基于MATLAB的MPSK性能分析毕业论文(25页).doc

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1、-基于MATLAB的MPSK性能分析毕业论文-第 35 页 基于MATLAB的MPSK性能分析【摘 要】 通信系统中的数字调制技术是通信与信息系统领域的基础知识，而相移键控(MPSK)信号是作为常见的数字通信调制信号。目前，它已被广泛应用，不管是在传统的通信系统，还是移动通信系统或卫星通信系统。这些都是因为它的功率和频谱效率高的优点。因此对相移键控信号的调制解调原理的掌握有助于加深对调制技术的理解，并对深入学习新型的调制技术有指导作用。本文首先介绍数字通信系统的组成，然后分析数字调制系统中的几种基本调制解调方法，主要包括MPSK和MDPSK。最后运用MATLAB软件对MPSK和MDPSK进行仿

2、真和分析，其中主要是通过仿真得到信噪比与误码率之间的曲线，然后对加性高斯白噪声环境下的性能进行分析，并与理论值相比较。最后，还对MPSK与MDPSK在实际情况下的误码率进行了比较和分析。【关键词】 数字调制，MPSK，MDPSK，误码率，信噪比MPSK Performance Analysis Based On MATLAB【Abstract】 Digital modulation technology in communication system is basic knowledge in the field of communication and information systems

3、, and phase-shift keying (MPSK) signals are as common digital modulation signals. Due to its high power and spectrum utilization, MPSK have been widely used in traditional communications, mobile communications and satellite communications systems. Grasp of the phase-shift keying signal modulation an

4、d demodulation principle will help to deepen the understanding of modulation techniques, and it play a guiding role in-depth study of a new type of modulation technique. This paper first describes the composition of the digital communication system, and then analyzes several basic digital modulation

5、 systems, mainly includes MPSK and MDPSK. At last, using the MATLAB software to simulate and analyze the MPSK and MDPSK. Through the simulation, we get the curve between signal-to-noise ratio and the error rate. Then analyzes the performance under the Gaussian white noise environment, and compares w

6、ith the theory. Finally, also has carried on the comparison and the analysis to MPSK and MDPSK in the actual situation error rate. 【Key words】 Digital modulation, MPSK, MDPSK, error rate, signal-to-noise ratio 目 录第一章 绪论11.1 课题背景11.2 调制技术的发展和趋势11.3 课题研究的意义21.4 本文内容安排3第二章 数字相位调制42.1 数字通信系统的组成及说明42.2 多

7、进制相移键控52.2.1 2PSK调制解调52.2.2 4PSK调制解调72.2.3 8PSK调制解调92.3 多进制差分相移键控112.3.1 2DPSK调制解调122.3.2 4DPSK调制解调132.3.3 8DPSK调制解调16第三章 多进制数字相位调制仿真183.1 蒙特卡洛仿真的简单介绍183.2 多进制数字相位调制性能仿真原理193.3 MPSK系统仿真方法203.3.1 部件仿真原理213.3.2 MPSK仿真流程图223.4 MDPSK系统的仿真方法243.4.1 部件仿真原理253.4.2 MDPSK仿真流程图26第四章 仿真结果比较和分析294.1 MPSK理论误码率与实

8、际误码率的比较294.2 MDPSK理论误码率与实际误码率的比较294.3 MPSK和MDPSK误码率的比较30第四章 总结33参考文献34致 谢35第一章 绪论1.1 课题背景数字通信系统是采用数字信号来传递信息的系统，比模拟通信，更能满足通信技术在现代社会越来越高的要求，它的特点是：抗干扰能力强；差错可控；容易和各种数字终端连接，用现代计算技术来对信号进行一些处理，然后加工变换再存储，这样就形成智能网；易于集成化，这样就能实现通信设备的微型化；容易加密，而且机密强度高。数字通信的产生虽晚于模拟通信，但其介入我们生活的速度却让人膛目结舌。数字网络通过编码将我们的任何表达（语音、文字、动作等）

9、变成数字，这些数字在网络信道上任意流动，到达世界的每一个角落，最后形成了一个虚拟世界，越来越多的人深陷其中，分不清真实和虚幻；移动数字系统无处不在地联系着我们与他人，许多高楼大厦甚至高山上稳稳地站着张牙舞爪的天线，那是移动通信的基站，信号由那里辐射到我们的手机上；数字电视系统为我们提供了一个更清晰的节目；还有军事通信的数字化，城市交通的数字控制.所以，数字通信系统已经在有线电话信道，微波无线电、光纤信道和卫星信道等各种通信媒介中承担着大量的日常信息传输的任务。正如我们亲眼所见，当前个人通信系统和超高速通信网络迅猛发展，这些都是基于信息的数字传输，而无论这些信息是语音、图像还是视频信号。现在的各

