通信系統(tǒng)的蒙特卡羅仿真分析最終

1、西南科技大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告課程名稱(chēng)： 數(shù)字信號(hào)處理與通信原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)名稱(chēng)： 8PSK通信系統(tǒng)的蒙特卡羅仿真分析 姓 名： 李燁 學(xué) 號(hào): 班 級(jí)： 通信0601 指導(dǎo)教師： 龍惠民 起止日期： 2009.6.20-2009.7.3 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院制課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)學(xué)生班級(jí)： 通信0601 學(xué)生姓名： 李燁 學(xué)號(hào)： 設(shè)計(jì)名稱(chēng)： 8PSK通信系統(tǒng)的蒙特卡羅仿真分析 起止日期： 2009.6.20-2009.7.3 指導(dǎo)教師： 龍惠民 設(shè)計(jì)要求：l 產(chǎn)生等概率且相互獨(dú)立的二進(jìn)制序列，畫(huà)出波形；l 產(chǎn)生均值為0，方差為1的加性高斯隨機(jī)噪聲；l 進(jìn)行8PSK調(diào)制，畫(huà)出波

2、形；l 進(jìn)行蒙特卡羅分析；l 解調(diào)8PSK，畫(huà)出眼圖。課 程 設(shè) 計(jì) 學(xué) 生 日 志時(shí)間設(shè)計(jì)內(nèi)容6.25-6.27查閱資料，確定系統(tǒng)方案6.28-6.29設(shè)計(jì)總體方案 7.1-7.3學(xué)習(xí)MATLAB方面相關(guān)知識(shí)并編寫(xiě)調(diào)試程序 7.4-7.5驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果7.6完成課程設(shè)計(jì)，撰寫(xiě)報(bào)告7.7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. 對(duì)8psk進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)，通過(guò)MATLAB編程，掌握MATLAB的使用，熟練掌握8PSK的調(diào)制原理，解調(diào)原理。2. 對(duì)8P

3、SK通信系統(tǒng)進(jìn)行蒙特卡羅仿真分析，分析起信噪比和差錯(cuò)率。為現(xiàn)實(shí)中通信系統(tǒng)的調(diào)制，解調(diào)，及信道傳輸進(jìn)行理論指導(dǎo)。二、 設(shè)計(jì)原理1.8PSK的調(diào)制八進(jìn)制移相鍵控(8PSK)調(diào)制。由于8PSK將GMSK的信號(hào)空間從2擴(kuò)展到8，因此每個(gè)符號(hào)可以包括的信息是原來(lái)的4倍。8PSK的符號(hào)率保持在271kbps，每個(gè)時(shí)隙可以得到69.2kbps的總速率，并且仍然能夠完成GSM頻譜屏蔽。對(duì)于高速傳輸，為了提高頻帶利用率，多采用多進(jìn)制調(diào)制方法，在一個(gè)波形周期（0，TS）內(nèi)發(fā)送多個(gè)二進(jìn)制符號(hào)。頻帶利用率能成倍增加。8PSK，載波有（0， p/4， p/2， 3p/4， p， 5p/4 ，3p/2， 7p/4 ）八種

4、不同的初相，可以在一個(gè)波形周期（0，TS）內(nèi)發(fā)送3個(gè)二進(jìn)制符號(hào)（000，001，010，011，100，101，110，111）。頻帶利用率能達(dá)到6b/S/HZ。由于8PSK信號(hào)幅度不是恒定的，因此，被調(diào)制信號(hào)將不再保持恒定幅度，它必須能夠從任何起點(diǎn)到達(dá)任何相位位置。這意味著8-PSK信號(hào)的幅度變化很大，這給RF放大器帶來(lái)了較大壓力，而且可能會(huì)導(dǎo)致進(jìn)一步失真。通過(guò)8PSK設(shè)計(jì)的增強(qiáng)功能，即38旋轉(zhuǎn)則能夠降低較大的幅度變化。所以，經(jīng)過(guò)符號(hào)映射后的符號(hào)，應(yīng)再按照F式進(jìn)行38弧度的符號(hào)旋轉(zhuǎn)。矢量圖見(jiàn)圖1:圖1 8PSK矢量圖函數(shù)首先將產(chǎn)生的二進(jìn)制序列送入，在串并變換處分成3個(gè)電平，b1,b2和b3，

