基于MATLAB的高斯白噪聲信道分析報(bào)告書

./基于matlab高斯白噪聲信道分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)××〔XX理工學(xué)院物理與電信工程學(xué)院通信工程專業(yè)1202班,XXXX723003指導(dǎo)教師：吳燕[摘要]MATLAB是一種用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境。本文在matlab的環(huán)境下構(gòu)建了BFSK在高斯白噪聲信道中傳輸?shù)南到y(tǒng)模型,通過simulink程序仿真,研究系統(tǒng)的誤碼率與信道質(zhì)量的關(guān)系,找到在高斯白噪聲信道上傳輸?shù)淖畲笮旁氡燃八璋l(fā)射功率和調(diào)制頻率,從而得出該系統(tǒng)在高斯白噪聲信道中的最佳傳輸性能。[關(guān)鍵詞]MATLAB；高斯白噪聲；信道分析；simulink仿真DesignandproductionoftheGausswhitenoisechannelanalysissystembasedonMATLAB××<Grade2012,Class2,MajorofCommunicationEngineering,SchoolofPhysicsandTelecommunicationEngineeringofShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723003,Shaanxi>

Tutor:WuYanAbstract:MATLABisahigh-leveltechnicalcomputinglanguageandinteractiveenvironmentforthedevelopmentofalgorithms,datavisualization,dataanalysisandnumericalcalculation.ThisarticleinthematlabenvironmentbuildBFSKinAWGNchannelmodelsimulation,byrunningsimulationtheprogramonthesystemofqualityoferrorrateandchannelrelationships,foundinAWGNchanneltransportofmaximumsignal-to-noiseratioandthedesiredtransmitterpower.Keywords:MATLAB;Gausswhitenoise;channelanalysis;Simulinksimulation目錄1.緒論11.1課程研究背景11.2課程研究目的及意義12.Matlab和Simulink的相關(guān)介紹12.1Matlab介紹1Matlab的功能及特點(diǎn)22.1.2MATLAB應(yīng)用3學(xué)習(xí)Matlab應(yīng)掌握的基本知識32.2Simulink簡介32.2.1Simulink的特點(diǎn)42.2.2Simulink的功能43.高斯白噪聲43.1高斯白噪聲的基本概念43.2高斯白噪聲的數(shù)學(xué)模型43.3高斯白噪聲產(chǎn)生及仿真44.加性高斯白噪聲74.1加性高斯白噪聲的概念84.2BFSK信號的傳輸性能建模與仿真85.仿真程序105.1AWGN加性高斯白噪聲產(chǎn)生程序105.2信噪比與誤比特率關(guān)系程序10結(jié)論:11致謝12參考文獻(xiàn)13.1.緒論1.1課程研究背景本次課程設(shè)計(jì)的課題是"基于MATLAB/SIMULINK的高斯白噪聲信道的設(shè)計(jì)與仿真"。信道是傳送信息的物理性通道,可分為有線信道和無線信道兩類,本次課程設(shè)計(jì)主要研究無線信道。有線信道包括明線、對稱電纜、同軸電纜及光纜等。無線信道有地波傳播、短波電離層反射、超短波或微波視距中繼、人造衛(wèi)星中繼以及各種散射信道等。如果我們把信道的范圍擴(kuò)大,它還可以包括有關(guān)的變換裝置,比如：發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、饋線與天線、調(diào)制器、解調(diào)器等,我們稱這種擴(kuò)大的信道為廣義信道,而稱前者為狹義信道。信息是抽象的,但傳送信息必須通過具體的媒質(zhì)。例如二人對話,靠聲波通過二人間的空氣來傳送,因而二人間的空氣部分就是信道。郵政通信的信道是指運(yùn)載工具及其經(jīng)過的設(shè)施。無線電話的信道就是電波傳播所通過的空間,有線電話的信道是電纜。每條信道都有特定的信源和信宿。在多路通信,例如載波電話中,一個(gè)電話機(jī)作為發(fā)出信息的信源,另一個(gè)是接收信息的信宿,它們之間的設(shè)施就是一條信道,這時(shí)傳輸用的電纜可以為許多條信道所共用。在理論研究中,一條信道往往被分成信道編碼器、信道本身和信道譯碼器。人們可以變更編碼器、譯碼器以獲得最佳的通信效果,因此編碼器、譯碼器往往是指易于變動和便于設(shè)計(jì)的部分,而信道就指那些比較固定的部分。但這種劃分或多或少是隨意的,可按具體情況規(guī)定。例如調(diào)制解調(diào)器和糾錯(cuò)編譯碼設(shè)備一般被認(rèn)為是屬于信道編碼器、譯碼器的,但有時(shí)把含有調(diào)制解調(diào)器的信道稱為調(diào)制信道；含有糾錯(cuò)編碼器、譯碼器的信道稱為編碼信道。根據(jù)信道中其主要作用的噪聲的特點(diǎn),信道可以分為加性高斯白噪聲〔AWGN信道、瑞利〔Rayleigh信道、萊斯〔Rician信道、突發(fā)干擾信道以及二進(jìn)制平衡信道〔BSC等。此次通信原理課程設(shè)計(jì)主要針對高斯白噪聲信道。在數(shù)字信號載波傳輸系統(tǒng)中,由于信道噪聲的存在會造成誤碼。在研究通信系統(tǒng)的誤碼率與信道質(zhì)量的關(guān)系時(shí),最簡單的數(shù)學(xué)模型是加性寬帶高斯白噪聲信道,該性道模型在通信系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)中是一主要的信道模型。