數字通信系統(tǒng)誤碼率仿真分析

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上3 G移 動 通 信實 驗 報 告實驗名稱：數字通信系統(tǒng)誤碼率仿真分析學生姓名：學生學號：學生班級:所學專業(yè)：實驗日期:1. 實驗目的1. 掌握幾種典型數字通信系統(tǒng)誤碼率分析方法。2. 掌握誤碼率對數字通信系統(tǒng)的影響及改進方法。2. 實驗原理1、數字通信系統(tǒng)的主要性能指標通信的任務是傳遞信息，因此信息傳輸的有效性和可靠性是通信系統(tǒng)的最主要的質量指標。有效性是指在給定信道內能傳輸的信息內容的多少，而可靠性是指接收信息的準確程度。為了提高有效性，需要提高傳輸速率，但是可靠性隨之降低。因此有效性和可靠性是相互矛盾的，又是可交換的?？梢杂媒档陀行缘霓k法提高可靠性，也可以用降

2、低可靠性的辦法提高有效性。數字通信系統(tǒng)的有效性通常用信息傳輸速率來衡量。當信道一定時，傳輸速率越高，有效性就越好。傳輸速率有三種定義：碼元速率（）：單位時間內傳輸的碼元數目，單位是波特（Baud），因此又稱為波特率；信息速率（）：單位時間內傳輸的信息量（比特數），單位是比特/秒（b/s），因此又稱為比特率；消息速率（）：單位時間內傳輸的消息數目。對于M進制通信系統(tǒng)，碼元速率與信息速率的關系為：特別說明的是，在二進制數字通信系統(tǒng)中信源的各種可能消息的出現概率相等時，碼元速率和信息速率相等。在實際應用中，通常都默認這兩個速率相等，所以常常簡單地把一個二進制碼元稱為一個比特。數字通信系統(tǒng)的可靠性的衡

3、量指標是錯誤率。它也有三種不同定義：誤碼率（）：指錯誤接收碼元數目在傳輸碼元總數中所占的比例，即誤比特率（）：指錯誤接收比特數目在傳輸比特總數中所占的比例，即誤字率（）：指錯誤接收字數在傳輸總字數中所占的比例。若一個字由k比特組成，每比特用一碼元傳輸，則誤字率等于對于二進制系統(tǒng)而言，誤碼率和誤比特率顯然相等。而M進制信號的每個碼元含有比特，并且一個特定的錯誤碼元可以有種不同的錯誤樣式。其中恰好有i比特錯誤的錯誤樣式有個。假設這些錯去樣式以等概出現，則當一個碼元發(fā)生錯誤時，在n個比特種錯誤比特所占比例的數學期望值等于所以，當M比較大時，誤比特率等于實際應用中，在計算誤比特率時，是個十分重要的參數

4、。為單位比特的平均信號能量，為噪聲的單邊功率譜密度。但人們在實際系統(tǒng)中能夠直接測量到的是平均信號功率S和噪聲功率N，并且由此可計算出信噪比。若一個二進制通信系統(tǒng)的信息傳輸速率為，接收機帶寬為B，則信噪比可表示為這里，為單位頻帶的比特率，它表示特定調制方案下的頻帶利用率，又稱頻帶效率。在二進制數字調制時，接收端可以采用相干解調，也可以采用非相干解調，它們的抗噪聲能力不同，誤碼性能也不同。下面就分相干解調與非相干解調來分析數字通信系統(tǒng)的誤碼率。2、相干解調時的誤碼率相干解調需要在接收端產生用于相干的參考載波信號，其一般模型為：圖10-1 相干解調的一般模型設接收信號為與同頻同相相干載波相乘后得經低

5、通濾波后得在實際應用中，經常把相干解調與最佳接收混為一談，確切地說，只有當相干解調中的濾波器嚴格按照匹配濾波器的要求來設計，才是真正的最佳接收。由通信原理知識可知，在匹配濾波器條件下求得的二進制調制的最小誤比特率為其中Q函數的定義為。為相關系數，取值范圍為，取決于發(fā)送的信號的相似程度，即、分別為在內的能量。下面分析幾種典型的二進制數字調制系統(tǒng)在相干解調時的誤碼率：對于2ASK信號，由于，則。而，因此有對于2PSK信號，有，可求出，因此對于2FSK信號，有，其相關系數為當時相互正交，。當很大時，也接近于0。對于的2FSK信號，其誤比特率為3、非相干解調時的誤碼率非相干解調的最大優(yōu)點是不需要在接收