10、种公用和专用通信系统都在追求具有更大的通信容量、更远的通信距离以及更高的功率效率，尤其是目前广泛应用的移动通信、卫星通信以及航天器的测量、跟踪与控制等系统中，这方面的需求和要求更加紧迫。由于通信系统的容量与系统所占的频带和可以利用的频段有着直接的关系，而该频段可以被利用的是不可再生的，并且频带的资源还是具有一定的限度的，所以一定要寻找具有更高频谱效率的、高效的数字调制技术，来改善系统的能力1。1.2 调制技术的发展和趋势 调制技术最初是从模拟信号的调制与解调技术开始发展的，这是因为当时的通信系统为模拟系统。后来，随着数字通信技术的发展，数字调制技术也得到了迅猛的发展和广泛应用。随着各种各样的通

11、信系统数量的日益增加，为了能更充分地利用有限的频谱资源，大多数通信研究者比较倾向于研究具有更高频谱效率的数字调制技术2。显然，调制技术是通信系统中很重要的技术之一，尤其是对数字通信系统来说，数字调制技术更是关系到系统性能的好坏3。对于数字调制技术的主要要求是：已调制的信号所占的频带要窄，即已调信号要有更高的频谱效率，而对于已调信号，要方便采用相干或非相干的方法解调，且调制的信号要具有较强的抗噪声和抗干扰的能力，并适宜衰落信道传输。一个有相对狭窄频谱的恒定包络调制，它已赢得关注和使用，也得到了快速发展。另一种获得迅速发展的调制技术是振幅和相位联合调制（QAM）技术，该技术的信息传输速率较高。由于

12、移动通信、导航控制技术的迅速发展，使得码分多址通信系统发展非常迅猛，也使得正交频分复用（OFDM）技术获得了新生，并得到极快的发展，该技术可以克服符号之间的干扰，也大大地提高了系统的容量。1.3 课题研究的意义 现在的很多数字通信系统都是通过调制方式进行传输信息的。常见的数字调制方式有：振幅键控ASK，频移键控FSK，相移键控PSK、DPSK、QPSK等，还有一些新型调制体制：QAM、MSK、OFDM等。而在数字通信领域中,相位键控的带宽和功率占用方面都具有优势，即带宽占用小和比特信噪比要求低，其抗噪声能力比ASK和FSK都强，且不易受信道特性变化的影响，因此，MPSK和MDPSK调制方式在高

13、、中速数据传输中得到了广泛的应用。而相干解调和差分解调作为两种基本解调方式，在各种应用条件下的性能分析也一度成为人们的研究重点。 现在很多新型数字带通调制技术都有运用到相移键控，比如QAM（正交振幅调制），它是为了改善在MPSK体制中，M大时的噪声容限而发展出来的。QAM是一种振幅和相位联合键控4。在16QAM信号的产生方法中，就有运用到相移键控，它利用两路独立的4PSK信号叠加，形成16QAM。还有，OFDM（正交频分复用技术），它是一种特殊的多载波传输方案。因为其不同的子载波之间是相互正交的，所以扩频调制以后的频谱是可以相互重叠，这样不仅仅减小了子载波之间的相互干扰，而且还很大程度上提高了

14、频谱效率5。像OFDM这么先进的调制技术，在它的每个子载波调制中，也要用到相移键控或者正交幅度调制。而且，在CDMA移动通信中，它的载波调制也是采用4PSK，或者是4PSK的变化形式。所以它们都是基于4PSK，或者说都是基于2PSK，因为它们的调制与解调最终都可以化为不同BPSK调制、解调的组合。由此可见，研究M进制相移键控调制技术在实际中具有很重要的意义。 1.4 本文内容安排 第一章绪论，简单介绍所选课题的背景，还有课题研究的意义以及数字调制技术的发展与趋势。 第二章数字相位调制，首先介绍数字通信系统的组成以及对其模型的说明，进而介绍多进制数字相位调制，其中主要包括2PSK，4PSK，8P

