數(shù)字通信系統(tǒng)的性能分析與仿真報(bào)告書

1、淮海工學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書 課程名稱： 通信綜合課程設(shè)計(jì) 題 目：數(shù)字通信系統(tǒng)的性能分析與仿真系 （院）： 電子工程系 學(xué) 期： 2011-12-01 專業(yè)班級： 姓 名： 學(xué) 號： 評語：成績：簽名：日期：1 課程設(shè)計(jì)的目的 本次課程設(shè)計(jì)是根據(jù)“通信工程專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃”要求而制定的。綜合課程設(shè)計(jì)是通信工程專業(yè)的學(xué)生在學(xué)完所有專業(yè)課后進(jìn)行的綜合性課程設(shè)計(jì)。其目的在于使學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過程中能夠理論聯(lián)系實(shí)際，在實(shí)踐中充分利用所學(xué)理論知識分析和研究設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的各類技術(shù)問題，鞏固和擴(kuò)大所學(xué)知識面，為以后走向工作崗位進(jìn)行設(shè)計(jì)打下一定的基礎(chǔ)。課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是（1）掌握一般通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程、步驟、要求、工

2、作內(nèi)容及設(shè)計(jì)方法；掌握用計(jì)算機(jī)仿真通信系統(tǒng)的方法。（2）訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識的能力，提高學(xué)生進(jìn)行通信工程設(shè)計(jì)的能力。2 教學(xué)要求課程設(shè)計(jì)要求的主要步驟有：1、明確所選課題的設(shè)計(jì)目的和任務(wù)，對設(shè)計(jì)課題進(jìn)行具體分析，充分了解系統(tǒng)的性能，指標(biāo)，內(nèi)容等。2、進(jìn)行方案選擇。根據(jù)掌握的知識和資料，針對系統(tǒng)提出的任務(wù)，要求和條件，完成系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)。從多個(gè)方案中選擇出設(shè)計(jì)合理，可靠，滿足要求的一個(gè)方案。并且對方案要不斷的進(jìn)行可行性和優(yōu)缺點(diǎn)的分析，最后設(shè)計(jì)一個(gè)完整框圖。3、原理設(shè)計(jì)。4、調(diào)試階段。5、說明書編制。3 設(shè)計(jì)內(nèi)容本次綜合課程設(shè)計(jì)內(nèi)容為數(shù)字通信系統(tǒng)的性能分析與仿真。應(yīng)該包括以下設(shè)計(jì)內(nèi)容：1、使用

3、一種分組碼進(jìn)行信道糾錯編碼。2、使用格雷碼對數(shù)據(jù)進(jìn)行映射。3、使用MQAM進(jìn)行調(diào)制，M可選擇8、16、32、64、128。4、選擇合適的升余弦函數(shù)，使用升余弦對基帶信號進(jìn)行濾波。5、在解調(diào)端，進(jìn)行濾波，MQAM的解調(diào)，格雷碼的逆映射，糾錯解碼。6、改變信噪比，分析系統(tǒng)性能。4 設(shè)計(jì)內(nèi)容介紹 MQAM是一種基本的相位-幅度聯(lián)合調(diào)制方式。研究這種基本的數(shù)字調(diào)制信號的性能可以幫助學(xué)生理解數(shù)字通信的基本特點(diǎn)。 信道糾錯編碼是分組碼，M必須選擇數(shù)字8、16、32、64、128以分析各種M下的QAM系統(tǒng)性能。應(yīng)用Matlab進(jìn)行仿真，仿真采用蒙特卡羅模型。仿真的基本框圖是：信號源信道編碼調(diào)制解調(diào)信道譯碼性

4、能分析信號源-信道編碼-映射-調(diào)制-濾波高斯信道-濾波-解調(diào)-逆映射-譯碼-信宿信號源：基本的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流。信道編碼：可以選擇卷積嗎，分組嗎。調(diào)制：MQAM。M必須是數(shù)字8，16，32，64。在調(diào)制前使用格雷碼進(jìn)行映射。信道：信號經(jīng)過調(diào)制后。通過信道。信道可以選擇高斯加性白噪聲信道，二進(jìn)制對稱信道，多徑瑞利衰落信道，萊斯衰落信道。設(shè)置不同的信道信噪比，對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，分析不同信噪比之下的系統(tǒng)性能。解調(diào)：根據(jù)調(diào)制方式，選擇對應(yīng)的解調(diào)方式。譯碼：根據(jù)信道編碼方式，選擇對應(yīng)的信道解碼方式。性能分析：信號經(jīng)過調(diào)制，信道，解調(diào)過程。在接收端，將得到的數(shù)據(jù)于原來的信號源數(shù)據(jù)比較，得到在特定信噪比的誤碼率。

