和誤比特率N=1000; %符號長度E=1; %計算噪聲方差 sgma=input(方差=);sgma=sqrt

5、(sgma);% 4PSK比特映射 s00=1 0; s01=0 1;s11=-1 0;s10=0 -1; %第一步產(chǎn)生隨機序列，進行4PSK映射。生成隨機信源for i=1:N, %生成隨機信源 temp=rand; if (temp0.25), % With probability 1/4, source output is 00. dsource1(i)=0; dsource2(i)=0; elseif (temp0.5), % With probability 1/4, source output is 01. dsource1(i)=0; dsource2(i)=1; elseif

6、(temp %j化星座圖函數(shù)sgma=input(方差=);%輸入方差sgma=sqrt(sgma);%求sgmaN=1000;%輸入數(shù)據(jù)點數(shù)E=1;% 單個符號能量%4PSK映射規(guī)則%s00=1 0;s01=0 1;s11=-1 0;s10=0 -1;% 化星座圖 %產(chǎn)生信源序列% for i=1:N,% a uniform random variable between 0 and 1 temp=rand;%隨機序列if (temp0.25), % With probability 1/4, source output is 00. dsource1(i)=0; dsource2(i)=0

7、; elseif (temp0.5), % With probability 1/4, source output is 01. dsource1(i)=0; dsource2(i)=1; elseif (temp0.5) source(i)=1; else source(i)=0; endend%(7,4)漢明編碼%第二步：實現(xiàn)4碼到7碼的變換for k=1:N/4 out(7*k-6)=source(4*k-3); out(7*k-5)=source(4*k-2); out(7*k-4)=source(4*k-1); out(7*k-3)=source(4*k); out(7*k-2)=x

8、or(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：進行4PSK映射。s00=1 0;%s00=1 0s01=0 1;%s01=0 1s11=-1 0;%s11=-1 0s10=0 -1;%s10=0 -1%進行4PSK映射%for i=1:N/2 if(source(2*i-1)=0&source(2*i)=0) s=s00; elseif(s

9、ource(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：調(diào)用高斯高斯噪聲子函數(shù)，產(chǎn)生正交兩路高斯噪聲，與輸出符號序列相加n(1),n(2)=gnguass(0,sgma);%調(diào)用gnguass函數(shù) r=s+n;%(7,4)漢明解碼%第五步：7碼到4碼的解碼for k=1:N/4 jiema(4*k-3)=out(7*k-6); jiema(4*k-2)=out(7*k-5); jie

10、ma(4*k-1)=out(7*k-4); jiema(4*k)=out(7*k-3);end%第六步：進行碼元檢測%最大投影點準則%c00=dot(r,s00);%取r在s00上的投影c01=dot(r,s01);%取r在s01上的投影c10=dot(r,s10);%取r在s10上的投影c11=dot(r,s11);%取r在s11上的投影c_max=max(c00 c01 c10 c11);%取c00，c01，c10，c11中的最大值 if (c00=c_max), decis1=0;decis2=0; elseif(c01=c_max), decis1=0;decis2=1; elseif

11、(c10=c_max), decis1=1;decis2=0; else decis1=1;decis2=1; end out(2*i-1)=decis1; out(2*i)=decis2;end%第七步：計算誤碼率和誤比特率%計算符號差錯概率%symbolerror=0;for i=1:N/2 if(out(2*i-1)=source(2*i-1)|out(2*i)=source(2*i) symbolerror=symbolerror+1; endendps=2*symbolerror/N;%計算比特差錯概率 biterror=0;for i=1:N if(out(i)=source(i)

12、 biterror=biterror+1; endendpb=biterror/N; 1、高斯白噪聲子函數(shù)functiongsrv1,gsrv2=gnguass(m,sgma)if nargin=0 m=0; sgma=1;elseif nargin=1 sgma=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*sin(2*pi*u);函數(shù)評注：編程產(chǎn)生正交兩路高斯白噪聲2、映射檢測比較子函數(shù)（1）、采用最大投影準則function pb,ps=cm_sm32(snr_in_

13、dB)% pb,ps=cm_sm32(snr_in_dB)%pb誤符號率% ps誤比特率N=1000; %符號長度E=1; %計算噪聲方差 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, %生成隨機信源 temp=rand; if (temp0.25), % With probability 1/4, source output is 00. dsource1(i)=0; dsource2(i)=0; elseif (temp0.5), % With

14、probability 1/4, source output is 01. dsource1(i)=0; dsource2(i)=1; elseif (temp0.75), % With probability 1/4, source output is 10. dsource1(i)=1; dsource2(i)=0; else % With probability 1/4, source output is 11. dsource1(i)=1; dsource2(i)=1; end;end;numofsymbolerror=0; %檢測錯誤并計算錯誤率 numofbiterror=0;fo

15、r i=1:N, gsrv1,gsrv2=gnguass(0,sgma); %調(diào)用高斯噪聲子函數(shù) 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; else r=s11+n; end; c00=dot(r,s00); %最大投影點準則，即向量點乘積 c01=dot(r,s01); c10=dot(r,s

16、10); 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; else decis1=1; decis2=1; end; symbolerror=0; %設(shè)置符號錯誤標志，以統(tǒng)計錯誤個數(shù) if (decis1=dsource1(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; % 錯誤率計算pb=numofbiterror/(2*N); （2）最小距離判別法（只需將上面紅色部分改為下面程序即可）c00=sqrt(r(1)-s00(1)2+(r(2)-s00(2)2); %最小距離判決 c01=sqrt(r(1)-s01(1)2