本文在MATLAB的環(huán)境下,仿真了BFSK〔2FSK信號在加性寬帶高斯白噪聲信道傳輸過程,研究了系統(tǒng)的誤碼率與信道質(zhì)量的關(guān)系,找到加性寬帶高斯白噪聲信道中傳輸?shù)淖畲笮旁氡燃八璋l(fā)射功率和調(diào)制頻率,從而得出該系統(tǒng)在高斯白噪聲信道中的最佳傳輸性能。為中、低速數(shù)據(jù)傳輸,以及衰落信道和頻帶較寬的信道應(yīng)用提供了理論根據(jù)。1.2課程研究目的及意義在MATLAB的環(huán)境下構(gòu)建了BFSK在高斯白噪聲信道中傳輸?shù)南到y(tǒng)模型,通過運(yùn)行程序仿真,研究系統(tǒng)的誤碼率與信道質(zhì)量的關(guān)系,找到在高斯白噪聲信道上傳輸?shù)淖畲笮旁氡燃八璋l(fā)射功率和調(diào)制頻率,從而得出該系統(tǒng)在高斯白噪聲信道中的最佳傳輸性能。而且通過此次實(shí)踐,鞏固了所學(xué)的專業(yè)技術(shù)知識問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識與生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),分析和解決工程技術(shù)問題的能力,培養(yǎng)初步的設(shè)計(jì)能力,通過課程實(shí)踐,了解并掌握通信系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法,訓(xùn)練并提高學(xué)生在理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程繪圖、查閱資料的能力,更好的將理論與實(shí)踐相結(jié)合,提高綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識分析和解決問題的能力,并且掌握Simulink的操作方法。2.Matlab和Simulink的相關(guān)介紹2.1Matlab介紹Matlab是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中,為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案,并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言〔如C、Fortran的編輯模式,代表了當(dāng)今國際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。Matlab集成環(huán)境下的Simulink:MATLAB是一種功能強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算和工程仿真軟件,它的交互式集成界面能夠幫助用戶快速地完成數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、數(shù)字信號處理、仿真建模、系統(tǒng)控制和優(yōu)化等功能。MATLAB語言采用與數(shù)字表達(dá)相同的形式,不需要傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)語言,由于MATLAB的這些特性,它已成為科研工作和工程仿真中的高效助手。2.1.1Matlab的功能及特點(diǎn)Matlab可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等,主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域?！?簡單易用Matlab是一個(gè)高級的矩陣/陣列語言,它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步,也可以先編寫好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序〔M文件后再一起運(yùn)行。新版本的MATLAB語言是基于最為流行的C++語言基礎(chǔ)上的,因此語法特征與C++語言極為相似,而且更加簡單,更加符合科技人員對數(shù)學(xué)表達(dá)式的書寫格式。使之更利于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強(qiáng),這也是MATLAB能夠深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因?！?強(qiáng)處理能力MATLAB是一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。其擁有600多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù),可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果,而且經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯(cuò)處理。在通常情況下,可以用它來代替底層編程語言,如C和C++。在計(jì)算要求相同的情況下,使用MATLAB的編程工作量會大大減少。MATLAB的這些函數(shù)集包括從最簡單最基本的函數(shù)到諸如矩陣,特征向量、快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運(yùn)算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號運(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運(yùn)算、復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作以及建模動態(tài)仿真等?！?圖形處理MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能,以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來,并且可以對圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達(dá)式作圖。可用于科學(xué)計(jì)算和工程繪圖。