8PSK通信系統(tǒng)的蒙特卡羅仿真分析報(bào)告

1、設(shè)計(jì)要求:1、產(chǎn)生等概率且相互獨(dú)立的二進(jìn)制序列，畫出波形;2、產(chǎn)生均值為0,方差為1的加性高斯隨機(jī)噪聲；3、進(jìn)行8PSK調(diào)制，畫出波形；4、進(jìn)行蒙特卡羅分析；5、解調(diào)8PSK畫出眼圖。課程設(shè)計(jì)學(xué)生日志時(shí)間設(shè)計(jì)內(nèi)容7.37.5翻閱Matlab、通信原理的有關(guān)資料7.6用Matlab編寫并調(diào)試程序，實(shí)現(xiàn)調(diào)制、解調(diào)信號(hào)的時(shí)域波形7.7實(shí)行蒙特卡羅及眼圖的仿真7.8寫課程設(shè)計(jì)論文7.9修改論文7.10課程設(shè)計(jì)答辯課程設(shè)計(jì)考勤表周星期一星期二星期三星期四星期五2課程設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ)表指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ):成績(jī)：指導(dǎo)教師：年月日8PSK通信系統(tǒng)的蒙特卡羅仿真分析一、設(shè)計(jì)目的和意義（1）根據(jù)蒙特卡羅仿真方法基本思想，分析了

2、加性高斯噪聲和單頻干擾條件下的8PSK信號(hào)相位分布模型及其相關(guān)檢測(cè)方法；（2）討論了加性噪聲和單頻干擾模型，建立了相關(guān)檢測(cè)系統(tǒng)蒙特卡羅仿真模型，模型通過(guò)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真軟件實(shí)現(xiàn)；（3）進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)與應(yīng)用系統(tǒng)性能分析。二、設(shè)計(jì)原理（1）蒙特卡羅概及原理蒙特卡羅法亦稱為隨機(jī)仿真方法，是一種與一般數(shù)值計(jì)算方法有本質(zhì)區(qū)別的計(jì)算方法，它起源于早期的用幾率近似概率的數(shù)學(xué)思想，它利用隨機(jī)數(shù)學(xué)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)，以求得的統(tǒng)計(jì)特征值作為待解問(wèn)題的數(shù)值解。蒙特卡羅法首先構(gòu)造或描述各種概率過(guò)程，然后從這些概率過(guò)程中實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的概率分布，最后建立各種估計(jì)量，相當(dāng)于對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行考察和登記，從中得到問(wèn)題的解。對(duì)于數(shù)字通信系

3、統(tǒng)而言有效性用信息的傳輸速率表示而可靠性可用誤碼率來(lái)表示。信號(hào)在傳送檢波的過(guò)程中由于噪聲的干擾可能會(huì)檢碼錯(cuò)誤。這樣如何統(tǒng)計(jì)分析信號(hào)傳輸過(guò)程中噪聲干擾下的誤碼率問(wèn)題就成了衡量該系統(tǒng)好壞的標(biāo)志。蒙特卡羅方法正是基于隨機(jī)數(shù)信號(hào)的產(chǎn)生原理，統(tǒng)計(jì)分析信號(hào)傳輸過(guò)程中由于噪聲干擾而引起的誤碼率。其基本原理如下：由概率定義知，某事件的概率可以用大量試驗(yàn)中該事件發(fā)生的頻率來(lái)估算，當(dāng)樣本容量足夠大時(shí)，可以認(rèn)為該事件的發(fā)生頻率即為其概率。因此，可以先對(duì)影響其可靠度的隨機(jī)變量進(jìn)行大量的隨機(jī)抽樣，然后把這些抽樣值一組一組地代入功能函數(shù)式，確定結(jié)構(gòu)是否失效，最后從中求得結(jié)構(gòu)的失效概率。蒙特卡羅法正是基于此思路進(jìn)行分析的。