15、SK，2DPSK，4DPSK，8DPSK的调制解调相关原理。第三章多进制数字相位调制仿真，首先介绍蒙特卡洛仿真的原理，然后给出MPSK和MDPSK性能仿真的原理和方法，最后对MPSK和MDPSK系统进行蒙特卡洛仿真。第四章仿真结果比较和分析，通过仿真得到MPSK和MDPSK的误码率曲线，然后对这两种调制方式的误码率性能进行比较。第五章对本文进行总结。第二章 数字相位调制2.1 数字通信系统的组成及说明 数字通信系统，它是利用数字信号进行传递信息的系统6，如图1-1所示。受信者信源译码解密信道译码数字解调数字调制信道编码加密信源编码信息源 信 道 噪声源 图2-1 数字通信系统模型 由于在数字通

16、信系统中传输的是数字信号，但在实际中，信息源给出的一般都是模拟信号，所以需要在发送端添加一个信源编码器，用来把模拟信号转换成数字信号，这样就可以完成模拟信号向数字化的传输。相应的，在接收端就需要加一个信源解码器，用来把数字信息变换成原来的模拟信号。而有些场合对信息的机密性要求非常高，这时可以人为地“扰乱”被传输的数字序列，即对信息进行“加密”，然后在接收端需要利用与发送端相同的密码将信息恢复出来，这就是所谓的“解密”。因为信道存在噪声，数字信号在传递的过程中难免会受到噪声的干扰，这样就容易使接收到的信号出现差错。所以，可以通过对传输的信息码元按一定的规则加上若干多余的码元，即监督码元来提高传输

17、的可靠性，这就需要信道编码器来完成。在接受端，就需要利用信道译码器来按跟编码器相应的逆规则来解码。由于数字基带信号在一般情况下都含有丰富低频分量，但是实际中的大多数信道因为具有带通特性而不能直接来传送基带信号7，所以，为了能够让数字基带信号变成适合在信道中传输的带通信号，就需要把低的频谱搬移到高频率的地方，这个过程就称作是“数字调制”。相应的，在接收端就需要通过解调器来把带通信号变回到原来的数字基带信号，我们把这个过程称为“数字解调”。 此外，在任何一个数字通信系统中，同步系统都是不能够缺少的。所谓的同步，就是使接收端与收发端的信号在时间上保持步调一致，它是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作

18、的前提条件。2.2 多进制相移键控 多进制数字相位调制，又称为多相制，这是一种利用载波的多种不同的相位状态来表示数字信息的调制方法，它的振幅跟频率是不变的8。多进制数字相位调制可以分为两种类型，一种是MPSK（绝对相位调制），另一种是MDPSK（相对相位调制，也称差分相位调制）。 相移键控（PSK）利用基带数据信号选取载波在一些离散取值上的相位，从而将基带数据信息携带到调制载波的相位上。由于PSK键控输出相位的取值是离散的，因此PSK输出信号一般不具有相位连续性。PSK调制相位可以是二元的，也可以是多元的。在工程实际中，过多的离散相位会导致相位分辨率下降（相邻相位之间的间隔太小），对接收机相干

19、解调中载波恢复的精度要求很高，导致接收机在技术上实现困难且解调性能得不到保证，因此，在工程实际中PSK的最大调制元素为8。常用的PSK调制方式是2PSK(也称BPSK)、4PSK（也称QPSK）以及8PSK。2.2.1 2PSK调制解调用二进制数字基带信号去控制载波相位调制的方法称为相移键控（2PSK）,也就是随着基带信号0,1变化，载波的相位会发生0，的变化。二进制PSK已调信号的时域表达式如下式中，表示的是双极性数字基带信号，即其中，表示的是高度为1、宽度为地单个矩形脉冲，而的统计特性为因此，如果在某一个码元的持续时间内观察就有 ，=0或2PSK信号的调制原理方框图如图2-2所示。 0 开

20、关电路180o移相 S (t)图2-2 2PSK调制框图2PSK信号通常是采用相干解调法。由于2PSK信号是以一个未调载波作为基准的，而这个载波是有固定的初始相位的，所以，在解调时要有同步的载波，同步就是指要与它同频同相9。其原理框图如图2-3所示。带通滤波器 相乘器 抽样判决器低通滤波器a bce 输出 定时脉冲图2-3 2PSK解调框图不考虑噪声时，带通滤波器输出可以表示成其中，表示的是2PSK信号某一码元的初始相位。=0时，代表的是数字信息“0”；=时，代表的是数字信息“1”。与同步载波相乘后，输出为通过低通滤波器，然后把高频分量滤掉，则输出为 根据发送端产生2PSK信号时代表数字信息的