新版本的MATLAB對整個(gè)圖形處理功能作了很大的改進(jìn)和完善,使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能〔例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等方面更加完善,而且對于一些其他軟件所沒有的功能〔例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等,MATLAB同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時(shí)對一些特殊的可視化要求,例如圖形對話等,MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù),保證了用戶不同層次的要求。另外新版本的MATLAB還著重在圖形用戶界面〔GUI的制作上作了很大的改善,對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。MATLAB對許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱。一般來說,它們都是由特定領(lǐng)域的專家開發(fā)的,用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。領(lǐng)域,諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫接口、概率統(tǒng)計(jì)、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、LMI控制、魯棒控制、模型預(yù)測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定點(diǎn)仿真、DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等,都在工具箱〔Toolbox家族中有了自己的一席之地。〔4程序接口新版本的MATLAB可以利用MATLAB編譯器和C/C++數(shù)學(xué)庫和圖形庫,將自己的MATLAB程序自動轉(zhuǎn)換為獨(dú)立于MATLAB運(yùn)行的C和C++代碼。允許用戶編寫可以和MATLAB進(jìn)行交互的C或C++語言程序。另外,MATLAB網(wǎng)頁服務(wù)程序還容許在Web應(yīng)用中使用自己的MATLAB數(shù)學(xué)和圖形程序。MATLAB的一個(gè)重要特色就是具有一套程序擴(kuò)展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。工具箱是MATLAB函數(shù)的子程序庫,每一個(gè)工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用而定制的,主要包括信號處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用?！?應(yīng)用軟件開發(fā)在開發(fā)環(huán)境中,使用戶更方便地控制多個(gè)文件和圖形窗口；在編程方面支持了函數(shù)嵌套,有條件中斷等；在圖形化方面,有了更強(qiáng)大的圖形標(biāo)注和處理功能,包括對性對起連接注釋等；在輸入輸出方面,可以直接向Excel和HDF5進(jìn)行連接。2.1.2MATLAB應(yīng)用〔1MATLAB產(chǎn)品族可以用來進(jìn)行以下各種工作數(shù)值分析、數(shù)值和符號計(jì)算、工程與科學(xué)繪圖、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真、數(shù)字圖像處理技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)〔2MATLAB在通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的應(yīng)用通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真、財(cái)務(wù)與金融工程、管理與調(diào)度優(yōu)化計(jì)算〔運(yùn)籌學(xué)。MATLAB的應(yīng)用范圍非常廣,包括信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測試和測量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱〔單獨(dú)提供的專用MATLAB函數(shù)集擴(kuò)展了MATLAB環(huán)境,以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問題?！?常用工具箱MATLAB包括擁有數(shù)百個(gè)內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包。工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包。功能工具包用來擴(kuò)充MATLAB的符號計(jì)算,可視化建模仿真,文字處理及實(shí)時(shí)控制等功能。學(xué)科工具包是專業(yè)性比較強(qiáng)的工具包,控制工具包,信號處理工具包,通信工具包等都屬于此類。開放性使MATLAB廣受用戶歡迎。除內(nèi)部函數(shù)外,所有MATLAB主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件,用戶通過對源程序的修改或加入自己編寫程序構(gòu)造新的專用工具包。2.1.3學(xué)習(xí)Matlab應(yīng)掌握的基本知識Matlab的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣,它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似。