4、蒙特卡羅方法的基本思想是：當(dāng)所求解問(wèn)題是某種隨機(jī)事件出現(xiàn)的概率，以這種事件出現(xiàn)的頻率估計(jì)這一隨機(jī)事件的概率，或者得到這個(gè)隨機(jī)變量的某些數(shù)字特征,并將其作為問(wèn)題的解.(OMSK)1QFSK)riftti圖1通信系統(tǒng)仿真模型(2) 8PSK的調(diào)制8PSK是一種常用的多相鍵控，輸入的二進(jìn)制信息序列經(jīng)串一并交換每次產(chǎn)生一個(gè)3位碼組blb2b3，因此符號(hào)率為比特率的1/3。在b1b2b3控制下，同相路和正交路分別產(chǎn)生兩個(gè)四電平基帶信號(hào)l(t)和Q(t)。bl用于決定同相路的信號(hào)的極性，b2用于決定正交路信號(hào)的極性，b3則用于確定同相路和正交路信號(hào)的幅度。因此同相路和正交路的基帶信號(hào)幅度是相互關(guān)聯(lián)的，不能

5、獨(dú)立選取。其調(diào)制與那里圖如圖1所示b、b、二進(jìn)信息申一并執(zhí)空換電平產(chǎn)生倒相靳Lg$電1F嚴(yán)生圖28PSK調(diào)制（3）8PSK的解調(diào)8PSK言號(hào)可采用QPSKI號(hào)的相干解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，區(qū)別在于判決電路二電平判決改為四電平判決，判決結(jié)果經(jīng)邏輯運(yùn)算后得到比特馬組，再進(jìn)行并/串變換，8PSK信號(hào)的另一種解調(diào)方案如圖2所示，它采用兩組正交相干解調(diào)器，其中一組參考載波相位為0和90，另一組參考載波相位為-45。和45,沒(méi)個(gè)相干解調(diào)器后接一個(gè)二電平判決電路，對(duì)判決結(jié)果經(jīng)邏輯運(yùn)算后得到比特馬組，在進(jìn)行并/串變換，得到原始的串行二進(jìn)制信息。8PSK調(diào)制是利用載波的8種不同相位（或相位差）來(lái)表征數(shù)字信息的調(diào)制方式，

6、和二進(jìn)制調(diào)制一樣，8PSK調(diào)制也分為絕對(duì)調(diào)相和相對(duì)調(diào)相。它把輸入的二進(jìn)制信號(hào)序列經(jīng)過(guò)串并變換，每次把一個(gè)3位的碼組映射為一個(gè)符號(hào)的相位，映射星座按自然碼或者格雷碼（文中采用自然碼），符號(hào)速率是比特速率的1/3，在8PSK調(diào)制方式中，輸入的串行二進(jìn)制序列經(jīng)串并轉(zhuǎn)換，每次產(chǎn)生3位并行碼組b1b2b3。bl和b3分別決定I路的極性和幅度，b2和b3分別決定Q路的極性和幅度，星座圖如圖4H100001圖48PSK星座圖4、眼圖如圖5所示，一個(gè)確定的數(shù)字序列在眼圖空間對(duì)應(yīng)固定的眼圖結(jié)構(gòu)。在不同干擾強(qiáng)度的情況下，基帶信號(hào)對(duì)應(yīng)的眼圖結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)不同程度的變化，即干擾強(qiáng)度的不同會(huì)在眼圖結(jié)構(gòu)中得以體現(xiàn)，主要表現(xiàn)在

7、眼圖的形狀和亮、暗面積比會(huì)發(fā)生變化?；谘蹐D分析的干擾效果評(píng)估研究是一種數(shù)字信號(hào)基帶傳輸受擾測(cè)度研究方法,主要思想既是通過(guò)眼圖對(duì)基帶信號(hào)的受擾程度進(jìn)行表征。眼圖的仿真模型如圖6所示最佳取樣時(shí)向最佳取樣點(diǎn)零點(diǎn)位置的失真圖5眼圖模型圖2askeyp-pstterndiagram(L9ILLLN13A1角1.11L7I.fiLS?lirtie/second圖6仿真模型由圖可知“眼睛”的張開程度可以作為基帶傳輸系統(tǒng)性能的一種度量，它不但反映串?dāng)_的大小，而且也可以反映信道噪聲的影響。眼圖張開部分的寬度決定了接受波形可以不受串?dāng)_影響而抽樣、再生的時(shí)間間隔。顯然，抽樣的最佳時(shí)刻是“眼睛”張開最大的時(shí)刻；“眼

