BPSK,QPSK,QAM,BFSK.doc

1引言42 誤碼率噪聲性能比較分析42.1BPSK與QPSK抗噪聲性能比較432FSK抗噪聲性能53.316QAM抗噪聲性能比較53 simuli在高斯信道下的仿真設(shè)計(jì)63.1 Simulink仿真步驟63.2 仿真結(jié)果83.3 結(jié)果分析114 matlab編程實(shí)現(xiàn)在高斯噪聲條件下的幾種誤碼率比較114.1 仿真代碼114.2 仿真結(jié)果：135 四種調(diào)制方式在加性高斯白噪聲和平坦衰落信道下的誤碼率matla仿真135.1 高斯白噪聲135.2 平坦衰落135.2.1 衰落135.2.2平坦衰落145.3 BPSK matlab仿真實(shí)現(xiàn)步驟以及結(jié)果145.3.1 仿真原理及步驟146.3.2 仿真結(jié)果145.4 QPSK matlab編程實(shí)現(xiàn)步驟以及結(jié)果155.4.1 仿真原理及步驟155.4.2 仿真結(jié)果155.5 16QAM matlab仿真實(shí)現(xiàn)步驟以及結(jié)果165.5.1 仿真原理及步驟165.5.2 仿真結(jié)果165.6 FSK matlab仿真實(shí)現(xiàn)步驟以及結(jié)果165.6.1 仿真原理及步驟165.6.2 仿真結(jié)果166 simuli在高斯信道下的仿真設(shè)計(jì)176.1 Simulink仿真步驟176.2 仿真結(jié)果19總結(jié)20數(shù)字調(diào)制誤碼率的仿真謝英 信息科學(xué)與工程學(xué)院 通信一班 20110803124摘 要：利用matlab和simulink工具對(duì)BPSK、QPSK、BFSK、16QAM四種調(diào)制方式進(jìn)行仿真，計(jì)算每種方式在加性高斯噪聲和平坦衰落信道下的誤碼率并作相應(yīng)比較，通信系統(tǒng)的抗噪聲性能是指克服加性噪聲影響的能力，數(shù)字通信系統(tǒng)通常采用誤碼率進(jìn)行衡量。本文從BPSK,QPSK,2FSK,16QAM四個(gè)系統(tǒng)來研究誤碼率。關(guān)鍵詞：數(shù)字調(diào)制；抗噪聲性能；AWGN； 誤碼率Abstract: Using matlab and simulink tools for BPSK, QPSK, BFSK, 16 qam modulation way simulation, calculation the bit error rate for each in additive gaussian noise and in flat fading channel，and the corresponding, the anti-noise performance of communication system is refers to the ability to overcome the influence of the additive noise, the probability of error in digital communication system usually adopt measure.This article from the BPSK, QPSK, 2 FSK, 16 qam four system to study the bit error rate.Key words: digital modulation; anti-noise;AWGN; BER 191引言通信系統(tǒng)的抗噪聲性能是指克服加性噪聲影響的能力。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信道噪聲有可能是傳數(shù)碼元產(chǎn)生錯(cuò)誤，錯(cuò)誤程度通常用誤碼率來衡量。因此，分析數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能，也就是求系統(tǒng)在信道噪聲干擾下的總誤碼率。分析條件：假設(shè)信道特性是恒參信道，在信號(hào)頻帶范圍內(nèi)具有理想矩形的傳輸特性；信道噪聲是加性高斯白噪聲。并且認(rèn)為噪聲只對(duì)信道的接受帶來影響，因而分析系統(tǒng)性能是在接收端進(jìn)行的?，F(xiàn)代通信中數(shù)據(jù)通信越來越重要，誤碼率是評(píng)判傳輸系統(tǒng)性能的最終標(biāo)準(zhǔn)。誤碼率的測(cè)試都是作為一個(gè)系統(tǒng)指標(biāo)主要集中在基帶信源碼的測(cè)試。隨著系統(tǒng)集成度的復(fù)雜性增加，系統(tǒng)功能劃分細(xì)化導(dǎo)致了在分機(jī)系統(tǒng)中也需要進(jìn)行誤碼率的測(cè)試。