6、端產生用于相干的參考載波。因此其設備相對要簡單便宜一些，但性能相對與相干解調來說有點差。對于2FSK信號，有（2）2ASK與2FSK相同，即（3）對于2DPSK信號，有下圖顯示了不同二進制數字通信系統(tǒng)在相干解調和非相干解調時的誤碼率比較。圖10-2 二進制調制的誤比特率曲線由上圖可以看出，使用相干解調時的誤碼率整體上比使用非相干解調時要低，這也說明使用相干解調時的抗噪聲能力比較強。4、多進制數字調制的誤碼率在多進制數字調制中，每個符號間隔內，可能發(fā)送的符號有M種：，。在實際應用中，通常取，n為大于1的正整數。當攜帶信息的參數分別為載波的幅度、頻率或相位時，對應的有M進制幅度鍵控（MASK）、M

7、進制頻移鍵控（MFSK）、M進制相移鍵控（MPSK）。也可以把其中的兩個參數組合起來調制，例如M進制正交幅度鍵控（QAM）。多進制數字調制的調制解調方法與二進制的類似，主要差別在基帶成型階段。解調多采用相干解調，下面就列出幾種典型多進制數字調制在相干解調時的誤碼率公式：M進制幅度鍵控（MASK）M進制頻移鍵控（MFSK）M進制相移鍵控（MPSK）（4）多進制正交幅度調制（MQAM）這里。3. 實驗內容1、編寫MATLAB程序實現Rake接收機。2 、修改信噪比，觀察三種合并算法的誤碼率。4. 實驗代碼clear all;dn=100;d=randint(1,dn);d4_qpsk=d(1,2:

8、2:dn)+2*d(1,1:2:dn-1);for i=1:dn/2 if d4_qpsk(1,i)=0 I(1,i)=1; Q(1,i)=1; else if d4_qpsk(1,i)=1 I(1,i)=-1; Q(1,i)=1; else if d4_qpsk(1,i)=2 I(1,i)=1; Q(1,i)=-1; else if d4_qpsk(1,i)=3 I(1,i)=-1; Q(1,i)=-1; end end end endenddin_2psk=2*d-1;en_min=-10;en_max=0;en_d=0.5;cn=1000;s_n=1;for en=en_min:en_d

9、:en_max ern_2psk=0; ern_2ask=0; ern_qpsk=0; snr=en+10*log(2)/log(10); for y=1:cn dout_2psk=awgn(din_2psk,snr); dout_2ask=awgn(d,snr); Iout=awgn(I,snr); Qout=awgn(Q,snr); dout_2psk=sign(dout_2psk); for i=1:dn if dout_2ask(1,i)>0.5 dout_2ask(1,i)=1; else dout_2ask(1,i)=0; end if dout_2ask(1,i)=d(1,

10、i) ern_2ask=ern_2ask+1; end end dout_2psk=(dout_2psk+1)*0.5; for i=1:dn if dout_2psk(1,i)=d(1,i) ern_2psk=ern_2psk+1; end end for i=1:dn/2 if Iout(1,i)>0 if Qout(1,i)>0 dout_qpsk(1,2*i)=0; dout_qpsk(1,2*i-1)=0; else dout_qpsk(1,2*i)=0; dout_qpsk(1,2*i-1)=1; end else if Qout(1,i)>0 dout_qpsk

11、(1,2*i)=1; dout_qpsk(1,2*i-1)=0; else dout_qpsk(1,2*i)=1; dout_qpsk(1,2*i-1)=1; end end if dout_qpsk(1,2*i)=d(1,2*i) ern_qpsk=ern_qpsk+1; end if dout_qpsk(1,2*i-1)=d(1,2*i-1) ern_qpsk=ern_qpsk+1; end end end error_rate_2psk(1,s_n)=ern_2psk/dn/cn; error_rate_2ask(1,s_n)=ern_2ask/dn/cn; error_rate_qps

12、k(1,s_n)=ern_qpsk/dn/cn; Pbpsk(1,s_n)=qfunc(sqrt(10(snr/10); P2ask(1,s_n)=qfunc(sqrt(0.25*10(snr/10); Pqpsk(1,s_n)=0.5*2*qfunc( sqrt(2*2*10(en)/10)*(sin(pi/4)2) ); s_n=s_n+1;endx=en_min:en_d:en_max;subplot(1,2,1);semilogy(x,error_rate_2psk,'o-',x,Pbpsk,'*-',x,error_rate_2ask,'o-',x,P2ask,'*-');legend('bpsk仿真值','bpsk理論值','2ask仿真值','2ask理論值')title('2PSK+2ASK誤碼率分析');xlabel('Eb/n0 dB');ylabel('error_rate dB');grid on;subplot(1,2,2);semilogy(x,er