8、睛”在特定抽樣時(shí)刻的張開高度決定了系統(tǒng)的噪聲容限；“眼睛”的閉合斜率決定了系統(tǒng)對(duì)抽樣定時(shí)誤差的敏感程度，斜率愈大則對(duì)定時(shí)誤差愈敏感。三、詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟1、MATLA庫(kù)中的高斯隨機(jī)數(shù)發(fā)生函數(shù)randn是應(yīng)用給出的最低標(biāo)準(zhǔn)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器以及極坐標(biāo)法，將均勻分布的隨機(jī)數(shù)映射成高斯分布的隨機(jī)數(shù)。2、產(chǎn)生二進(jìn)制序列后當(dāng)進(jìn)行8PS調(diào)制時(shí)伴隨著高斯隨機(jī)噪聲，這時(shí)的信號(hào)便會(huì)有不同概率誤差，我們就用蒙特卡羅來(lái)估計(jì)分析，存在的誤差是怎么的，有多少,基于蒙特卡羅的思想原則和應(yīng)用特征，結(jié)合通信中調(diào)制解調(diào)理論，利用蒙特卡羅思想在通信系統(tǒng)建模的應(yīng)用，并給出仿真結(jié)果。蒙特卡羅法的步驟是：（1）構(gòu)造實(shí)際問(wèn)題的目標(biāo)概率模型；（2）

9、根據(jù)目標(biāo)概率模型的特點(diǎn)，確定概率密度函數(shù)和累積概率分布函數(shù)；（3）統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果，給出問(wèn)題的解和精度估計(jì).仿真平臺(tái)為matlab7.0,驗(yàn)證蒙特卡羅方法的好壞主要是能否把仿真結(jié)果確切顯示出來(lái).在計(jì)算信號(hào)誤差函數(shù)時(shí)為了提高實(shí)驗(yàn)效果，在偽隨機(jī)采樣時(shí)就對(duì)概率密度函數(shù)和累積概率分布函數(shù)作好統(tǒng)計(jì)，這樣得到的采樣信號(hào)統(tǒng)計(jì)特征量，才能防止隨著偽隨機(jī)數(shù)數(shù)目增加而處理時(shí)間以指數(shù)級(jí)增加仿真結(jié)果見圖10蒙特卡羅法的主要思路是：一、針對(duì)所要求解或所要驗(yàn)證的問(wèn)題建立一個(gè)簡(jiǎn)單且便于實(shí)現(xiàn)的概率統(tǒng)計(jì)模型；二、對(duì)模型中的隨機(jī)變量建立抽樣方法，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行隨機(jī)模擬，抽取足夠的隨機(jī)數(shù),并對(duì)有關(guān)的事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；三、對(duì)模擬試驗(yàn)結(jié)果加以

10、分析說(shuō)明3、數(shù)字調(diào)相或相移鍵控PSK）最簡(jiǎn)單的形式為，利用=進(jìn)制數(shù)字信號(hào)對(duì)兩個(gè)同頻反相正弦渡進(jìn)行控制不斷切換合成調(diào)相渡，即BPSK8BPSK是一種常用的八相相移鍵控，有八種可能輸出的相位，它不是恒幅度調(diào)制，不僅在相位中而且在幅度中亦包臺(tái)信息，一個(gè)符號(hào)攜帶三個(gè)比特的信息8PSK的調(diào)制信號(hào)可以看成是對(duì)兩個(gè)正交載波進(jìn)行四電平雙邊帶調(diào)制后所得的兩路四進(jìn)制幅度鍵控4ASK信號(hào)的疊加，其實(shí)現(xiàn)如圖3所示。4、在傳輸信道中引入噪聲，解調(diào)出的信號(hào)以眼圖的形式輸出，改變干擾信號(hào)的強(qiáng)度,錄取不同干擾強(qiáng)度下的眼圖，利用眼圖來(lái)觀察其噪聲帶來(lái)的誤碼率。計(jì)算對(duì)應(yīng)眼圖的眼皮厚度與眼圖開啟度。改變信噪比的大小，相應(yīng)的給出眼皮厚