5、其中b1用于決定同相路信號(hào)的極性，當(dāng)其為1時(shí)，同路信號(hào)的極性為1，當(dāng)其為0時(shí)，同路信號(hào)的極性為-1。b2用于確定正交路信號(hào)的極性，當(dāng)其為1時(shí)，正交路信號(hào)的極性為1，當(dāng)其為0時(shí)，正交路信號(hào)的極性為-1。b3用于確定同相路和正交路的幅度，當(dāng)8PSK信號(hào)幅度為1時(shí)，若b3為1時(shí)同相路的基帶信號(hào)幅度應(yīng)為0.924，而正交路幅度為0.383；若b3為0時(shí)，同相路信號(hào)幅度為0.383，而正交路信號(hào)幅度為0.924。求出I和Q 以后就分別與相位相反的載波疊加。最后相加就得到了調(diào)制后的8PSK信號(hào)。原理圖見(jiàn)圖2圖2 8PSK的調(diào)制原理圖2.8PSK的解調(diào)采用雙正交相干解調(diào)。8PSK信號(hào)與信道中的噪聲疊加后輸入

6、解調(diào)器，首先將信號(hào)分解成四個(gè)獨(dú)立的信號(hào)，然后分別與相位不同的載波相疊加，然后就是判決電路，當(dāng)不對(duì)時(shí)，計(jì)數(shù)器加1。判決出以后的信號(hào)就是b1,b2,b3最后將3個(gè)信號(hào)疊加起來(lái)就得到了輸出信號(hào)。蒙特卡羅分析就是分析信號(hào)信噪比的誤碼率和誤比特率，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，與理論的誤碼率和誤比特率進(jìn)行對(duì)比。原理圖見(jiàn)圖3。判決判決判決判決/2/28ps信號(hào)b1b2b3xorb4載波 初相0載波 初相-/4b3b4圖3 8PSK的雙正交相干解調(diào)3.眼圖眼圖是信號(hào)由垂直掃描進(jìn)入與同周期的水平掃描鋸齒波疊加到示波器上時(shí)到得圖案。眼圖能夠反映信號(hào)在傳輸過(guò)程中受到的信道噪聲影響的強(qiáng)度，眼圖越模糊，眼睛越閉合，則說(shuō)明噪聲越

7、強(qiáng)，反之，則說(shuō)明噪聲強(qiáng)度弱，也能說(shuō)明信道性能更優(yōu)良。三、 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟1、8PSK調(diào)制部分本設(shè)計(jì)采用相位選擇法進(jìn)行8PSK調(diào)制。其三位二進(jìn)制序列與對(duì)應(yīng)控制相位對(duì)應(yīng)如下表 表11 1 1-/81 1 0-3/80 1 0-5/80 1 1-7/80 0 1-9/8 0 0 0-11/81 0 0-13/8 1 0 1-15/8對(duì)應(yīng)上表，首先生成對(duì)應(yīng)相位的同頻載波，再根據(jù)輸入二進(jìn)制序列對(duì)每連續(xù)三位進(jìn)行判決，輸出相應(yīng)相位的載波即可。其MATLAB程序如下：function mpskout=mpsk8(bin)t=linspace(0,2*pi,600); %取600個(gè)采樣點(diǎn)（一周期）%-制作八個(gè)相位