接收機(jī)，發(fā)射機(jī)的誤碼測(cè)試已經(jīng)越來越多的出現(xiàn)在我們面前。而誤碼率測(cè)試系統(tǒng)所面對(duì)的信號(hào)已經(jīng)由傳統(tǒng)的信源信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M的中頻信號(hào)，甚至是射頻信號(hào)。本文將分別討論BPSK、QPSK、2FSK、16QAM系統(tǒng)的抗噪聲性能。2 誤碼率噪聲性能比較分析2.1BPSK與QPSK抗噪聲性能比較sbpskt=stcosct=nang(t-nTs)cosctsqpskt=nang(t-nTs)cosct+nbng(t-nTs)sinct所以QPSK可以看作是兩路正交的BPSK信號(hào)相疊加，這兩路正交的BPSK信號(hào)幅度相同，功率相當(dāng)，碼元同步。BPSK和QPSK對(duì)應(yīng)的誤碼率分別為：Pe=12erfc(r)Pe=1-1-12erfcr2232FSK抗噪聲性能本文討論2FSK的相干解調(diào)是的誤碼率，此時(shí)誤碼率Pe=12erfc(r2)3.316QAM抗噪聲性能比較矩形QAM信號(hào)，產(chǎn)生PAM信號(hào)可直接加到兩個(gè)正交載波相位上，對(duì)于M=2k下的矩形信號(hào)星座圖，QAM信號(hào)星座圖與正交載波上的兩個(gè)PAM信號(hào)是等價(jià)的，這兩個(gè)信號(hào)中的每一個(gè)上都有M12=2k2個(gè)信號(hào)點(diǎn)。因?yàn)橄辔徽环至可系男盘?hào)能被相干判決極好的分離，所以易于通過PAM的誤碼率確定QAM的誤碼率。M進(jìn)制QAM系統(tǒng)正確判決概率是Pc=(1-PM)2，M進(jìn)制QAM的誤碼率為PM=1-(1-PM)2其中，PM=21-1MQ(3M-1EavN0)3 simuli在高斯信道下的仿真設(shè)計(jì)3.1 Simulink仿真步驟先是使用隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器Random Integer Generator產(chǎn)生隨機(jī)序列，然后進(jìn)行bpsk調(diào)制，此時(shí)采用的模塊是BPSK Modulator Baseband，然后讓信號(hào)經(jīng)過AWGN模塊，加上加性高斯噪聲，接收端對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，采用模塊是QPSK DeModulator Baseband，最后輸出解調(diào)信號(hào)和初始信號(hào)進(jìn)行比較得到誤碼率。每個(gè)調(diào)制方式的mdl文件如下圖所示：1、 bpsk.mdl2、 qpsk.mdl3、 bfsk.mdl4、 qam16.mdlMDL文件統(tǒng)一設(shè)置AWGN信道性噪比參量SNR,誤碼率均輸出到workspace。為matlab仿真循環(huán)調(diào)用提供便利。err.m%BPSK、2FSK、QPSK、16QAM在高斯信道下的simulink誤碼率仿真比較clear all;clc;L=100;SNR=0;ErrorVec_16QAM=0;ErrorVec_BPSK=0;ErrorVec_QPSK=0;EB_qpsk=zeros(1,L);EB_bpsk=zeros(1,L);EB_qam16=zeros(1,L);EB_bfsk=zeros(1,L);EBtheo_qpsk=zeros(1,L);EBtheo_bpsk=zeros(1,L);EBtheo_qam16=zeros(1,L);EBtheo_bfsk=zeros(1,L);t=zeros(1,L);for i=1:L; SNR=-5+0.2*i; t(i)=SNR; sim(qpsk); EB_qpsk(i)=ErrorVec_QPSK(1); sim(bpsk); EB_bpsk(i)=ErrorVec_BPSK(1); EBtheo_bpsk(i)=0.5*erfc(sqrt(10.(SNR/10); sim(qam16); EB_qam16(i)=ErrorVec_16QAM(1); EBtheo_qam16(i)=3/2*erfc(sqrt(4*0.1*(10.(SNR/10); sim(bfsk); EB_bfsk(i)=ErrorVec_BFSK(1); EBtheo_bfsk(i)=0.5*erfc(sqrt(0.5*10.(SNR/10);endEBtheo_qpsk=1-(1-EBtheo_bfsk).