(完整word版)8PSK通信系統(tǒng)的蒙特卡羅仿真分析

1、8PSK通信系統(tǒng)的蒙特卡羅仿真分析一、設(shè)計(jì)原理1.設(shè)計(jì)整體方案根據(jù)題目要求和對(duì)設(shè)計(jì)原理的分析，設(shè)計(jì)的整體方案為：首先，產(chǎn)生一個(gè)等概率且相互獨(dú)立的二進(jìn)制序列，將二進(jìn)制序列通過串-并轉(zhuǎn)換為一個(gè)三位碼組。通過調(diào)用Matlab系統(tǒng)函數(shù)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和濾波，再送入信道傳輸，在在信道中對(duì)信號(hào)采用加性高斯白噪聲進(jìn)行干擾，然后進(jìn)行解調(diào)，同時(shí)計(jì)數(shù)誤比特和誤符號(hào)數(shù)，并根據(jù)蒙特卡羅方法統(tǒng)計(jì)分析信號(hào)傳輸過程中由于噪聲干擾作用下的誤比特率和誤符號(hào)率。最后畫出各種波形。,|噪即盤波形楡測(cè)及決符號(hào)計(jì)數(shù)器二進(jìn)制井串轉(zhuǎn)換=Spskifl制及濾陸斯噪賊生器八刖教立曲機(jī)散況二十進(jìn)就轉(zhuǎn)換川并轉(zhuǎn)換Kfwk玻巳圖18PSK通信系統(tǒng)

2、的蒙特卡羅仿真分析2.蒙特卡羅法的原理蒙特卡羅法又稱隨機(jī)抽樣或統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方法，屬于計(jì)算數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，它是在本世紀(jì)四十年代中期為了適應(yīng)當(dāng)時(shí)原子能事業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的。傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)方法由于不能逼近真實(shí)的物理過程，很難得到滿意的結(jié)果，而蒙特卡羅方法由于能夠真實(shí)地模擬實(shí)際物理過程，故解決問題與實(shí)際非常符合，可以得到很圓滿的結(jié)果。這也是我們采用該方法的原因。蒙特卡羅方法的基本原理及思想如下：當(dāng)所要求解的問題是某種事件出現(xiàn)的概率，或者是某個(gè)隨機(jī)變量的期望值時(shí)，它們可以通過某種“試驗(yàn)”的方法,得到這種事件出現(xiàn)的頻率,或者這個(gè)隨機(jī)變數(shù)的平均值，并用它們作為問題的解。這就是蒙特卡羅方法的基本思想。蒙特卡羅方法通

3、過抓住事物運(yùn)動(dòng)的幾何數(shù)量和幾何特征，利用數(shù)學(xué)方法來加以模擬，即進(jìn)行一種數(shù)字模擬實(shí)驗(yàn)。它是以一個(gè)概率模型為基礎(chǔ)，按照這個(gè)模型所描繪的過程，通過模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，作為問題的近似解。二、詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟根據(jù)整體設(shè)計(jì)方案，對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)步驟如下：1.二進(jìn)制序列的產(chǎn)生、串/并轉(zhuǎn)換及二/十進(jìn)制轉(zhuǎn)換二進(jìn)制的產(chǎn)生即是本系統(tǒng)的信息源的產(chǎn)生，串/并轉(zhuǎn)換和二/十進(jìn)制轉(zhuǎn)換以備在調(diào)制的時(shí)候數(shù)據(jù)調(diào)用。在本系統(tǒng)中，首先，用Matlab庫(kù)函數(shù)來直接產(chǎn)生一個(gè)串行二進(jìn)制序列，并將其保存在一個(gè)向量中，以備函數(shù)調(diào)用；其次，將產(chǎn)生的串行二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成3行并行碼，即是一個(gè)符號(hào)；再次，將二進(jìn)制序列轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)(0、1、2、7