21、规定和接收端与的关系特性，抽样判决器是按照下面的准则来判定的:其中，是在抽样时刻的值。2.2.2 4PSK调制解调如果载波是一对正交的函数，譬如、，同时对它们进行PSK调制，这样的调制称为QPSK（正交相移键控，又称4PSK）。显然，用于QPSK调制的基带信号应该是2个二进制码，即2个比特，每个对应一个载波，通常前一个比特用a表示，后一个比特用b表示。4PSK信号有两种调制方法，它既可以选用相位选择法，也可以选用相乘电路法来产生。如果选用相位选择法，则其调制原理方框图如图2-4所示。 串/并 转换 带通滤波器 逻辑选相 电路二进制数码 aQPSK信号b 四相载波发生器 图2-4 相位选择法原理

22、图 4PSK信号所需要的四种不同相位的载波是由图中的四相载波发生器来产生，输入的二进制码元序列经过串/并变换器后，输出双比特码元10。而逻辑选相电路是根据输入的双比特码元的不同来选出相对应相位的载波。 4PSK信号还可以用相乘电路产生，其原理框图如2-5所示。 相乘 电路 相乘 电路a 串/并 变换 相干载 波产生 相加 电路 /2 相移 相乘 电路 b图2-5 4PSK调制原理框图 如上图所示，容易看出，两个载波正交的2PSK调制器可以构成4PSK调制器，分别形成图2-6中的虚线矢量，然后再经过相加电路后，就可以得到图2-6中的实线矢量。显然，其为QPSK的相位配置情况。图中矢量a(1)代表

23、的是a路的信号码元“1”，而a(0)则代表a路的信号码元“0”；同理可知，b(1)代表的是b路信号码元“1”，b(0)代表的是b路信号码元“0”。 b(1) 0111 a(0)a(1) 00 b(0)图2-6 4PSK矢量的产生 对4PSK的解调也可以采用跟2PSK信号相似的解调方法，因此它可以看成是由两个载波正交的2PSK信号合成起来的。4PSK信号相干解调的原理方框图如图2-7所示。 低通 抽判 相乘a 载波 提取 定时 提取并/串 /2 相乘 低通 抽判b图2-7 4PSK相干解调原理图 图中，两个相互正交的相干载波可以分别分离出两个分量a和b，然后再经过并/串变换器后就可以恢复原来的二

24、进制双比特串行数字信号11。这个方法也被称作极性比较法。2.2.3 8PSK调制解调在八相相移键控调制中，每个码元含有3个比特信息，这3个比特可以用a,b,c来表示。在编码的时侯，首先要把发送端的码元序列按每3个比特分成一个组，再用来表示它，其中相位有八种情况。所以这3个比特就可以组成八种组合：000、001、010、011、100、101、110与111。图2-8所示的是8PSK的矢量图。 （101） （111） （100） （110）0相位（000） （010） （001） （011）图2-8 8PSK矢量图8PSK信号调制的方法跟4PSK类似，既可以选用相位选择法，也可以选用相乘电路法来

25、产生。本文主要介绍第二种方法，其原理框图如2-9所示。 电平 变换b1 载波发生器 串/并 变换二进制8PSK 倒相信息b3信号90o移相 电平 变换b2图2-9 8PSK相乘电路法原理框图 输入的二进制码元信息序列被串/并变换电路变成三路码元b1b2b3，每个码元持续的时间是原来的码元持续时间的三倍，因而，对于每一路来说，总时间和原信号持续的总时间一致，以保持与信号的同步。其中，b1和b3被送到同相支路上的电平变换器，然后输出的电平幅度值为，而b2和b3被送到正交支路上的电平变换器，输出的电平幅度值为。把跟这两个不同幅度的而相互正交的矢量合成之后就可以获得8PSK信号。 其中，同相支路上信号