*(1-EBtheo_bfsk);figure;semilogy(t,EB_qpsk,r.,t,EBtheo_qpsk,r-);title(qpsk誤碼性能);xlabel(r/dB);ylabel(Pe);figure;semilogy(t,EB_bpsk,y.,t,EBtheo_bpsk,y-);title(bpsk誤碼性能);xlabel(r/dB);ylabel(Pe);figure;semilogy(t,EB_bfsk,g.,t,EBtheo_bfsk,g-);title(bfsk誤碼性能);xlabel(r/dB);ylabel(Pe);figure;semilogy(t,EB_qam16,b.,t,EBtheo_qam16,b-);title(16qam誤碼性能);xlabel(r/dB);ylabel(Pe);figure(name,幾種調(diào)制方式的理論誤碼率和實(shí)際誤碼率比較,numbertitle,off);semilogy(t,EBtheo_qpsk,r-);hold on;semilogy(t,EBtheo_bpsk,y-);hold on;semilogy(t,EBtheo_bfsk,g-);hold on;semilogy(t,EBtheo_qam16,b-);hold on;semilogy(t,EB_qpsk,r-);hold on;semilogy(t,EB_bpsk,y-);hold on;semilogy(t,EB_bfsk,g-);hold on;semilogy(t,EB_qam16,b-);hold on;title(各系統(tǒng)理論值比較);xlabel(r/dB);ylabel(Pe);legend(EBtheo_qpsk,EBtheo_bpsk,Btheo_bfsk,EBtheo_qam16,EB_qpsk,EB_bpsk,EB_bfsk,EB_qam16)3.2 仿真結(jié)果3.3 結(jié)果分析由仿真結(jié)果可以看出，1、16QAM失真大，還有問題尚未校正2、在誤碼率相同的情況下，相干解調(diào)的2FSK需要的信噪比與QPSK的相近， BPSK對(duì)信噪比的要求最低，16QAM對(duì)于信噪比的需要最高。3、仿真時(shí)，在誤碼率小的區(qū)域，仿真與理論值差距較大，因?yàn)榇藭r(shí)樣本數(shù)目不夠。4 matlab編程實(shí)現(xiàn)在高斯噪聲條件下的幾種誤碼率比較4.1 仿真代碼clc;M = 2; Fs = 16; nsamp = 17; freq_sep = 8;x = randint(10000,1,M);y_2fsk = fskmod(x,M,freq_sep,nsamp,Fs);y_2psk = pskmod(x,M);y_4psk = pskmod(x,4);y_16qam = qammod(x,16);N=10;for j=1:N SNR=j; y_2fsk_noise = awgn(y_2fsk,SNR-10*log10(Fs),measured,dB); y_2psk_noise = awgn(y_2psk,SNR,measured,dB); y_4psk_noise = awgn(y_4psk,SNR,measured,dB); y_16qam_noise=awgn(y_16qam,SNR,measured,dB); z_2fsk=fskdemod(y_2fsk_noise,M,freq_sep,nsamp,Fs); z_2psk=pskdemod(y_2psk_noise,M); z_4psk = pskdemod(y_4psk_noise,4); z_16qam=pskdemod(y_16qam_noise,16); num_2fsk(j),ber_2fsk(j)=biterr(x,z_2fsk); num_2psk(j),ber_2psk(j)=biterr(x,z_2psk); num_4psk(j),ber_4psk(j) = biterr(x,z_4psk); num_16psk(j),ber_16psk(j) = biterr(x,z_16psk); num_16qam(j),ber_16qam(j) = biterr(x,z_16qam);endfigure(name,BPSK,2FSK,QPSK,16QAM在高斯信道下的誤碼率比較,numbertitle,off)semilogy(1:N,ber_2fsk,-*b);grid;hold on;semilogy(1:N,ber_2psk,-dk);hold on;semilogy(1:N,ber_4psk,-.dr);hold on;semilogy(1:N,ber_16qam,-.sk);title(BPSK,2FSK,QPSK,16QAM在高斯信道下的誤碼率比較);legend(2FSK,2PSK,4PSK,16PSK,16QAM,3);xlabel(SNR dB);ylabel(BER)hold off4.2 仿真結(jié)果：由圖可以看出BFSK和QPSK調(diào)制方式的誤碼率在高斯信道下相差不大，而誤碼性能最好的BPSK，最差的是16QAM。