1、通信原理实验QPSK通信系统MonteCarlo仿真 QPSK通信系统的 MonteCarlo 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Monte 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来说，两个载波相位是0和。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，
2、将理论差错概率与仿真的差错概率比较，进一步观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 m=0，M-1式中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，即代表每个传输符号的能量。2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是功率谱为的白高斯过程的一个样本函数，所以噪声分量就是零均值高斯型的，即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之
3、一上去，并选取对应于最大投影的向量。据此，得到相关准则为 m=0,M-1检测器观察到接收信号向量，并计算r在4种可能的信号向量上的投影。根据选取对应于最大投影的信号点作为判决，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行判决，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
4、，10信息比特对，再用这些比特对来选择信号相位向量。加性噪声的同相分量和正交分量 ，在上面讨论过，即为零均值，方差为 的统计独立的高斯随机变量。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。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 (temp, % With probability 1/4, so
5、urce output is 00. dsource1(i=0。 dsource2(i=0。 elseif (temp, % With probability 1/4, source output is 01. dsource1(i=0。 dsource2(i=1。 elseif (temp, % 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。 e
6、nd。end。numofsymbolerror=0。 %检测错误并计算错误率 numofbiterror=0。%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。
7、 else r=s11+n。 end。 %第三步：检测接受信号 c00=sqrt(r(1-s00(12+(r(2-s00(22。 %最小距离判决 c01=sqrt(r(1-s01(12+(r(2-s01(22。 c10=sqrt(r(1-s10(12+(r(2-s10(22。 c11=sqrt(r(1-s11(12+(r(2-s11(22。 c_min=min(c00 c01 c10 c11。 if (c00=c_min, decis1=0。 decis2=0。 elseif (c01=c_min, decis1=0。 decis2=1。 elseif (c10=c_min, decis1=1
8、。 decis2=0。 else decis1=1。 decis2=1。 end。 %第四步：计算误码率和误比特率 symbolerror=0。 %设置符号错误标志，以统计错误个数 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
9、。end。ps=numofsymbolerror/N。 % 错误率计算pb=numofbiterror/(2*N。 pbps结果统计如下：sgma=0 最大投影准则: pb =0.0 ps=0.0 最小距离判决: pb =0.0 ps=0.0 sgma=0.1 最大投影准则: pb =5.0000e-004 ps=1.0000e-003最小距离判决: pb =1.0000e-003 ps=0.0020sgma=0.5 最大投影准则: pb =0.0690 ps=0.1320最小距离判决: pb =0.0690 ps=0.1360sgma=1.0 最大投影准则: pb =0.1345 ps=0.
10、2450 最小距离判决: pb =0.1455 ps=0.2680 %j化星座图函数sgma=input(方差=。%输入方差sgma=sqrt(sgma。%求sgmaN=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,% a uniform random variable between 0 and 1 temp=rand。%随机序列if (temp, % With probability 1/4, source output is 00. dsource
11、1(i=0。 dsource2(i=0。 elseif (temp, % With probability 1/4, source output is 01. dsource1(i=0。 dsource2(i=1。 elseif (temp, % 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。for i=1:N, % The re
12、ceived 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(i=0 & (dsource2(i=1, r01=s01+n。 elseif (dsource1(i=1 & (dsource2(i=0, r11=s10+n。 else r10=s11+n。 end。 hold on。 plot(r00(1,r00(2,*g,r0
13、1(1,r01(2,*r,r11(1,r11(2,*y,r10(1,r10(2,*b。 title(sgma2=。end。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=1:length (SNRindB1,%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_bit_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=1:length (SNRindB2,%计算
14、信噪比区间大小SNR=exp(SNRindB2(i*log(10/10。 %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 (SNRindB1,smld_bit_err_prb,*。holdsemilogy (SNRindB1,smld_symbol_err_prb,O。semilogy (SNRindB2,theo_err_prb。gridxlabel(Eb/No in dBylabel(error probabilitytitle(4PSK通信系统的蒙特卡洛仿真gtext(左:最大投影点准则判决 右:最小距离判决
15、N= 1000 N= 5000N= 10000%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：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=1。 %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:N temp=rand。%随机序列 if (temp0.5 source(i=1。 else source(i=0。
16、 endend%(7,4汉明编码%第二步：实现4码到7码的变换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=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。s0
17、0=1 0。%s00=1 0s01=0 1。%s01=0 1s11=-1 0。%s11=-1 0s10=0 -1。%s10=0 -1%进行4PSK映射%for i=1:N/2 if(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(1,n(2=
18、gnguass(0,sgma。%调用gnguass函数 r=s+n。%(7,4汉明解码%第五步：7码到4码的解码for k=1:N/4 jiema(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=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 c1
19、0 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(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：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 sym
20、bolerror=symbolerror+1。 endendps=2*symbolerror/N。%计算比特差错概率 biterror=0。for i=1:N if(out(i=source(i biterror=biterror+1。 endendpb=biterror/N。 1、高斯白噪声子函数functiongsrv1,gsrv2=gnguass(m,sgmaif 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
21、。gsrv2=m+z*sin(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% pb,ps=cm_sm32(snr_in_dB% pb误符号率% ps误比特率N=1000。 %符号长度E=1。 %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 (temp, % With probability 1/4, source output is 00. dsource1(i=0。
22、dsource2(i=0。 elseif (temp, % With probability 1/4, source output is 01. dsource1(i=0。 dsource2(i=1。 elseif (temp, % 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。 %检测错误并
23、计算错误率 numofbiterror=0。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。 else r=s11+n。 end。c00=dot(r,s00。 %最大投影点准则，即向量点乘积 c01=dot(r,s01。 c10=d
24、ot(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。 else decis1=1。 decis2=1。 end。 symbolerror=0。 %设置符号错误标志，以统计错误个数 if (decis1=dsource1(i, numofbiterror=numofbiterror+1。 symbolerror=1。 end
25、。 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-s00(12+(r(2-s00(22。 %最小距离判决 c01=sqrt(r(1-s01(12+(r(2-s01(22。 c10=sqrt(r(1-s10(12+(r(2-s10(22。 c11=sqrt(r(1-s11(12+(r(2-s11(22。 c_min=min(c00 c01 c10 c11。 if (c00=c_min, decis1=0。 decis2=0。 elseif (c01=c_min, decis1=0。 decis2=1。 elseif (c10=c_min, decis1=1。 decis2=0。 else decis1=1。 decis2=1。 end。