26、的极性是由b1来确定的，当其分别为0和1时，同路信号的极性分别为-1和1。正交支路上信号的极性是由b2来决定的，其极性判断与b1相同。而同相跟正交这两个支路的幅度是由b3来决定的。8PSK信号双正交相干解调的原理框图如图2-10所示。 判决b1 判决b28PSK信号 载波 初相0 判决b3b3xorb4 判决b4 载波 初相 图2-10 8PSK解调原理框图 由图可见，这里有四个不同相位的本地载波，分别分0，/2，-/4，/4，其频率与发送端载波一样。四个不同相位的载波分别与一个周期的已调信号作乘法运算，然后进行判决。具体的判决方法是，把所乘结果的离散数据相累加，若其和大于0，相应判决码就输出

27、1，不然就输出0。实际上，由于作乘法运算之后的离散也为一对称的正弦离散信号，故只需取出此信号内的最大值与最小值，进行相加并判断其正负即可，这样减少了运算量。其中，b2对应于输入二进制序列的第一位，b1则对应于输入二进制序列的第二位，而b3和b4对应于第三位，第三位的取值是b3b4求同或的值。2.3 多进制差分相移键控 由于相位的相对性，即接收方无法通过观察PSK接收信号来获得关于初始相位(0相位)的信息，这样将会导致直接使用PSK进行传输时，基准相位在接收方解调时发生不确定性，这种现象称为PSK在传输中的相位模糊。由于存在相位模糊，当接收方不能通过其他方式（例如外置载波同步法）获取准确的载波相

28、位基准时，PSK不能直接用于数据的传输。对PSK相位模糊的改进思路是：将基带数据携带在相位的相对变化上，而不是携带在绝对相位取值上。通过对基带数据的差分编码可以实现这一目的，在接受端对解调数据相应地进行差分解码即可还原基带数据。因此，经过差分编解码方法改进后的PSK调制称为差分（相对）相移键控调制（DPSK）。与PSK一样，DPSK调制相位既可以是二元的，也可以是多元的。常见的DPSK调制方式有2DPSK(也称BDPSK)、4PSK（也称QDPSK）以及8DPSK。2.3.1 2DPSK调制解调2DPSK又称作相对相移键控，因为它是利用前一个码元跟后一个码元的载波相对相位的改变来表征数字信息的

29、12。也就是说，基带信号并不是由2DPSK信号的相位直接决定的，前一个码元跟后一个码元相对相位的差才是唯一决定信息符号的，这与2PSK不同。2DPSK信号的产生方法：首先把表示数字信息序列的绝对码变换成相对码，即对二进制数字基带信号进行差分编码，然后再根据相对码来进行绝对调相，这样就可以生成一个二进制差分相移键控信号13。其原理方框图如图2-11所示。 cosct0 开关电路180o移相 码变换s(t)图2-11 2DPSK信号调制框图 差分码的编码规则是其中，表示模2加，为绝对码，为差分码，为的前一个码元，最初的可以任意设定14。 显然，差分译码就是编码的逆过程（又称码变换），即相干解调和码

30、变换是对二进制4PSK信号进行解调的其中一种方法，即先对信号进行相干解调，然后恢复出它的相对码，再经过码反变换得到绝对码，这样就可以恢复出原来的数字信息了15。因为是利用前一个码元跟后一个码元已调信号的相位改变来表征4PSK信号的，所以它不会出现相位模糊。也就是说，经过差分反变换后，我们总能够得到调制之前正确的绝对码，所以说，4DPSK并不会像PSK调制一样，会出现对数据传输有干扰的相位模糊。该方法的原理方框图如图2-12所示。抽样判决器码反变换器带通滤波器相乘器低通滤波器acdef输出b cos 定时脉冲图2-12 原理框图2DPSK信号的另一种解调方法，就是差分相干解调法，其解调原理框图如

31、图2-13所示。 相乘器低通滤波器抽样判决器带通滤波器 acde 输出延迟Tsb定时脉冲图2-13 2DPSK解调框图这里相乘器的作用是相位比较，前一个码元跟后一个码元的相位差就是用相乘之后得到的结果来表示的，再经过低通滤波，然后进行抽样判决，这样原来的二进制数码的信号就可以直接被恢复出来了16。采用差分相干解调的好处就是不需要恢复相干载波。所以，在实际中2DPSK常采用这个方法进行解调。2.3.2 4DPSK调制解调四进制相移键控的相位有四个取值：0o、90o、180o和270o，基于与二进制相移键控同样的原因，在实际中更常采用的是四进制差分相移键控（4DPSK）17。4DPSK信号的产生方

