數(shù)字通信系統(tǒng)誤碼率仿真分析

1、3 G移 動(dòng) 通 信實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：數(shù)字通信系統(tǒng)誤碼率仿真分析學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)：學(xué)生班級(jí):所學(xué)專(zhuān)業(yè)：實(shí)驗(yàn)日期:1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握幾種典型數(shù)字通信系統(tǒng)誤碼率分析方法。2. 掌握誤碼率對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)的影響及改進(jìn)方法。2. 實(shí)驗(yàn)原理1、數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)通信的任務(wù)是傳遞信息，因此信息傳輸?shù)挠行院涂煽啃允峭ㄐ畔到y(tǒng)的最主要的質(zhì)量指標(biāo)。有效性是指在給定信道內(nèi)能傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，而可靠性是指接收信息的準(zhǔn)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，也可以用降低可靠性的辦法提高有效性。

2、數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性通常用信息傳輸速率來(lái)衡量。當(dāng)信道一定時(shí)，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（）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳輸?shù)拇a元數(shù)目，單位是波特（Baud），因此又稱(chēng)為波特率；信息速率（）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘浚ū忍財(cái)?shù)），單位是比特/秒（b/s），因此又稱(chēng)為比特率；消息速率（）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳輸?shù)南?shù)目。對(duì)于M進(jìn)制通信系統(tǒng)，碼元速率與信息速率的關(guān)系為：特別說(shuō)明的是，在二進(jìn)制數(shù)字通信系統(tǒng)中信源的各種可能消息的出現(xiàn)概率相等時(shí)，碼元速率和信息速率相等。在實(shí)際應(yīng)用中，通常都默認(rèn)這兩個(gè)速率相等，所以常常簡(jiǎn)單地把一個(gè)二進(jìn)制碼元稱(chēng)為一個(gè)比特。數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性的衡量指標(biāo)是錯(cuò)誤率。它也有三種

3、不同定義：誤碼率（）：指錯(cuò)誤接收碼元數(shù)目在傳輸碼元總數(shù)中所占的比例，即誤比特率（）：指錯(cuò)誤接收比特?cái)?shù)目在傳輸比特總數(shù)中所占的比例，即誤字率（）：指錯(cuò)誤接收字?jǐn)?shù)在傳輸總字?jǐn)?shù)中所占的比例。若一個(gè)字由k比特組成，每比特用一碼元傳輸，則誤字率等于對(duì)于二進(jìn)制系統(tǒng)而言，誤碼率和誤比特率顯然相等。而M進(jìn)制信號(hào)的每個(gè)碼元含有比特，并且一個(gè)特定的錯(cuò)誤碼元可以有種不同的錯(cuò)誤樣式。其中恰好有i比特錯(cuò)誤的錯(cuò)誤樣式有個(gè)。假設(shè)這些錯(cuò)去樣式以等概出現(xiàn)，則當(dāng)一個(gè)碼元發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，在n個(gè)比特種錯(cuò)誤比特所占比例的數(shù)學(xué)期望值等于所以，當(dāng)M比較大時(shí)，誤比特率等于實(shí)際應(yīng)用中，在計(jì)算誤比特率時(shí)，是個(gè)十分重要的參數(shù)。為單位比特的平均信號(hào)能量

4、，為噪聲的單邊功率譜密度。但人們?cè)趯?shí)際系統(tǒng)中能夠直接測(cè)量到的是平均信號(hào)功率S和噪聲功率N，并且由此可計(jì)算出信噪比。若一個(gè)二進(jìn)制通信系統(tǒng)的信息傳輸速率為，接收機(jī)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(diào)制方案下的頻帶利用率，又稱(chēng)頻帶效率。在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制時(shí)，接收端可以采用相干解調(diào)，也可以采用非相干解調(diào)，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(diào)與非相干解調(diào)來(lái)分析數(shù)字通信系統(tǒng)的誤碼率。2、相干解調(diào)時(shí)的誤碼率相干解調(diào)需要在接收端產(chǎn)生用于相干的參考載波信號(hào)，其一般模型為：圖10-1 相干解調(diào)的一般模型設(shè)接收信號(hào)為與同頻同相相干載波相乘后得經(jīng)低通濾波后得在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)