學(xué)習(xí)Matlab需要掌握的基本知識：〔1基本程序元素：變量、特殊值、關(guān)鍵字、運(yùn)算符；〔2數(shù)據(jù)類型：數(shù)值型、邏輯性、字符數(shù)組、結(jié)構(gòu)數(shù)組、單元數(shù)組、函數(shù)句柄、日期與時(shí)間；〔3矩陣操作：創(chuàng)建矩陣、連接矩陣、重塑矩陣形狀、矩陣元素移位和排序、向量〔數(shù)集操作；〔4程序設(shè)計(jì)：函數(shù)參數(shù)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、條件分支結(jié)構(gòu)、try...catch結(jié)構(gòu)、continue、break和return、其他常用函數(shù)。2.2Simulink簡介Simulink是Matlab最重要的組件之一,它提供一個(gè)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中,無需大量書寫程序,而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作,就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn),并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。2.2.1Simulink的特點(diǎn)豐富的可擴(kuò)充的預(yù)定義模塊庫；交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖；以設(shè)計(jì)功能的層次性來分割模型,實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜設(shè)計(jì)的管理；通過一些ModelExplorer導(dǎo)航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號、參數(shù)、屬性,生成模型代碼；提供API用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成；圖形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結(jié)果,診斷設(shè)計(jì)的性能和異常行為；可訪問Matlab從而對結(jié)果進(jìn)行分析與可視化,定制建模環(huán)境,定義信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)；模型分析和診斷工具來保證模型的一致性,確定模型中的錯(cuò)誤；EmbeddedMatlab模塊在Simulink和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用Matlab算法；使用定步長或變步長運(yùn)行仿真,根據(jù)仿真模型<Normal,RapidAccelerator>來決定以解釋性的方式運(yùn)行或以編譯C代碼的形式來運(yùn)行模型。2.2.2Simulink的功能Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具,是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境,是實(shí)現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包,被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模,它也支持多速率系統(tǒng),也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型,Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口<GUI>,這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成,它提供了一種更快捷、直接明了的方式,而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。Simulink是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對各種時(shí)變系統(tǒng),包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng),Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測試。構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink多領(lǐng)域建模功能,也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。Simulink與MATLAB緊密集成,可以直接訪問MATLAB大量的工具來進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。高斯白噪聲3.1高斯白噪聲的基本概念高斯白噪聲中"白"指功率譜恒定；高斯指幅度取各種值時(shí)的概率p<x>是高斯函數(shù)。白噪聲是指功率譜密度在整個(gè)頻域內(nèi)均勻分布的噪聲,即其功率譜密度為常數(shù)。功率譜密度恒定的話,自相關(guān)系數(shù)則是功率譜密度的反變換,高斯白噪聲的自相關(guān)系數(shù)為無延時(shí)的沖擊函數(shù),則在時(shí)間差不等于零的時(shí)候,自相關(guān)等于0,也就是不同時(shí)間的高斯白噪聲的幅度是不相關(guān)的。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。熱噪聲和散粒噪聲是高斯白噪聲。3.2高斯白噪聲的數(shù)學(xué)模型對于高斯隨機(jī)過程的概率密度分布,首先建立數(shù)學(xué)模型,然后編程用MATLAB軟件進(jìn)行仿真。高斯白噪聲信道的數(shù)學(xué)模型在通信系統(tǒng)中噪聲是一個(gè)隨機(jī)過程,很難通過簡單的計(jì)算方式預(yù)測某個(gè)時(shí)刻噪聲信號的強(qiáng)度,故從概率論的角度去分析噪聲.白噪聲存在于整個(gè)頻譜范圍內(nèi),所以在任何的信道內(nèi)都存在高斯白噪聲.對于一維的高斯隨機(jī)變量x,如果它的均值為μ,方差等于σ2,則隨機(jī)變量取值為x的概率P<x>。3.3高斯白噪聲產(chǎn)生及仿真Matlab有兩個(gè)函數(shù)可以產(chǎn)生高斯白噪聲,wgn<>和awgn<>。