11、度和眼圖開啟度的值及相應(yīng)的受擾后的眼圖。結(jié)合眼皮厚度與眼圖開啟度兩個(gè)參數(shù)，建立二者的比值（眼圖厚度比）與干擾強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)大量的仿真數(shù)據(jù)獲得擬合曲線。四、設(shè)計(jì)結(jié)果及分析圖7二進(jìn)制序列及8PSK波形FiyiLire1-inikJlriserr10居Qekioojindowtieti鼻1Q岡呂b|區(qū)富|口困o-S2一dFU.5Q6TimeQ.3OSTint：5)QQ9-n|x10.500.6-1-1.5-20d98G09S50JS90J99505Timefs)mpnadErVfl*T4*-44-*4-rl-l-PHVIVI1VI1i*tiI-BinifrI*IWWIRvSVg.w. I344

12、-曇*AAAI!41*VIV1R.aVI11vl11MiEIIIIRUi孚VVVV9VjVwrrvtvvHIX1I：!0;Transmitted_data_bits=data_2(1:(fs)/N:end)figure(1)subplot(2,1,1)plot(td,data2)axis(01-22);gridonxlabel(Time)ylabel(Amplitude)title(輸入數(shù)據(jù))twopi_fc_t=(1:fs/2)*2*pi*fcarr/fs;a=1;phi=0;cs_t=a*cos(twopi_fc_t+phi);sn_t=a*sin(twopi_fc_t+phi);cs_t

13、=cs_t;sn_t=sn_t;si=cs_t.*lsymbols;sq=sn_t.*Qsymbols;sumiq=si+sq;gridonsubplot(2,1,2)plot(tiq,sumiq)axis(.498.502-22);gridonxlabel(Time(s)ylabel(Amplitude)title(8PSK波形);M=2;seed=7864554321;SNRpBit=60;SNR=SNRpBit/log2(M);numPlot=25;source=randsrc(numSymb,1,0:M-1);n=randn(1,100)*sqrt(1);figure(2)stem(n

14、)title(高斯隨機(jī)噪聲)figure(4)subplot(1,1,1)plot(tiq,sumiq1)axis(.498.502-22);gridonxlabel(Time(s)ylabel(Amplitude)title(疊加噪聲后的8PSK波形)figure(5)xlabel(Time)ylabel(Voltage)out=;fori=1:1000:10000out=outbitout(i:i+999)bitout1(i:i+999);endout1=;fori=1:1000:20000ifsum(out(i:i+999)0outa(i:i+999)=1;out1=out11;else

15、outa(i:i+999)=-1;out1=out1-1;endendplot(td,outa)title(解調(diào)后的8PSK信號(hào));gridon;axis(01-22);N=fs/fcarr;functionpb,ps=cm_sm32(snr_in_dB)N=10000;E=1;snr=10A(snr_in_dB/10);sgma=sqrt(E/(3*2*snr);s000=10;s001=cos(pi/4)sin(pi/4);s01仁01;s010=cos(3*pi/4)sin(3*pi/4);s110=-10;s11仁cos(5*pi/4)sin(5*pi/4);s101=0-1;s100

16、=cos(7*pi/4)sin(7*pi/4);fori=1:N,temp=rand;if(temp0.125),dsource1(i)=0;dsource2(i)=0;dsource3(i)=0;elseif(temp0.25),dsource1(i)=0;dsource2(i)=0;dsource3(i)=1;elseif(temp0.375),dsource1(i)=0;dsource2(i)=1;dsource3(i)=0;elseif(temp0.5),dsource1(i)=0;dsource2(i)=1;dsource3(i)=1;elseif(temp0.625),dsourc

17、e1(i)=1;dsource2(i)=0;dsource3(i)=0;elseif(temp0.75),dsource1(i)=1;dsource2(i)=0;dsource3(i)=1;elseif(temp0.875).dsource1(i)=1;dsource2(i)=1;dsource3(i)=0;elsedsource1(i)=1;dsource2(i)=1;dsource3(i)=1;end;end;numofsymbolerror=0;numofbiterror=0;fori=1:N,n(1)=gngauss(sgma);n(2)=gngauss(sgma);if(dsourc