4、)；最后，調(diào)用Matlab繪圖函數(shù)繪制等概率且相互獨(dú)立的二進(jìn)制序列波形。模塊程序如下：%數(shù)據(jù)源的產(chǎn)生x二round(rand(l,3*N);%產(chǎn)生獨(dú)立串行隨機(jī)二進(jìn)制fori=l:N,D(1)=x(3*i-2);%D暫存二進(jìn)制數(shù)以待轉(zhuǎn)換D(2)=x(3*i-l);D(3)=x(3*i);d1(i)=D(1);d2(i)=D(2);d3(i)=D(3);Bin2Dec(i)=bin2dec(num2str(D);%二十進(jìn)制轉(zhuǎn)換end%#以下是畫出獨(dú)立隨機(jī)二進(jìn)制序列程序fori=1:length(x),if(x(i)=l).forjO=l:gridO,y(i-1)*gridO+jO)=l;%計(jì)算碼元

5、的值%如果信息為1%該碼元對(duì)應(yīng)的點(diǎn)值取1endelseforjO=1:gridO,%反之，信息元為0,碼元對(duì)應(yīng)點(diǎn)值取0y(i-1)*grid0+j0)=0;end;end;endfigure(2);%圖2plot(y,b);%畫出獨(dú)立隨機(jī)二進(jìn)制序列title(信號(hào)源)；xlabel(X序列)；ylabel(Y序列)；axis(020000-0.52);28psk調(diào)制、濾波、添加加性高斯白噪聲及相應(yīng)波形產(chǎn)生本系統(tǒng)中，首先，8psk調(diào)制、濾波通過調(diào)用Matlab庫(kù)函數(shù)y=dmodce(x,Fd,Fs,method,)，從而在輸出端輸出8psk波形(眼圖)；其次，通過調(diào)用子函數(shù)產(chǎn)生高斯白噪聲；最后，

6、在加入高斯白噪聲后，繪制受噪聲干擾的星座圖和眼圖。模塊程序如下：forSNR_db=0:10:20N3=0.1*SNR_db;Eb_N0=10(SNR_db/10);%nc、ns的均方差%8PSK調(diào)制sgma=sqrt(l/(8*Eb_N0);y0二dmodce(Bin2Dec,Fd,Fs,psk,M);ynoise二sqrt(Fs/Fd)*sgma*(randn(length(y0),l)+j*randn(length(y0),l);%加加性高斯隨機(jī)噪聲%8PSK解調(diào)%循環(huán)畫出不同加加性%z=ddemodce(ynoise,Fd,Fs,psk,M);figure(N3+3);高斯隨機(jī)噪聲后的

7、星座圖axis(-1.21.2-1.21.2);holdon;fori=0:M-1.,MarkerSize,20);plot(cos(2*pi*i/M),sin(2*pi*i/M),產(chǎn)生星座圖end%畫出加噪聲后的星座plot(ynoise,+);圖title(加噪聲后不同星座圖)；holdonforj1=1:Nn1(N*N3+jl)=y0(jl);%存調(diào)制后的數(shù)據(jù)于n1n2(N*N3+jl)=ynoise(jl);%存加噪聲后的數(shù)據(jù)于n2end%畫出受到噪聲干擾的信號(hào)向量；end;holdondelay=3;%提升余弦濾波器的延時(shí)rev=rcosflt(nl,Fd,Fs,fir/normal

8、,.5,delay);rcvy=rcosflt(n2,Fd,Fs,fir/normal,.5,delay);propdelay=delay.*Fs/Fd+1;%繁殖延時(shí)revl=rcv(propdelay:end-(propdelay-l),:);revyl=rcvy(propdelay:end-(propdelay-l),:);NO=Fs/Fd;offsetl二0;%偏移值為2hl=eyediagram(rcv1,N0,1/Fd,offsetl);set(h1,Name,EyeDiagramDisplayedwithNoOffset);title(加噪前的眼圖)；h2=eyediagram(