32、法跟4PSK很像，只是4DPSK要先把输入的基带信号经码变换器，由它来把绝对码变成相对码，然后再让相对码与载波相乘，这样就可以完成绝对相移键控。其原理方框图如图2-14所示。 相乘 电路c 串/并 变换 码 变换 相加 电路a 载波 产生bd 相乘 电路 图2-14 4DPSK信号原理框图图中的码反变换电路是将双码ab变换为cd，还要求由cd产生的4DPSK信号相对于ab是4PSK信号，也就是说信号相移总是相对于前一相位相移90o 。图中采用两个相移器来代替一个相移器，是为了用A方式编码，下面的4DPSK的解调也是采用A方式。4DPSK的编码规则见表2-1。表2-1 4DPSK的编码规则ab

33、ab A方式B方式 A方式 B方式00 90o 135o 11 270o 315o 01 0o 45o 10 180o 225o其中，表示的是相对相移的值。可以用两种方法来对4DPSK进行解调。第一种是极性比较法，它的解调原理方框图如图2-15所示。 抽样 判决 相乘 电路 低通 滤波c 并/串 变换 逆码 变换 定时 提取 载波 提取 a b 抽样 判决 相乘 电路d 低通 滤波 图2-15 极性比较法原理框图 由图可以看出，该方法的解调原理和4PSK信号很像，只是在并/串变换器之前还要先经过逆码变换器，这是为了把相对码变为绝对码，从而恢复出原来的数字信息18。另一种用来解调4DPSK信号的

34、方法是差分相干相位比较法。其原理方框图如图2-16所示。 抽样 判决 低通 滤波 相乘 电路 并/串 变换 定时 提取 延迟 T 抽样 判决 低通 滤波 相乘 电路图2-16差分相干相位比较法解调原理图 由图可以看出，4DPSK信号采用该法的解调原理图跟2DPSK采用差分相干解调的原理图很像，只是4DPSK是采用两个支路进行解调的，这是因为4DPSK的接收信号是包含有正交的两路已调载波。2.3.3 8DPSK调制解调8DPSK信号相位选择法的原理图如图2-17所示。串并变换器差分编码LPF数据s(n)LPF图2-17 8DPSK信号调制框图8DPSK信号的解调是采用非相干基带差分解调法，其原理

35、如图2-18所示。I(n)判决输出相位旋转差分检测匹配低通滤波匹配低通滤波ab输出s(n)cQ(n)d 位定时图2-18 8DPSK解调原理图如图所示，设,表示采样周期，输入信号与本地正交同频载波相乘后得到的同相分量与正交分量经过匹配低通滤波器后滤除高频分量后得到基带信号和，经基带差分解调的时候，由于相对相位的取值有八种，即0，所以，通过经基带差分解调得到的和将组成的向量分别逆转，就可以分别得到,，它们表示的是旋转之后向量的正弦值。所以，有下面的式子：，再根据空间矢量图就可以得到原来的数字信息，其判决规则如下：若a，b，c，d都大于0，判为001；若a，b，c大于0而d小于0，判为000；若a

36、，b大于0，c，d小于0，判为010；若a大于0，b，c，d小于0，判为011；若a，b，c，d都小于0，判为111；若a，b，c小于0而d大于0，判为110；若a，b小于0，c，d大于0，判为100；若a小于0，b，c，d大于0，则判为101。第三章 多进制数字相位调制仿真3.1 蒙特卡洛仿真的简单介绍蒙特卡洛仿真通常是用来估计某个数字通信系统的差错率。本设计就是用蒙特卡洛仿真来实现的。它的基本思想是：为了解决在工程和技术、数学、物理等方面上遇到的问题，首先要建立一个随机过程或概率的模型，使它的参数，比如数学期望或概率分布等是所求的问题的值，再通过在计算机上对模型或者过程生成的随机数来计算所

37、求的参数，然后给出所求解的接近值19。通信系统的蒙特卡洛仿真模型，如图3-1所示。首先假设：（1） 在发射机中没有进行脉冲成形；（2） 假设信道是加性高斯白噪声信道（AWGN）；（3） 信源输出端的数据符号是相互独立和等概率的；（4） 在系统中没有滤波处理，因此不存在码间串扰。 噪声源 接收机 发射机 数据源 噪声源 比较符号图3-1 通信系统的蒙特卡洛仿真模型传输差错率常用的有两种定义，一种是码元差错率（又称误码率），另一种是比特差错率（误比特率）。在二元码的传输过程中，误码率与误比特率是相等的，而在M元码传输过程中，两者是不相等的。其中，误比特率是数字通信系统性能评价中最常用的指标。本文也