5 四種調(diào)制方式在加性高斯白噪聲和平坦衰落信道下的誤碼率matla仿真5.1 高斯白噪聲高斯白噪聲：如果一個(gè)噪聲，它的幅度分布服從高斯分布，而它的功率譜密度又是均勻分布的，則稱它為高斯白噪聲。高斯噪聲是一種具有正態(tài)分布（也稱作高斯分布）概率密度函數(shù)的噪聲。換句話說，高斯噪聲的值遵循高斯分布或者它在各個(gè)頻率分量上的能量具有高斯分布。它被極其普遍地應(yīng)用為用以產(chǎn)生加成性高斯白噪聲（AWGN）的迭代白噪聲。5.2 平坦衰落5.2.1 衰落在無線通信領(lǐng)域，衰落是指由于信道的變化導(dǎo)致接收信號(hào)的幅度發(fā)生隨機(jī)變化的現(xiàn)象，即信號(hào)衰落。導(dǎo)致信號(hào)衰落的信道被稱作衰落信道。衰落可按時(shí)間、空間、頻率，三個(gè)角度來分類。在時(shí)間上，分為慢衰落和快衰落。慢衰落描述的是信號(hào)幅度的長(zhǎng)期變化，是傳播環(huán)境在較長(zhǎng)時(shí)間、較大范圍內(nèi)發(fā)生變化的結(jié)果，因此又被稱為長(zhǎng)期衰落、大尺度衰落?？焖ヂ鋭t描述了信號(hào)幅度的瞬時(shí)變化，與多徑傳播有關(guān)，又被稱為短期衰落、小尺度衰落。慢衰落是快衰落的中值。在空間上，分為瑞利衰落和萊斯衰落。瑞利衰落適用于從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)不存在直射信號(hào)的情況；相反，萊斯衰落適用于發(fā)射機(jī)到接收機(jī)存在直射路徑的情況。在頻率上，分為平坦性衰落和選擇性衰落。5.2.2平坦衰落如果無線傳播信道的頻帶比傳送信號(hào)還寬，則接收到的信號(hào)會(huì)受到平坦衰落。在平坦衰落中，多重路徑信道中的傳送信號(hào)的頻譜大致維持不變，雖然信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)因多重路徑引起的增益波動(dòng)而隨時(shí)間變化。在一個(gè)平坦衰落的信道里，信號(hào)的信符周期遠(yuǎn)大于信道的延遲擴(kuò)散時(shí)間，因此信道的脈沖響應(yīng)近似于沒有延遲延展(delay spread)。平坦衰落信道亦被稱為窄頻信道(narrowband channel)，因?yàn)樾盘?hào)的帶寬與平坦衰落的信道帶寬相比下較為狹窄。5.3 BPSK matlab仿真實(shí)現(xiàn)步驟以及結(jié)果5.3.1 仿真原理及步驟對(duì)于BPSK，采用矩形脈沖抽樣點(diǎn)數(shù)為8，每種SNR下的傳輸?shù)姆?hào)數(shù)為10000，信噪比范圍為SNR=-10:1:0;采用格雷編碼方式。首先隨機(jī)產(chǎn)生10000個(gè)是發(fā)送符號(hào)，對(duì)這些符號(hào)進(jìn)行格雷編碼映射，經(jīng)過bpsk調(diào)制后進(jìn)行脈沖成型，是該信道分別經(jīng)過加性高斯信道和瑞利衰落信道，在接收端使用匹配濾波器進(jìn)行相干解調(diào)，BPSK解調(diào)，格雷編碼逆映射，在計(jì)算相關(guān)的誤碼率性能，畫圖。比較在不同信道下的誤比特率好誤符號(hào)率。6.3.2 仿真結(jié)果5.4 QPSK matlab編程實(shí)現(xiàn)步驟以及結(jié)果5.4.1 仿真原理及步驟對(duì)于QPSK，采用矩形脈沖抽樣點(diǎn)數(shù)為8，每種SNR下的傳輸?shù)姆?hào)數(shù)為10000，信噪比范圍為SNR=-10:1:0;采用格雷編碼方式。首先隨機(jī)產(chǎn)生10000個(gè)是發(fā)送符號(hào)，對(duì)這些符號(hào)進(jìn)行格雷編碼映射，經(jīng)過QPSK調(diào)制后進(jìn)行脈沖成型，是該信道分別經(jīng)過加性高斯信道和瑞利衰落信道，在接收端使用匹配濾波器進(jìn)行相干解調(diào)，QPSK解調(diào)，格雷編碼逆映射，在計(jì)算相關(guān)的誤碼率性能，畫圖。比較在不同信道下的誤比特率好誤符號(hào)率。5.4.2 仿真結(jié)果5.5 16QAM matlab仿真實(shí)現(xiàn)步驟以及結(jié)果5.5.1 仿真原理及步驟對(duì)于16QAM，采用矩形脈沖抽樣點(diǎn)數(shù)為8，每種SNR下的傳輸?shù)姆?hào)數(shù)為10000，信噪比范圍為SNR=-10:1:0;采用格雷編碼方式。