9、rcvy1,N0,1/Fd,offsetl);set(h2,Name,EyeDiagramDisplayedwithNoOffset);title(加噪后的眼圖)；%#以下是畫出加加性高斯隨機(jī)噪聲的波形程序B=10*N;fori=1:Bn00(i)=10*gngauss(sgma);endfigure(8);holdon;fori=1:Bplot(n00);end;title(加性高斯隨機(jī)噪聲)；xlabel(時(shí)間1);ylabel(幅度y);axis(0B-2.52.5);3加性高斯白噪聲的產(chǎn)生及其波形的產(chǎn)生和繪制本模塊，調(diào)用一個(gè)子函數(shù)，產(chǎn)生均值為0方差為1的高斯白噪聲，并且繪出相應(yīng)的高斯白

10、噪聲波形。模塊程序如下：%#以下是畫出加加性高斯隨機(jī)噪聲的波形程序B=10*Nfori=1:Bn00(i)=10*gngauss(sgma);endfigure(8);holdon;fori=l:Bplot(nOO);end;title(加性高斯隨機(jī)噪聲)；xlabel(時(shí)間1);ylabel(幅度y);axis(0B2.52.5);48PSK的解調(diào)本模塊是將加入加性高斯隨機(jī)噪聲的信號(hào)與可能發(fā)送的8種發(fā)射信號(hào)相位向量a(m=0,1,2，3,4，5，6，7)進(jìn)行相關(guān)，再通過判決器取出相關(guān)值最m大的那組a，作為檢測(cè)器的輸出信號(hào)，完成相干檢測(cè)，將該信號(hào)進(jìn)行并串變換,m其結(jié)果與原信號(hào)d進(jìn)行比較。模塊程

11、序如下：%信號(hào)映射a000=10;a001=cos(pi/4)sin(pi/4);a011=01;a010=cos(3*pi/4)sin(3*pi/4);a110=-10;a111=cos(5*pi/4)sin(5*pi/4);a101=0-1;a100=cos(7*pi/4)sin(7*pi/4);fori=1:N,n(l)=gngauss(sgma);n(2)=gngauss(sgma);%存高斯白噪聲數(shù)據(jù)于n中if(dl(i)=O)&(d2(i)=0)&(d3(i)=0),%加噪聲r(shí)二a000+n;elseif(dl(i)=O)&(d2(i)=0)&(d3(i)=l),r二a001+n;

12、elseif(dl(i)=O)&(d2(i)=l)&(d3(i)=0),r二a010+n;elseif(dl(i)=O)&(d2(i)=l)&(d3(i)=l),r二a011+n;elseif(dl(i)二二1)&(d2(i)=0)&(d3(i)=0),r二al00+n;elseif(d1(i)=1)&(d2(i)=0)&(d3(i)=1),r=a101+n;elseif(d1(i)=1)&(d2(i)=1)&(d3(i)=0).r二allO+n;elser二alll+n;end;%對(duì)應(yīng)相關(guān)函數(shù)cOOO二dot(r,a000);c010二dot(r,a010);c100=dot(r,a100)

13、;c110=dot(r,a110);c001=dot(r,a001)c011=dot(r,a011)c101=dot(r,a101)c111=dot(r,a111)c_max=max(c000cOOlcOlOcOllclOOclOlcllOclll);%判決器取if(cOOO=c_max),elseif(cOOl二二c_max),elseif(cOlO二二c_max),elseif(c011=c_max),elseif(c100=c_max),elseif(c101=c_max),elseif(c110=c_max),elsede1=0;de2=0;de3=0;de1=0;de2=0;de3=