5、改變系統(tǒng)信噪比，從而得到系統(tǒng)的誤碼率曲線圖。5 設(shè)計(jì)過程1仿真模型（1）根據(jù)選擇的調(diào)制信號方式，確定仿真流程及框圖。（2）確定仿真中所用的函數(shù)，模塊的具體參數(shù)。2軟件設(shè)計(jì)： 編寫M文件，在程序中依次改變信噪比，得到在特定信噪比下的誤碼率。信噪比范圍是-10dB-30dB之間，步長為2dB。根據(jù)得到的誤碼率數(shù)據(jù)，給出誤碼率-信噪比的曲線圖。3仿真調(diào)試： 在完成設(shè)計(jì)草案后可以進(jìn)行仿真，并且對所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行修改，并同理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。要求完成：1、選擇一種在具體的信道編碼，信道類型下的MQAM的數(shù)字調(diào)制方式。2、結(jié)合具體數(shù)字調(diào)制方式，分別選擇四種MQAM進(jìn)行系統(tǒng)仿真。3、繪出沒有信道編碼情況下的該

6、數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)下的誤碼率-信噪比曲線圖。4、繪出有信道編碼情況下的該數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)下的誤碼率-信噪比曲線圖。5、對有無信道編碼情況下的系統(tǒng)誤碼率-信噪比曲線圖進(jìn)行比較，并分析。6 程序設(shè)計(jì)說明書6.1隨機(jī)信號16-QAM的傳輸與仿真數(shù)字通信系統(tǒng)a.源程序%產(chǎn)生二進(jìn)制整數(shù)流M=16;%信號星座圖大小為16k=log2(M);n=3e4;%3000nsamp=1;%采樣率x=randint(n,1);%產(chǎn)生隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)據(jù)流圖;%產(chǎn)生一個(gè)新窗體stem(x(1:40),filled);%選擇向量中1到40的數(shù)據(jù)title(Random Bits);%標(biāo)題xlabel(Bit Index);%橫坐標(biāo)yla

7、bel(Binary Value);%縱坐標(biāo)圖 1:隨機(jī)產(chǎn)生的前四十個(gè)二進(jìn)制數(shù)字信號產(chǎn)生的隨機(jī)信號作為信號源的信號用于數(shù)字通信的仿真與性能分析。%定義濾波參數(shù)nsamp=4;%采樣率filtorder=40;%濾波次順序delay=filtorder/(nsamp*2);%時(shí)延rolloff=0.25;%滾降系數(shù)rrcfilter=rcosine(1,nsamp,fir/sqrt,rolloff,delay);figure;%產(chǎn)生一個(gè)新窗體impl(rrcfilter,1);圖 2 ：信號經(jīng)過格雷映射之后形成的十進(jìn)制數(shù)值圖圖 1中顯示的四十個(gè)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，因此圖 2中只顯示十個(gè)十進(jìn)制數(shù)

8、。%分組碼糾錯編碼genmat=1 0 1;0 1 1;0 1 0,eye(3);%產(chǎn)生一個(gè)6*3的矩陣fen=enfen(x,6,3,linear,genmat);%進(jìn)行分組線性編碼%準(zhǔn)備調(diào)制，格雷碼映射mapping=0 1 3 2 4 5 7 6 12 13 15 14 8 9 11 10.;%定義一個(gè)格雷碼數(shù)組yings=bi2de(reshape(fen,k,length(fen)/k).,left-msb);%2進(jìn)制到10進(jìn)制轉(zhuǎn)換yings=mapping(yings+1);figure;% 產(chǎn)生一個(gè)新窗體stem(yings(1:10),filled);title(Random

9、symols);%標(biāo)題xlabel(Symbol Index);%橫坐標(biāo)ylabel(Integer Value); %縱坐標(biāo)圖 3: 濾波器的脈沖響應(yīng)曲線圖%進(jìn)行16QAM調(diào)制y=qammod(yings,M);%進(jìn)行平方跟升余弦濾波send=rcosflt(y,1,nsamp,filter,rrcfilter);eyediagram(send(1:2000),nsamp*2);%產(chǎn)生眼圖圖 4 :產(chǎn)生的無噪信號的眼圖%加入高斯白噪聲EbNo=10;snr=EbNo+10*log10(k)-10*log10(nsamp);%信噪比公式y(tǒng)noisy=awgn(send,snr,measured