5、常把相干解調(diào)與最佳接收混為一談，確切地說(shuō)，只有當(dāng)相干解調(diào)中的濾波器嚴(yán)格按照匹配濾波器的要求來(lái)設(shè)計(jì)，才是真正的最佳接收。由通信原理知識(shí)可知，在匹配濾波器條件下求得的二進(jìn)制調(diào)制的最小誤比特率為其中Q函數(shù)的定義為。為相關(guān)系數(shù)，取值范圍為，取決于發(fā)送的信號(hào)的相似程度，即、分別為在內(nèi)的能量。下面分析幾種典型的二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)在相干解調(diào)時(shí)的誤碼率：對(duì)于2ASK信號(hào)，由于，則。而，因此有對(duì)于2PSK信號(hào)，有，可求出，因此對(duì)于2FSK信號(hào)，有，其相關(guān)系數(shù)為當(dāng)時(shí)相互正交，。當(dāng)很大時(shí)，也接近于0。對(duì)于的2FSK信號(hào)，其誤比特率為3、非相干解調(diào)時(shí)的誤碼率非相干解調(diào)的最大優(yōu)點(diǎn)是不需要在接收端產(chǎn)生用于相干的參考載波。

6、因此其設(shè)備相對(duì)要簡(jiǎn)單便宜一些，但性能相對(duì)與相干解調(diào)來(lái)說(shuō)有點(diǎn)差。對(duì)于2FSK信號(hào)，有（2）2ASK與2FSK相同，即（3）對(duì)于2DPSK信號(hào)，有下圖顯示了不同二進(jìn)制數(shù)字通信系統(tǒng)在相干解調(diào)和非相干解調(diào)時(shí)的誤碼率比較。圖10-2 二進(jìn)制調(diào)制的誤比特率曲線(xiàn)由上圖可以看出，使用相干解調(diào)時(shí)的誤碼率整體上比使用非相干解調(diào)時(shí)要低，這也說(shuō)明使用相干解調(diào)時(shí)的抗噪聲能力比較強(qiáng)。4、多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的誤碼率在多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，每個(gè)符號(hào)間隔內(nèi)，可能發(fā)送的符號(hào)有M種：，。在實(shí)際應(yīng)用中，通常取，n為大于1的正整數(shù)。當(dāng)攜帶信息的參數(shù)分別為載波的幅度、頻率或相位時(shí)，對(duì)應(yīng)的有M進(jìn)制幅度鍵控（MASK）、M進(jìn)制頻移鍵控（MFSK）、

7、M進(jìn)制相移鍵控（MPSK）。也可以把其中的兩個(gè)參數(shù)組合起來(lái)調(diào)制，例如M進(jìn)制正交幅度鍵控（QAM）。多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的調(diào)制解調(diào)方法與二進(jìn)制的類(lèi)似，主要差別在基帶成型階段。解調(diào)多采用相干解調(diào)，下面就列出幾種典型多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制在相干解調(diào)時(shí)的誤碼率公式：M進(jìn)制幅度鍵控（MASK）M進(jìn)制頻移鍵控（MFSK）M進(jìn)制相移鍵控（MPSK）（4）多進(jìn)制正交幅度調(diào)制（MQAM）這里。3. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、編寫(xiě)MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)Rake接收機(jī)。2 、修改信噪比，觀(guān)察三種合并算法的誤碼率。4. 實(shí)驗(yàn)代碼clear all;dn=100;d=randint(1,dn);d4_qpsk=d(1,2:2:dn)+2*d(1,1

8、: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:en_max ern_2

9、psk=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,i) ern_2ask=e

10、rn_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(1,2*i)=1; do

11、ut_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_qpsk(1,s_n)=ern_

12、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);semilo