8、波形- x111=sin(t+pi/8);x110=sin(t+pi*3/8);x010=sin(t+pi*5/8);x011=sin(t+pi*7/8);x001=sin(t+pi*9/8);x000=sin(t+pi*11/8);x100=sin(t+pi*13/8);x101=sin(t+pi*15/8);c=0;%結(jié)果緩沖%-計(jì)算碼組數(shù)-bpsknum=fix(length(bin)/3);%每三位進(jìn)行調(diào)制%-8PSK調(diào)制-k=1;for m=1:bpsknum if bin(k)=1&bin(k+1)=1&bin(k+2)=1 c=c,x111; elseif bin(k)=1&bi

9、n(k+1)=1&bin(k+2)=0 c=c,x110; elseif bin(k)=0&bin(k+1)=1&bin(k+2)=0 c=c,x010; elseif bin(k)=0&bin(k+1)=1&bin(k+2)=1 c=c,x011; elseif bin(k)=0&bin(k+1)=0&bin(k+2)=1 c=c,x001; elseif bin(k)=0&bin(k+1)=0&bin(k+2)=0 c=c,x000; elseif bin(k)=1&bin(k+1)=0&bin(k+2)=0 c=c,x100; else c=c,x101; end k=k+3;endmp

10、skout=c;mpskout(1)=;%清除第一個(gè)元素02、8PSK 解調(diào)部分采用雙正交相干解調(diào)。這里有四個(gè)不周相位的本地載波，分別分0，/2，-/4，/4，其頻率與發(fā)送端載波一樣。四個(gè)不同相位的載波分別與一個(gè)周期的已調(diào)信號(hào)作乘法運(yùn)算，然后進(jìn)行判決。具體判決方法是，把所乘結(jié)果的離散數(shù)據(jù)相累加，如果其和大于0，則相應(yīng)判決碼輸出1，否則輸出0。實(shí)際上，由于作乘法運(yùn)算之后的離散也為一對(duì)稱(chēng)的正弦離散信號(hào)，故只需取出此信號(hào)內(nèi)的最大值與最小值，進(jìn)行相加并判斷其正負(fù)即可，這樣減少了運(yùn)算量。 對(duì)應(yīng)2，b2 對(duì)應(yīng)于輸入二進(jìn)制序列的第一位，b1對(duì)應(yīng)于輸入二進(jìn)制序列的第二位，b3和 b4則對(duì)應(yīng)于第三位，第三位的取

11、值是b3 b4求同或的值。因此，程序首先生成四種相位的本地載波，然后對(duì)輸入的已調(diào)信號(hào)的每一個(gè)周期內(nèi)作乘法，再進(jìn)行上述的判決。程序如下：function binout=mpsk8opp(sqwave)t=linspace(0,2*pi,600);% -產(chǎn)生與載波同頻率但不同相位的信號(hào)-xc1=sin(t);xc2=sin(t+pi/2);xc3=sin(t+pi/4);xc4=sin(t-pi/4);binout1=0; %結(jié)果輸出緩沖k=fix(length(sqwave)/600);%解調(diào)抽樣點(diǎn)為600num=1;%-雙正交相關(guān)解調(diào)-for m=1:k wave=sqwave(num:num

12、+599);% 一周期取600個(gè)采樣點(diǎn) b1=xc1.*wave; b2=xc2.*wave; b3=xc3.*wave; b4=xc4.*wave; c1=fix(max(b1)+min(b1)+1); c2=fix(max(b2)+min(b2)+1); c3=fix(max(b3)+min(b3)+1); c4=fix(max(b4)+min(b4)+1); if c3=c4 c3=1; else c3=0; end binout1=binout1,c1,c2,c3;%結(jié)果保存 num=num+600;endbinout=binout1;binout(1)=;%第一個(gè)元素清除3、 高斯噪