10、);recive=ynoisy;%濾波recive=rcosflt(ynoisy,1,nsamp,Fs/filter,rrcfilter);recive=downsample(recive,nsamp);recive=recive(2*delay+1:end-2*delay);%產(chǎn)生分布圖h=scatterplot(sqrt(nsamp)*ynoisy(1:nsamp*5e3),nsamp,0,g.);hold on; %在一張圖上scatterplot(recive(1:5e3),1,0,kx,h);%繪圖title(Received Signal,Before and After Filt

11、ering); %標(biāo)題legend(Before Filtering,After Filtering);%圖例axis(-5 5 -5 5);%范圍圖 5 :信號通過高斯信道后濾波前后的星座圖。可以看到信號在經(jīng)過濾波器之后碼間距離增大、性能提高。%16QAM解調(diào)niyings=qamdemod(recive,M);%格雷碼逆映射dummy demapping=sort(mapping);%sort對mapping排序，排序結(jié)果存在dummy中，并把dummy中的數(shù)值在mapping中的索引給出，存在demapping中demapping=demapping-1;niyings=demappin

12、g(niyings+1);l=de2bi(niyings,left-msb);%進(jìn)制轉(zhuǎn)換l=reshape(l.,prod(sile(l),1);%分組碼糾錯解碼l=defen(l,6,3,linear,genmat);figure;% 產(chǎn)生一個(gè)新窗體stem(l(1:40),filled);title(Random Bits); %標(biāo)題xlabel(Bit Index); %橫坐標(biāo)ylabel(Binary Value);%縱坐標(biāo)圖 6 ：終端接收端得到的信號與圖 1產(chǎn)生的隨機(jī)輸入信號相同，即沒有誤碼。%計(jì)算BERerrors,error_rate=biterr(x,l)b.運(yùn)行結(jié)果：err

13、ors =25 error_rate =8.3333e-0046.2 M=8、16、32、64時(shí)的QAM系統(tǒng)誤碼率比較Mvec = 8 16 32 64;%定義數(shù)組EbNovec = 0:2:10;%0到10步長2errors = leros(length(Mvec),length(EbNovec);%產(chǎn)生一個(gè)length(Mvec)*length(EbNovec)的0矩陣error_rate = leros(length(Mvec),length(EbNovec);%產(chǎn)生二進(jìn)制整數(shù)流for idxM = 1:length(Mvec) for idxEbNo = 1:length(EbNove

14、c) M = Mvec(idxM)k=log2(M);n=3e4;nsamp=4;x=randint(n,1);%定義濾波參數(shù)nsamp=4;filtorder=40;delay=filtorder/(nsamp*2);rolloff=0.25;rrcfilter=rcosine(1,nsamp,fir/sqrt,rolloff,delay);%分組碼糾錯編碼genmat=1 0 1;0 1 1;0 1 0,eye(3);fen=enfen(x,6,3,linear,genmat);%準(zhǔn)備調(diào)制，格雷碼映射Msile = Mvec(idxM); mapping = leros(Msile); x

15、x=0:Msile-1; yy=bitshift(xx,-1); mapping = bitxor(xx,yy); yings = bi2de(reshape(fen,k,length(fen)/k).,left-msb); yings = mapping(yings+1);%進(jìn)行16-QAM調(diào)制y=qammod(yings,M);%進(jìn)行平方跟升余弦濾波send=rcosflt(y,1,nsamp,filter,rrcfilter);%加入高斯白噪聲EbNo = EbNovec(idxEbNo);snr=EbNo+10*log10(k)-10*log10(nsamp);ynoisy=awgn(

16、send,snr,measured);recive=ynoisy;%濾波recive=rcosflt(ynoisy,1,nsamp,Fs/filter,rrcfilter);recive=downsample(recive,nsamp);recive=recive(2*delay+1:end-2*delay);%16QAM解調(diào)niyings=qamdemod(recive,M);%格雷碼逆映射dummy demapping=sort(mapping);demapping=demapping-1;niyings=demapping(niyings+1);l=de2bi(niyings,left-

17、msb);l=reshape(l.,prod(sile(l),1);%分組碼糾錯解碼l=defen(l,6,3,linear,genmat);%計(jì)算BERerrors(idxM,idxEbNo),error_rate(idxM,idxEbNo) = . biterr(x,l); end markerchoice = .xo*;%圖中的標(biāo)記依次為.xo*plotsym = markerchoice(idxM) -;%產(chǎn)生不同標(biāo)記的曲線semilogy(EbNovec,error_rate(idxM,:),plotsym);drawnow;hold on; endtitle(Performance