3.3.1WGN：產(chǎn)生高斯白噪聲y=wgn<m,n,p>

y=wgn<m,n,p>產(chǎn)生一個(gè)m行n列的高斯白噪聲的矩陣,p以dBW為單位指定輸出噪聲的強(qiáng)度。y=wgn<m,n,p,imp>

y=wgn<m,n,p,imp>以歐姆<Ohm>為單位指定負(fù)載阻抗。y=wgn<m,n,p,imp,state>

y=wgn<m,n,p,imp,state>重置RANDN的狀態(tài)。在數(shù)值變量后還可附加一些標(biāo)志性參數(shù)：y=wgn<?,POWERTYPE>指定p的單位。POWERTYPE可以是'dBW','dBm'或'linear',線性強(qiáng)度<linearpower>以瓦特<Watt>為單位。y=wgn<?,OUTPUTTYPE>指定輸出類型。OUTPUTTYPE可以是'real'或'complex'。

3.3.2AWGN：在某一信號中加入高斯白噪聲y=awgn<x,SNR>

y=awgn<x,SNR>在信號x中加入高斯白噪聲。信噪比SNR以dB為單位。x的強(qiáng)度假定為0dBW。如果x是復(fù)數(shù),就加入復(fù)噪聲。y=awgn<x,SNR,SIGPOWER>如果SIGPOWER是數(shù)值,則其代表以dBW為單位的信號強(qiáng)度；如果SIGPOWER為'measured',則函數(shù)將在加入噪聲之前測定信號強(qiáng)度。y=awgn<x,SNR,SIGPOWER,STATE>重置RANDN的狀態(tài)。y=awgn<?,POWERTYPE>指定SNR和SIGPOWER的單位。POWERTYPE可以是'dB'或'linear'。如果POWERTYPE是'dB',那么SNR以dB為單位,而SIGPOWER以dBW為單位。如果POWERTYPE是'linear',那么SNR作為比值來度量,而SIGPOWER以瓦特為單位。注釋1.分貝<decibel,dB>：分貝〔dB是表示相對功率或幅度電平的標(biāo)準(zhǔn)單位,換句話說,就是我們用來表示兩個(gè)能量之間的差別的一種表示單位,它不是一個(gè)絕對單位。例如,電子系統(tǒng)中將電壓、電流、功率等物理量的強(qiáng)弱通稱為電平,電平的單位通常就以分貝表示,即事先取一個(gè)電壓或電流作為參考值〔0dB,用待表示的量與參考值之比取對數(shù),再乘以20作為電平的分貝數(shù)〔功率的電平值改乘10；2.分貝瓦<dBW,dBWatt>：指以1W的輸出功率為基準(zhǔn)時(shí),用分貝來測量的功率放大器的功率值；3.dBm<dB-milliWatt>：即與1milliWatt〔毫瓦作比較得出的數(shù)字。0dBm=1mW10dBm=10mW20dBm=100mW。3.3.3仿真結(jié)果如圖3.1所示：圖3.1高斯白噪聲的仿真結(jié)果3.3.4系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)模塊如圖3.2所示：圖3.2系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)模塊仿真結(jié)果分析：BFSK系統(tǒng)中,發(fā)送端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過信源編碼和信號調(diào)制轉(zhuǎn)化成調(diào)制信號,然后進(jìn)入信道,由于噪聲表現(xiàn)為一種隨機(jī)過程,因此關(guān)于噪聲的各種參數(shù)都是一種統(tǒng)計(jì)平均值。程序運(yùn)行結(jié)果如圖3.3所示:圖3.3高斯白噪聲信道下誤碼率與信噪比曲線從BFSK仿真結(jié)果圖可以看出,當(dāng)信噪比為0dB時(shí),誤比特率最高,當(dāng)信噪比達(dá)到14dB時(shí)誤比特率低于0.001。既在加性高斯白噪聲<AWNG>信道中,BFSK調(diào)制信號的誤比特率隨著信噪比的增加而降低。確定高斯白噪聲的功率,要確定信噪比Eb/N0、輸入信號功率以及信號周期。當(dāng)Mode設(shè)置為Signaltonoise<SNR>時(shí),加性高斯白噪聲信道模塊根據(jù)信噪比SNR確定高斯白噪聲的功率,同時(shí)確定參數(shù)SNR以及周期。所以我們實(shí)驗(yàn)過程中要以提高發(fā)射功率來換取誤碼率的降低。