13、聲、眼圖直接調(diào)用MATLAB的函數(shù)RANDN產(chǎn)生均值為0，方差為1的加性高斯隨機(jī)噪聲，眼圖用MATLAB系統(tǒng)的函數(shù)EYEDIAGRAM對(duì)加入噪聲的已調(diào)信號(hào)進(jìn)行眼圖觀察。誤碼統(tǒng)計(jì)中，對(duì)每一次加入噪聲后解調(diào)輸出的二進(jìn)制序列與輸入的二進(jìn)制序列進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算解調(diào)后的誤碼數(shù)及其比率。相應(yīng)程序見(jiàn)附錄。四、 設(shè)計(jì)結(jié)果及分析（一）8PSK調(diào)制圖4 8PSK調(diào)制二）加性高斯噪聲情況下解調(diào)輸出圖3 噪聲情況下解調(diào)輸出有加性噪聲的情況下，解調(diào)端會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤解調(diào)輸出，圖3所示為出現(xiàn)7誤碼，誤碼率為23.33%。因?yàn)?，加入噪聲后，?duì)其進(jìn)行相乘然后判決時(shí)，會(huì)因?yàn)樵肼暤挠绊懗霈F(xiàn)錯(cuò)誤判決。三）眼圖 圖4 眼圖1mmm=rand

14、n(1,600*fix(m/3)./20將被除數(shù)改為20.眼圖如下 圖5 眼圖2 由上圖可知，眼圖越模糊，眼睛越閉合，則說(shuō)明噪聲越強(qiáng)，反之，則說(shuō)明噪聲強(qiáng)度弱，也能說(shuō)明信道性能更優(yōu)良。 五、 體會(huì)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問(wèn)題、鍛煉實(shí)踐的能力,是對(duì)我們以后的實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和一個(gè)考察過(guò)程。在這次課程設(shè)計(jì)中，我能夠比較系統(tǒng)的了解數(shù)字信號(hào)的載波傳輸， 尤其是多進(jìn)制相移監(jiān)控MPSK。把理論和實(shí)踐相結(jié)合。在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中難免總會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，通過(guò)查閱資料，自學(xué)其中的相關(guān)知識(shí)，無(wú)形間提高了我們的動(dòng)手，動(dòng)腦能力，通過(guò)課程設(shè)計(jì)讓我知道了，我們平時(shí)所學(xué)的知識(shí)如果

15、不加以實(shí)踐的話等于紙上談兵。課程設(shè)計(jì)主要是我們理論知識(shí)的延伸，它的目的主要是要在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并且自己要能找到解決問(wèn)題的方案，形成一種獨(dú)立的意識(shí)。我們還能從設(shè)計(jì)中檢驗(yàn)我們所學(xué)的理論知識(shí)到底有多少，鞏固我們已經(jīng)學(xué)會(huì)的，不斷學(xué)習(xí)我們所遺漏的新知識(shí)，把這門(mén)課學(xué)的扎實(shí)。六、 參考文獻(xiàn)1 吳偉陵,續(xù)大我,龐沁華通信原理北京郵電大學(xué)出版社，20052 曹志剛，錢(qián)亞生. 現(xiàn)代通信原理清華大學(xué)出版社，19923 苗長(zhǎng)云等主編. 現(xiàn)代通信原理及應(yīng)用電子工業(yè)出版社，20054通信原理(第五版) 樊昌信 張甫翊 徐炳祥 吳成柯 編著國(guó)防工業(yè)出版社5MATLAB工具箱應(yīng)用 蘇金明 張蓮花 劉波等編 電子工業(yè)出版社附

16、錄：程序如下%-FILE(1)主程序psk.m-m=30;%更改m調(diào)制輸出波形為m/3的整數(shù)個(gè)bin=fix(rand(1,m)+0.5);%輸入序列tt2=mpsk8(bin);%tt1-8PSK已調(diào)信號(hào)%產(chǎn)生高斯噪聲mmm=randn(1,600*fix(m/3)./10;%更改被除數(shù)決定噪聲大小tt1=sqwave(bin);%tt2-輸入轉(zhuǎn)換為顯示方波tt3=mpsk8opp(tt2);%tt3-解調(diào)輸出序列tt4=sqwave(tt3);%tt4-輸出轉(zhuǎn)換為顯示方波%已調(diào)至信號(hào)加入噪聲ttnoi=tt2+mmm;ttnoi3=mpsk8opp(ttnoi);%ttnoi3-加噪后解調(diào)