18、 of M-QAM for Varying M);xlabel(EbNo (dB); ylabel(BER); legend(M = 8,M = 16,M = 32,M = 64,Location,SouthWest);圖7 不同調(diào)制系數(shù)的誤碼率4.3.1在無信道編碼下信號傳輸仿真的性能分析Mvec = 16;EbNovec = 0:2:10;errors = leros(length(Mvec),length(EbNovec);error_rate = leros(length(Mvec),length(EbNovec);%產(chǎn)生二進(jìn)制整數(shù)流for idxM = 1:length(Mvec)

19、for idxEbNo = 1:length(EbNovec) M = Mvec(idxM)k=log2(M);n=3e4;nsamp=4;x=randint(n,1);%定義濾波參數(shù)nsamp=4;filtorder=40;delay=filtorder/(nsamp*2);rolloff=0.25;rrcfilter=rcosine(1,nsamp,fir/sqrt,rolloff,delay);%分組碼糾錯編碼genmat=1 0 1;0 1 1;0 1 0,eye(3);fen=enfen(x,6,3,linear,genmat);%準(zhǔn)備調(diào)制，格雷碼映射Msile = Mvec(idx

20、M); mapping = leros(Msile); xx=0:Msile-1; yy=bitshift(xx,-1); mapping = bitxor(xx,yy); yings = bi2de(reshape(fen,k,length(fen)/k).,left-msb); yings = mapping(yings+1);%進(jìn)行16QAM調(diào)制y=qammod(yings,M);%進(jìn)行平方跟升余弦濾波send=rcosflt(y,1,nsamp,filter,rrcfilter);%加入高斯白噪聲EbNo = EbNovec(idxEbNo);snr=EbNo+10*log10(k)-

21、10*log10(nsamp);ynoisy=awgn(send,snr,measured);recive=ynoisy;%濾波recive=rcosflt(ynoisy,1,nsamp,Fs/filter,rrcfilter);recive=downsample(recive,nsamp);recive=recive(2*delay+1:end-2*delay);%16QAM解調(diào)niyings=qamdemod(recive,M);%格雷碼逆映射dummy demapping=sort(mapping);demapping=demapping-1;niyings=demapping(niyi

22、ngs+1);l=de2bi(niyings,left-msb);l=reshape(l.,prod(sile(l),1);%分組碼糾錯解碼l=defen(l,6,3,linear,genmat);%計(jì)算BERerrors(idxM,idxEbNo),error_rate(idxM,idxEbNo) = . biterr(x,l); end markerchoice = .xo*;plotsym = markerchoice(idxM) -;semilogy(EbNovec,error_rate(idxM,:),plotsym);drawnow;hold on; endtitle(Perfor

23、mance of M-QAM for Varying M);xlabel(EbNo (dB); ylabel(BER);legend(M = 16,Location,SouthWest);圖8 M=16的誤碼率4.3.2在無信道編碼下信號傳輸仿真的性能分析Mvec = 16;EbNovec = 0:2:10;errors = leros(length(Mvec),length(EbNovec);error_rate = leros(length(Mvec),length(EbNovec);%產(chǎn)生二進(jìn)制整數(shù)流for idxM = 1:length(Mvec) for idxEbNo = 1:le

24、ngth(EbNovec) M = Mvec(idxM)k=log2(M);n=3e4;nsamp=4;x=randint(n,1);%定義濾波參數(shù)nsamp=4;filtorder=40;delay=filtorder/(nsamp*2);rolloff=0.25;rrcfilter=rcosine(1,nsamp,fir/sqrt,rolloff,delay);%準(zhǔn)備調(diào)制，格雷碼映射Msile = Mvec(idxM); mapping = leros(Msile); xx=0:Msile-1; yy=bitshift(xx,-1); mapping = bitxor(xx,yy); yi

25、ngs = bi2de(reshape(x,k,length(x)/k).,left-msb); yings = mapping(yings+1);%進(jìn)行16QAM調(diào)制y=qammod(yings,M);%進(jìn)行平方跟升余弦濾波send=rcosflt(y,1,nsamp,filter,rrcfilter);%加入高斯白噪聲EbNo = EbNovec(idxEbNo);snr=EbNo+10*log10(k)-10*log10(nsamp);ynoisy=awgn(send,snr,measured);recive=ynoisy;%濾波recive=rcosflt(ynoisy,1,nsamp,Fs/filter,rrcfilter);recive=downsample(recive,nsamp);recive=recive(2*delay+1:end-2*delay);%16QAM解調(diào)niyings=qamdemod(recive,M);%格雷碼逆映射dummy demapping=sort(mapping);demapping=demapping-1;niyings=demapping(niyings+1);l=de2bi(niyings,left-msb);l=res