下圖為各模塊的參數(shù)設(shè)置：圖3.4隨機(jī)整數(shù)產(chǎn)生器 圖3.5BFSK基帶調(diào)制信號圖3.5誤碼率計(jì)算器圖3.6選擇器4.加性高斯白噪聲4.1加性高斯白噪聲的概念在通信傳輸系統(tǒng)中,發(fā)送的數(shù)字基帶信號與隨機(jī)噪聲過程是相加的,此類噪聲的統(tǒng)計(jì)特性是高斯噪聲過程,因此該信道的數(shù)學(xué)模型稱為加性高斯信道,由于其功率譜密度在信號傳輸帶寬內(nèi)基本是平坦的,所以又稱此信道為加性高斯白噪聲。加性高斯白噪聲信道模塊的作用就是在輸入信號中加入高斯白噪聲。一般情況下,噪聲功率越大,信號的波動幅度就越大,接收端接收到的信號的誤比特率就越高。信噪比決定了信號傳輸?shù)馁|(zhì)量,信噪比與信道的誤碼率一般是成反比的。而且加性高斯白噪聲是最基本的噪聲與干擾模型。加性噪聲：疊加在信號上的一種噪聲,通常記為n<t>,而且無論有無信號,噪聲n<t>都是始終存在的。因此通常稱它為加性噪聲或者加性干擾。白噪聲：噪聲的功率譜密度在所有的頻率上均為一常數(shù),則稱這樣的噪聲為白噪聲。如果白噪聲取值的概率分布服從高斯分布,則稱這樣的噪聲為高斯白噪聲。高斯分布又名正態(tài)分布,是一個(gè)在數(shù)學(xué)、物理及工程等領(lǐng)域都非常重要的概率分布,在統(tǒng)計(jì)學(xué)的許多方面有著重大的影響力。若隨機(jī)變量X服從一個(gè)數(shù)學(xué)期望為μ、方差為σ^2的高斯分布,記為N<μ,σ^2>。其概率密度函數(shù)為正態(tài)分布的期望值μ決定了其位置,其標(biāo)準(zhǔn)差σ決定了分布的幅度。我們通常所說的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布是μ=0,σ=1的正態(tài)分布。信道是信號的傳輸媒質(zhì),在加性寬帶高斯白噪聲干擾下,對數(shù)字基帶信號的接收,有兩種解調(diào)方案:一是采用低通濾波器,此濾波器用以限制信道所引入的噪聲,讓所傳輸?shù)幕鶐盘柌ㄐ位旧喜皇д娴赝ㄟ^,然后再進(jìn)行抽樣、判決、輸出數(shù)據(jù);第二種解調(diào)方案是接收濾波器采用與發(fā)送信號相匹配的匹配濾波器,以獲得在抽樣時(shí)刻的最大信噪比,使接收系統(tǒng)的誤碼率最小。所以,我們采用第二種解調(diào)方案,研究BFSK在加性高斯白噪聲信道中的傳輸性能。4.2BFSK信號在加性寬帶高斯白噪聲信道中的傳輸性能建模與仿真在MATLAB中用Simulink構(gòu)建系統(tǒng)模型,高斯白噪聲信道是通信傳輸系統(tǒng)中分析抗干擾性常用的抗干擾模型,本文在MATLAB環(huán)境平臺下用Simulink構(gòu)建一個(gè)BFSK的調(diào)制系統(tǒng)模型,研究該系統(tǒng)模型在高斯白噪聲信道中的傳輸特性,而且BFSK信號在不同信道下的性能仿真在了解了信道的特點(diǎn)后,再對信號通過信道后的誤比特率進(jìn)行仿真分析,用MATLAB中自帶的Simulink模塊,對BFSK在信道中的性能進(jìn)行仿真分析。通信系統(tǒng)一般由三部分組成,即信源、信道和信宿。信源是通信系統(tǒng)的起點(diǎn),它產(chǎn)生數(shù)據(jù)并且對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和調(diào)制,產(chǎn)生適合于信道傳輸?shù)恼{(diào)制信號；信道是數(shù)據(jù)信號的傳輸載體,發(fā)送端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過信源編碼和信號調(diào)制轉(zhuǎn)化成調(diào)制信號,然后進(jìn)入信道。這些調(diào)制信號通過信道到達(dá)接收端,在接收端通過與發(fā)送端相反的過程得到原始數(shù)據(jù)。信宿則是通信系統(tǒng)的終點(diǎn),它從信道中接收信號,通過調(diào)制和解調(diào)得到信源端產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)。信源、信道和信宿是通信系統(tǒng)中必不可少的三部分。對此,Simulink提供了眾多模塊。