18、e1(i)=0)&(dsource2(i)=0)&(dsource3(i)=0),r=s000+n;elseif(dsource1(i)=0)&(dsource2(i)=0)&(dsource3(i)=1),r=s001+n;elseif(dsource1(i)=0)&(dsource2(i)=1)&(dsource3(i)=0),r=s010+n;elseif(dsource1(i)=0)&(dsource2(i)=1)&(dsource3(i)=1),r=s011+n;elseif(dsource1(i)=1)&(dsource2(i)=0)&(dsource3(i)=0),r=s100+

19、n;elseif(dsource1(i)=1)&(dsource2(i)=0)&(dsource3(i)=1),r=s101+n;elseif(dsource1(i)=1)&(dsource2(i)=1)&(dsource3(i)=0).r=s110+n;elser=s111+n;end;cOOO=dot(r,sOOO);cOO仁dot(r,s001);cO1O=dot(r,sO1O);cO11=dot(r,sO11);c1OO=dot(r,s1OO);c1O1=dot(r,s1O1);c11O=dot(r,s11O);c111=dot(r,s111);c_max=max(cOOOcOO1cO

20、1OcO11c1OOc1O1c11Oc111);if(cOOO=c_max),decis1=O;decis2=O;decis3=O;elseif(cOO1=c_max),decis1=O;decis2=O;decis3=1;elseif(cO1O=c_max),decis1=O;decis2=1;decis3=O;elseif(cO11=c_max),decis1=O;decis2=1;decis3=1;elseif(c1OO=c_max),decis1=1;decis2=O;decis3=O;elseif(c1O1=c_max),decis1=1;decis2=O;decis3=1;else

21、if(c11O=c_max),decis1=1;decis2=1;decis3=O;elsedecis1=1;decis2=1;decis3=1;end;symbolerror=0;if(decis1=dsource1(i),numofbiterror=numofbiterro葉1;symbolerror=1;end;if(decis2=dsource2(i),numofbiterror=numofbiterro葉1;symbolerror=1;end;if(decis3=dsource3(i),numofbiterror=numofbiterro葉1;symbolerror=1;end;if

22、(symbolerror=1),numofsymbolerror=numofsymbolerror+1;end;end;ps=numofsymbolerror/N;pb=numofbiterror/(3*N);functionchannelout=pskmoto(input,No)u=input;sgma=sqrt(No);%經(jīng)過(guò)高斯信道fori=1:length(u)n=gngauss(sgma);if(dsource1(i)=0)&(dsource2(i)=0)&(dsource3(i)=0)r=s000+n;elseif(dsource1(i)=0)&(dsource2(i)=0)&(d

23、source3(i)=1)r=sOO1+n;elseif(dsource1(i)=0)&(dsource2(i)=1)&(dsource3(i)=0)r=sO1O+n;elseif(dsource1(i)=0)&(dsource2(i)=1)&(dsource3(i)=1)r=s011+n;elseif(dsource1(i)=1)&(dsource2(i)=0)&(dsource3(i)=0)r=s100+n;elseif(dsource1(i)=1)&(dsource2(i)=0)&(dsource3(i)=1)r=s101+n;elseif(dsource1(i)=1)&(dsource

24、2(i)=1)&(dsource3(i)=0)r=s110+n;elser=s111+n;end%計(jì)算互相關(guān)度c000=dot(r,s000);c001=dot(r,s001);c010=dot(r,s010);c011=dot(r,s011);c100=dot(r,s100);c101=dot(r,s101);c110=dot(r,s110);c111=dot(r,s111);%對(duì)第i個(gè)符號(hào)進(jìn)行判決c_max=max(c000c001c010c011c100c101c110c111);if(c000=c_max)decis1(i)=0;decis2(i)=0;decis3(i)=0;elseif(c001=c_max)decis1(i)=0;decis2(i)=0;decis3(i)=1