数字通信系统误码率仿真分析
3 G移动通信实验报告实验名称：数字通信系统误码率仿真分析学生名称：学生学号：学生班：所学专业：实验日：1。 实验目的1 .掌握几种典型的数字通信系统误码率分析方法。 2 .掌握误码率对数字通信系统的影响及改进方法。 2 .实验原理1、数字通信系统的主要性能指标通信的任务是信息传递，因此信息传输的有效性和可靠性是通信系统最主要的质量指标。 有效性是在给定信道内可以传输的信息内容的量，可靠性是接收信息的正确性。 为了提高有效性需要提高传输速度，但随之可靠性降低。 因此，有效性和可靠性是矛盾的，是可以互换的。 可以通过降低有效性来提高可靠性，也可以通过降低可靠性来提高有效性。 数字通信系统的有效性通常用信息传输速率来衡量。 在信道一定的情况下，传输率越高，有效性越高。 传输速度有三个定义。 符号速率() (单位时间传输的符号数，单位为波特率)，因此也称为波特率。 信息速率() :在单位时间内传输的信息量)比特数)，单位为比特/秒(b/s )，因此也称为比特速率； 消息速率() :单位时间内传输的消息数。 对于m进制通信系统，符号率与信息速率之间的关系等于符号率与信息速率，特别是在二进制数字通信系统中源的各种可能消息的出现概率相等的情况下。 在实际的APP应用中，通常缺省情况下这两种速率相等，因此单个二进制符号通常仅称为一个位。 数字通信系统可靠性的测量指标是误码率。 另外，还有错误接收码元数占传输码元总数比例、即错误比特率) (错误接收比特数占传输比特总数的比例、即错误率) )、错误接收字数占传输总字数的比例这3个不同的定义当字符由大眼睛的山水组成，每个比特用一个符号传输时，错别率对二进制系统来说错误率和比特错误率明显相等。 m进制信号的每一符号可包括位且特定的错误代码符号可具有不同的错误模式。 其中正好有有I位错误的错误模式。 假设这些错误消除模式是均匀出现的，因为在一个符号中发生错误时，n个比例的数学期望值与特殊错误比特的比例相等，所以当m大时，错误比特率在实际上是计算错误比特率中非常重要的参数。 单位位的平均信号能量，即噪声的单边功率谱密度。 然而，实际系统中可以直接测量的是平均信号功率s和噪声功率n，并且然后可以计算信噪比。 如果二进制通信系统中的信息传输速率为接收机带宽为b，则这里可以表示信噪比，其是每单位带宽的比特率，表示特定调制方案中的带宽利用效率，也称为带宽效率。 二进制数字调制的情况下，接收端可以采用相干解调，也可以采用非相干解调，它们的抗噪声能力不同，误码性能也不同。 接着，将数字通信系统的误码率分为相干解调和非相干解调进行分析。 2、相干解调时的误码率相干解调需要在接收端生成用于相干的参考载波信号。 该典型模型是，图10-1相干解调的典型模型将接收信号与同频同相相干载波相乘，然后进行低通滤波，之后在实际应用中，总是将相干解调与最佳接收相混淆。 具体地，仅当相干解调中的滤波器是严格根据匹配滤波器的要求来设计的时，才是真正的优化接收。 从通信原理知识可知，在匹配滤波器的条件下求出的二进制调制的最小位错误率是其中的q函数的定义。 由于相关系数，取值的范围取决于发送信号的类似度，即包含各个的能量。
分析几种典型的二进制数字调制系统相干解调时的误码率。 2关于ask信号，为了。 因此，对于2PSK信号，有，要求。 因此，对于2FSK信号，有，其相关系数在该点相互正交。 大的时候，接近0。 对于下一个2FSK信号，比特差错率为3，并且非相干解调时的差错率为非相干解调的最大优点在于，接收端不需要为相干生成参考载波。 因此，其设备虽然比较简单、便宜，但性能相对比相干解调差一些。 对于2FSK信号，)2ASK与2FSK相同。 即，(3)关于2DPSK信号，不同二进制数字通信系统的相干解调与非相干解调时的差错率的比较如下图所示。 图10-2的二进制调制的比特差错率曲线从上面的图中可以看出，使用相干解调时的差错率总体上比使用非相干解调时的差错率低，表示使用相干解调时的抗噪声性高。 4、多进制数字调制的误码率在多进制数字调制中，每隔符号间隔，可发送的符号有m种。 在实际应用中，n通常取大于1的正整数。 如果移动信息的参数分别是载波的幅度、频率或相位，则对应的是m进制幅度键控(MASK )、m进制频移键控(MFSK )、m进制相移键控(MPSK )。 也可以将这两个参数组合调制。 例如，m进制正交幅度调制(QAM )。 多阶数字调制的调制解调方法与二进制相似，主要区别在于基带成形阶段。 解调通常采用相干解调，下面给出一些典型的多阶数字调制相干解调时误码率的公式。 m进制调幅(MASK ) m进制频移键控(MFSK ) m进制移相键控(MPSK ) )4)多进制正交调幅(MQAM )。 3 .实验内容1、编写MATLAB程序实现Rake接收机。 2、修正信噪比，观察三种综合算法的误码率。 4 .实验代码clear all : dn=100； d=randint(1，dn )； D4 _ qpsk=d (1，2336023360 dn )2*D ) 1，1:23360 dn-1； forI=1:dn/2ifD4_qpsk(1，I )=0I(1，I )=1； q(1，I )=1； ELSEifD4_qpsk(1，I )=1I ) 1，I )=-1； q(1，I )=1； ELSEifD4_qpsk(1，I )=2I ) 1，I )=1； q(1，I )=-1； ELSEifD4_qpsk(1，I )=3I ) 1，I )=-1； q(1，I ) ) )。
=-1;endendendendenddin_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_maxern_2psk=0;ern_2ask=0;ern_qpsk=0;snr=en+10*log(2)/log(10);for y=1:cndout_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:dnif dout_2ask(1,i)0.5 dout_2ask(1,i)=1;else dout_2ask(1,i)=0;endif dout_2ask(1,i)=d(1,i) ern_2ask=ern_2ask+1;endenddout_2psk=(dout_2psk+1)*0.5;for i=1:dnif dout_2psk(1,i)=d(1,i) ern_2psk=ern_2psk+1;endendfor i=1:dn/2if Iout(1,i)0if Qout(1,i)0dout_qpsk(1,2*i)=0;dout_qpsk(1,2*i-1)=0;elsedout_qpsk(1,2*i)=0;dout_qpsk(1,2*i-1)=1;endelseif Qout(1,i)0dout_qpsk(1,2*i)=1;dout_qpsk(1,2*i-1)=0;elsedout_qpsk(1,2*i)=1;dout_qpsk(1,2*i-1)=1;endendif dout_qpsk(1,2*i)=d(1,2*i) ern_qpsk=ern_qpsk+1;endif dout_qpsk(1,2*i-1)=d(1,2*i-1) ern_qpsk=ern_qpsk+1;endendenderror_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_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理论值,2ask仿真值,2ask理论值)title(2PSK+2ASK误码率分析);xlabel(Eb/n0 dB);ylabel(error_rate dB);grid on;subplot(1,2,2);semilogy(x,error_rate_qpsk,o-,x,Pqpsk,*-);legend(qpsk仿真值,qpsk理论值)title(QPSK误码率分析);xlabel(Eb/n0 dB);ylabel(error_rate dB);grid on;5. 实验结果