14、1;de1=0;de2=1;de3=0;de1=0;de2=1;de3=1;de1=1;de2=0;de3=0;de1=1;de2=0;de3=1;de1=1;de2=1;de3=0;de1=1;de2=1;de3=1;%將該信號(hào)進(jìn)行并串變換出相關(guān)值最大，作為檢測(cè)器的輸出信號(hào)%信噪比%噪聲標(biāo)準(zhǔn)均方差%無符號(hào)率計(jì)數(shù)初值%無碼率計(jì)數(shù)初值%誤碼標(biāo)志%有誤碼則加一%置誤碼標(biāo)志end;5蒙特卡羅分析本模塊完成對(duì)加高斯白噪聲后的誤碼和誤符號(hào)的概率計(jì)算，以及繪制出相應(yīng)的蒙特卡羅分析圖。首先，是檢測(cè)加高斯白噪聲后的對(duì)應(yīng)碼元是否錯(cuò)誤，如果出錯(cuò)，則誤碼和誤符號(hào)計(jì)數(shù)加1,算出總共的誤碼數(shù)和誤符號(hào)數(shù)；然后，由誤碼數(shù)和

15、誤符號(hào)數(shù)計(jì)算出誤碼率和誤符號(hào)率；最后，繪出8PSK的蒙特卡洛圖。模塊程序如下：fork=1:length(SNRindBl),snr=lO(SNRindBl(k)/lO);sgma=sqrt(E/(3*2*snr);numofsymbolerror=O;numofbiterror=O;symbolerror=O;if(del=dl(i),numofbiterror二numofbiterror+l;symbolerror=l;end;if(de2=d2(i),numofbiterror二numofbiterror+l;symbolerror=l;end;if(de3=d3(i),numofbit

16、error二numofbiterror+1;symbolerror=1;end;if(symbolerror=1),numofsymbolerror二numofsymbolerror+1;end;end;%計(jì)算誤碼率%計(jì)算誤符號(hào)率%將誤碼率值存入向量%將誤符號(hào)率值存入向量ps二numofsymbolerror/N;pb=numofbiterror/(3*N);smld_symbol_err_prb(k)=ps;smld_symbol_err_prb中smld_bit_err_prb(k)二pb;smld_bit_err_prb中end;%#以下是畫出理論誤碼率，誤比特率和誤符號(hào)率的程序fori

17、=1:length(SNRindB2),SNR二exp(SNRindB2(i)*log(10)/10);%對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換信噪比theo_err_prb(i)=2*Qfunct(sqrt(6*SNR)*sin(pi/8)/3;%理論比特誤碼率end;%“*”畫出誤b比特率對(duì)應(yīng)曲線%“o”畫出誤符號(hào)率對(duì)應(yīng)曲線%“一”畫出理論比誤碼率曲線%設(shè)置橫縱軸間距大小%x軸名稱%y軸名稱figure(6);semilogy(SNRindBl,smld_bit_err_prb,holdonsemilogy(SNRindBl,smld_symbol_err_prb,O);semilogy(SNRindB2,theo_e

18、rr_prb);axis(0,10,10(5),100);gridxlabel(Eb/NoindB)ylabel(errorprobability)title(8PSK的蒙特卡洛圖)三、設(shè)計(jì)結(jié)果及分析01000200030004000500060001.通過對(duì)二進(jìn)制序列產(chǎn)生、串/并轉(zhuǎn)換及二/十進(jìn)制轉(zhuǎn)換模塊程序的調(diào)試?yán)L出波形如圖2：信號(hào)源圖2等概率且相互獨(dú)立的二進(jìn)制波形2.通過調(diào)試?yán)L制出調(diào)制輸出的8psk波形（如圖3）、加高斯白噪聲前的眼圖（如圖4）、加高斯白噪聲后的眼圖（如圖5）以及加高斯白噪聲后的星座圖（如圖6）：2551HI.5O.5J.5-0o.0.-1-5161o.-s_l-duuEyeDiagramforIn-PhaseSignal0Time0.5加噪后的眼圖51HI5051oo-.5.5-0HI5HIpnl-duu同區(qū)JIFileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelpdq口昌an|saEIPSK的蒙特卡洛圖圖88PSK的蒙特卡羅圖生一個(gè)等概率且相互獨(dú)立的二進(jìn)制序列，經(jīng)串并變換形成三路并行的二進(jìn)制符蹙經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分析，程序設(shè)計(jì)和調(diào)試，得到了正確的結(jié)果。本設(shè)計(jì)