首先介紹部分信源模塊、信道模塊及作為信宿的幾種常見信號觀察設(shè)備模塊:<1>Source<信源模塊>:由隨機(jī)信號產(chǎn)生器<RandomIntegerGenerator>產(chǎn)生的數(shù)據(jù),一方面作為信源模塊的輸出信號,另一方面進(jìn)入BFSK<BinaryFrequencyShiftKeying>、基帶調(diào)制器<M2FSKModulatorBase2band>模塊,對數(shù)進(jìn)行BFSK調(diào)制。<2>Channel<信道模塊>:就是一個(gè)AWGNChannel<加性高斯白噪聲產(chǎn)生器>,它將噪聲疊加到信源模塊產(chǎn)生的BFSK調(diào)制信號中.注意：Initialseed：加性高斯白噪聲信道模塊的初始化種子。Mode：模式設(shè)定。Eb/No<dB>：加性高斯白噪聲信道模塊的信噪比Eb/No,單位為dB。ES/No<dB>：加性高斯白噪聲信道模塊的信噪比ES/No,單位為dB。SNR<dB>：加性高斯白噪聲信道模塊的信噪比SNR,單位為dB。umberofbitspersymbol：加性高斯白噪聲信道模塊每個(gè)輸出字符的比特?cái)?shù)。Inputsignalpower<watts>：加性高斯白噪聲信道模塊輸入信號的平均功率,單位為瓦特。Symbolperiod<s>：加性高斯白噪聲信道模塊每個(gè)輸入符號的周期,單位為秒。Variance：加性高斯白噪聲信道模塊產(chǎn)生的高斯白噪聲信號的方差。Sink<信宿模塊>:基帶調(diào)制器對接收信號進(jìn)行解調(diào),然后通過誤碼率計(jì)算器<ErrorRateCalculation>計(jì)算誤比特率.誤碼率計(jì)算器產(chǎn)生的是一個(gè)三維向量,分別表示誤碼率、誤碼個(gè)數(shù)以及信號總數(shù).因此通過一個(gè)選擇器<Selector>選擇向量的第一個(gè)元素作為輸出信號,將這個(gè)輸出信號送入工作區(qū)<ToWorkspace>模塊,并且保存為變量誤比特率.注意誤碼率計(jì)算器模塊的參數(shù)設(shè)置方法：Receivedelay：接收端時(shí)延設(shè)定項(xiàng)。Computationdelay：計(jì)算時(shí)延設(shè)定項(xiàng)。Computationmode：計(jì)算模式項(xiàng)。Selectedsamplesfromframe：掩碼設(shè)定項(xiàng)。Outputdata：設(shè)定數(shù)據(jù)輸出方式,有Workspace和Port兩種方式。Workspace是將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)輸出到Matlab工作區(qū)。Port時(shí)將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)從端口中輸出。Variablename：指定用于保存統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的工作空間變量的名稱,本項(xiàng)只有在"Outputdata"設(shè)定為Workspace時(shí)有效。Resetport：復(fù)位端口項(xiàng)。Stopsimulation：仿真停止項(xiàng)。Targetnumberofsymbols：錯(cuò)誤門限項(xiàng)。Maximumnumberofsymbols：比較門限項(xiàng)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4.1所示:圖4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖5.仿真程序5.1AWGN加性高斯白噪聲產(chǎn)生程序程序如下：

clear,clc;

N=0:1000;

fs=1024;

t=N./fs;y=3*sin<2*pi*t>;

x=wgn<1,1001,2>;

i=y+x;

%i=awgn<y,2>;

subplot<3,1,1>,plot<x>;

subplot<3,1,2>,plot<y>;

subplot<3,1,3>,plot<i>;5.2信噪比與誤比特率關(guān)系程序x=0:15;y=x;FrequencySeparation=24000;BitRate=10000;SamplesPerSymbol=2;Velocity=40;LightSpeed=3*10^8;Frequency=825*10^6;WaveLength=LightSpeed/Frequency;Fd=Velocity*10^3/3600/WaveLen