38、将主要分析误比特率。3.2 多进制数字相位调制性能仿真原理 在载波相位调制中，在信道上发送的信息被加载到载波的相位上。载波相位的范围是，m=0,1,.M-1。对M进制相位调制来说，所以每个M进制的符号携带比特的信息。对于一组M个载波调相的信号，其波形的一般表达式如下： , m=0,1,.,M-1 式中，表示的是发送滤波器的脉冲，它决定了传输信号的频谱特性；A是信号的幅度。 把上式中的余弦函数的相角看成是两个相角的和，并用(代表每个传输符号的的能量)，即可表示为其中，和为信号分量，定义为 而和为正交基函数：定义为 通过适当地将脉冲波形归一化 ，就可以把这两个基函数的能量归化到1。这样，该相位调制

39、信号可以看成两个正交载波，其幅度取决于在每个信号区间内传输的相位，从几何上可用分量为和的二维相量来表示，即 从AWGN信道中，在一个信号区间内接收到的带通信号可以表示为 其中，和是两个互为统计独立的均值为零的高斯随机变量，方差。可以将这个接收信号与做相关，两个相关器的输出产生受噪声污染的信号分量，可以表示为 最佳判决器将接收信号向量r投射到M个可能的传输信号向量之一上，并选取对应于最大投影的向量20。对于绝对相移键控来说，可用下面的算式实现 ，m=0,1,.,M-1 由于全部信号都具有相等的能量，因此一种等效的判决方法是计算接收信号向量r=,的相位为并从信号集中选取相位最接近的信号。对于相对相

40、移键控来说，就是将和之间的差计算出来。从数学角度上讲，这个计算可以用下式表示是相位差，的值与可能的相位差进行比较，并以最接近的相位做出判决。其中，主要的技术指标：采样点N10000，信号能量归一为1，信噪比为0到10。3.3 MPSK系统仿真方法 首先，利用0到1区间分布的均匀随机数产生等概的信号源； 其次，将每个信号对应的加上高斯噪声（也就是信号通过了高斯噪声信道）； 然后，利用相干解调（dot函数），产生解调后的信号（取最大值）； 最后，对比解调后的信号与原来的信号，然后计算实际误码率。 仿真框图如图3-2所示。 均匀随机数 发生器高斯随机数发生器 MPSK 判决器 MPSK 调制器k比特

41、符号高斯随机数发生器 比较比特差错计数器符号差错计数器图3-2 用于蒙特卡洛仿真的MPSK系统仿真图3.3.1 部件仿真原理 1. 均匀随机数发生器：函数RAND产生。产生0到1之间的均匀随机数，再把这个范围分成M个相等的区间，这样可以使得产生的信号满足均匀分布的特性。这些子区间分别对应于信息比特对，再用这些比特对来选择信号相位向量。2. 高斯随机数发生器：函数gngauss产生（利用两个独立的0到1间的均匀随机数）。高斯随机数的均值是0，而方差是噪声率。（噪声功率的计算是将信号功率归一化，则噪声功率为信号功率除以信噪比），这样就模拟出高斯噪声信道，信号通过此信道就被加入了高斯噪声。3. MP

42、SK调制器：公式： , 将信号功率归一化，则每个信号由两个正交分量组成。4. 判决器：这是最佳判决器，利用相干解调dot函数，找到接收信号与原各信号的最大相干值，则此最相邻大值所对应的信号就是接收信号的判决值。5. 差错比特计数器：变量numofbiterror；差错符号计数器：变量numofsymbolerror。在仿真过程中，误码率的计算方法一般是先产生一组信号，然后将信号通过信道后，将解调判决的信号与原信号比较，记录下不一样（即差错）个数，则误码率为差错个数除以发送信号的总个数。3.3.2 MPSK仿真流程图 以SNRindB2向量的大小作为信噪比求出理论误码率 以SNRindB1向量的大小作为信噪比求出实际误码率 (调用cm_smM函数) 信息比特对映射到相位矢量Sm接收信号，加入高斯噪声(调用正交高斯gngauss.m)，写出入判决器的符号相位矢量r用dot函数计算相关度量矢量c，并进行判决，计算符号误码率和比特误码