首先隨機(jī)產(chǎn)生10000個(gè)是發(fā)送符號(hào)，對(duì)這些符號(hào)進(jìn)行格雷編碼映射，經(jīng)過16QAM調(diào)制后進(jìn)行脈沖成型，是該信道分別經(jīng)過加性高斯信道和瑞利衰落信道，在接收端使用匹配濾波器進(jìn)行相干解調(diào),16QAM解調(diào)，格雷編碼逆映射，在計(jì)算相關(guān)的誤碼率性能，畫圖。比較在不同信道下的誤比特率好誤符號(hào)率。5.5.2 仿真結(jié)果5.6 FSK matlab仿真實(shí)現(xiàn)步驟以及結(jié)果5.6.1 仿真原理及步驟對(duì)于FSK，采用矩形脈沖抽樣點(diǎn)數(shù)為8，每種SNR下的傳輸?shù)姆?hào)數(shù)為10000，信噪比范圍為SNR=0:1:12;采用格雷編碼方式。首先隨機(jī)產(chǎn)生10000個(gè)是發(fā)送符號(hào)，對(duì)這些符號(hào)進(jìn)行格雷編碼映射，經(jīng)過FSK調(diào)制后進(jìn)行脈沖成型，是該信道分別經(jīng)過加性高斯信道和瑞利衰落信道，在接收端使用匹配濾波器進(jìn)行相干解調(diào)，F(xiàn)SK解調(diào)，格雷編碼逆映射，在計(jì)算相關(guān)的誤碼率性能，畫圖。比較在不同信道下的誤比特率好誤符號(hào)率。5.6.2 仿真結(jié)果6 simuli在高斯信道下的仿真設(shè)計(jì)6.1 Simulink仿真步驟先是使用隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器Random Integer Generator產(chǎn)生隨機(jī)序列，然后進(jìn)行bpsk調(diào)制，此時(shí)采用的模塊是BPSK Modulator Baseband，然后讓信號(hào)經(jīng)過AWGN模塊，加上加性高斯噪聲，接收端對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，采用模塊是QPSK DeModulator Baseband，最后輸出解調(diào)信號(hào)和初始信號(hào)進(jìn)行比較得到誤碼率。每個(gè)調(diào)制方式的mdl文件如下圖所示：bpsk.mdlqpsk.mdlbfsk.mdlqam16.mdlMDL文件統(tǒng)一設(shè)置AWGN信道性噪比參量SNR,誤碼率均輸出到workspace。為matlab仿真循環(huán)調(diào)用提供便利。%BPSK、2FSK、QPSK、16QAM在高斯信道下的simulink誤碼率仿真比較clear all;clc;L=100;SNR=0;ErrorVec_16QAM=0;ErrorVec_BPSK=0;ErrorVec_QPSK=0;ErrorVec_BFSK=0;EB_qpsk=zeros(1,L);EB_bpsk=zeros(1,L);EB_qam16=zeros(1,L);EB_bfsk=zeros(1,L);EBtheo_qpsk=zeros(1,L);EBtheo_bpsk=zeros(1,L);EBtheo_qam16=zeros(1,L);EBtheo_bfsk=zeros(1,L);t=zeros(1,L);for i=1:L; SNR=-10+0.2*i; t(i)=SNR; sim(qpsk); EB_qpsk(i)=ErrorVec_QPSK(1); sim(bpsk); EB_bpsk(i)=ErrorVec_BPSK(1); EBtheo_bpsk(i)=0.5*erfc(sqrt(10.(SNR/10); sim(qam); EB_qam16(i)=ErrorVec_16QAM(1); EBtheo_qam16(i)=3/2*erfc(sqrt(4*0.1*(10.(SNR/10); sim(bfsk); EB_bfsk(i)=ErrorVec_BFSK(1); EBtheo_bfsk(i)=0.5*erfc(sqrt(0.5*10.(SNR/10);endEBtheo_qpsk=1-(1-EBtheo_bfsk).*(1-EBtheo_bfsk);figure;semilogy(t,EB_qpsk,r.,t,EBtheo_qpsk,r-);title(qpsk誤碼性能);xlabel(r/dB);ylabel(Pe);figure;semilogy(t,EB_bpsk,y.,t,EBtheo_bpsk,y-);title(bpsk誤碼性能);xlabel(r/dB);ylabel(Pe);figure;semilogy(t,EB_bf