17、輸出序列ttnoi4=sqwave(ttnoi3);%ttnoi4-加噪后輸出轉(zhuǎn)換為顯示方波%*對(duì)加噪后信號(hào)解調(diào)進(jìn)行誤碼統(tǒng)計(jì)*nrate,numb=noirate(bin,ttnoi3);disp(-本次誤碼數(shù)-:)disp(numb)disp( -本次誤碼率-:)disp(nrate)%*未加噪聲前顯示效果*figure(1);subplot(311);plot(tt1,.-);title(輸入待調(diào)制二進(jìn)制序列);grid on;axis(0,fix(m/3)*600,0,1);%-subplot(312);plot(tt2,-g);grid on;axis(0,fix(m/3)*600,-

18、1,1);title(8PSK已調(diào)信號(hào));%-subplot(313);plot(tt4,.-m);grid on;axis(0,fix(m/3)*600,0,1);title(8PSK解調(diào)輸出二進(jìn)制序列);%*加噪聲后顯示效果*figure(2);subplot(311);plot(tt1,.-);title(輸入待調(diào)制二進(jìn)制序列);grid on;axis(0,fix(m/3)*600,0,1);%-subplot(312);plot(ttnoi,-g);grid on;axis(0,fix(m/3)*600,-1,1);title(8PSK已調(diào)信號(hào)加噪后);%-subplot(313);

19、plot(ttnoi4,.-m);grid on;axis(0,fix(m/3)*600,0,1);title(加噪后8PSK解調(diào)輸出二進(jìn)制序列);%-眼圖-eyediagram(ttnoi,300,1,150,-g) grid on%-FILE(2)-mpsk8.m-%function mpskout=mpsk8(bin)t=linspace(0,2*pi,600);%-制作八個(gè)相位波形- x111=sin(t+pi/8);x110=sin(t+pi*3/8);x010=sin(t+pi*5/8);x011=sin(t+pi*7/8);x001=sin(t+pi*9/8);x000=sin(

20、t+pi*11/8);x100=sin(t+pi*13/8);x101=sin(t+pi*15/8);c=0;%結(jié)果緩沖%-計(jì)算碼組數(shù)-bpsknum=fix(length(bin)/3);%每三位進(jìn)行調(diào)制%-8PSK調(diào)制-k=1;for m=1:bpsknum if bin(k)=1&bin(k+1)=1&bin(k+2)=1 c=c,x111; elseif bin(k)=1&bin(k+1)=1&bin(k+2)=0 c=c,x110; elseif bin(k)=0&bin(k+1)=1&bin(k+2)=0 c=c,x010; elseif bin(k)=0&bin(k+1)=1&b

21、in(k+2)=1 c=c,x011; elseif bin(k)=0&bin(k+1)=0&bin(k+2)=1 c=c,x001; elseif bin(k)=0&bin(k+1)=0&bin(k+2)=0 c=c,x000; elseif bin(k)=1&bin(k+1)=0&bin(k+2)=0 c=c,x100; else c=c,x101; end k=k+3;endmpskout=c;mpskout(1)=;%清除第一個(gè)元素0%-FILE（3)-noirate.m-%function norate,noinum=noirate(bininp,binout)%功 能:誤解調(diào)率統(tǒng)計(jì)l=length(binout);c=0;for m=1:l if binout(m)=bininp(m) c=c+1; endendnoinum=c;norate=c/l;%-FILE(4)sqwave.m,-%function squout=sqwav