通信原理第二次实验实验报告

Monte Carlo仿真实验报告

通信原理第二次实验

——QPSK通信系统的Monte Carlo仿真

实验报告

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Monte Carlo仿真实验报告

目录

一.实验目的......................................................... 3 二.实验原理......................................................... 3 三.实验内容......................................................... 5

㈠因果数字升余弦滚降滤波器设计 .................................. 5

⑴窗函数法设计非匹配形式的基带系统的发送滤波器............... 9 ⑵频率抽样法设计匹配形式的基带系统的发送滤波器错误！未定义书签。 ⑶总结...................................... 错误！未定义书签。 ㈡设计无码间干扰的二进制数字基带传输系统 ....... 错误！未定义书签。

1.设计子函数的输入和输出参数................ 错误！未定义书签。

⑴二进制信源子函数 ...................... 错误！未定义书签。 ⑵发送信号生成子函数 .................... 错误！未定义书签。 ⑶非匹配模式下的发送滤波器的单位冲激响应波形（升余弦滚降数字系统） ................................ 错误！未定义书签。 ⑷匹配模式下的发送滤波器的单位冲激响应波形（平方根升余弦滚降系统） ................................ 错误！未定义书签。 ⑸发送滤波器器输出信号计算子函数 ........ 错误！未定义书签。 ⑹高斯分布随机数生成子函数。 ............ 错误！未定义书签。 ⑺噪声标准方差计算子函数。 .............. 错误！未定义书签。 ⑻AWGN信道输出子函数.................... 错误！未定义书签。 ⑼匹配模式下的接收滤波器的单位冲激响应波形（平方根升余弦滚降系统） ................................ 错误！未定义书签。 ⑽接收滤波器输出信号计算子函数 .......... 错误！未定义书签。 ⑾抽样判决点信号生成子函数 .............. 错误！未定义书签。 ⑿判决子函数 ............................ 错误！未定义书签。 ⒀画眼图子函数 .......................... 错误！未定义书签。 ⒁误比特率计算子函数 .................... 错误！未定义书签。 2.数字基带传输系统设计...................... 错误！未定义书签。

⑴数字基带传输系统的搭建 ................ 错误！未定义书签。

⑵改变比特速率的无加性噪声非匹配数字基带传输系统错误！未定义书签。 ⑶有加性噪声的数字基带传输系统 .......... 错误！未定义书签。

四. 遇到的问题和收获............................................... 16

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一.实验目的

1.提高独立学习的能力；

2.培养发现问题、解决问题和分析问题的能力； 3.学习Matlab的使用；

4.掌握QPSK通信系统的Monte Carlo仿真方法； 5.掌握QPSK通信系统的组成原理；

6.比较编码信号与未编码信号在随机信道中的传输，加深对纠错编码原理的理解；

二.实验原理 1.调制解调原理

一组M载波相位调制信号波形的一般表示式为：

2?m?ft?)，m=0,1,...,M-1 um(t)?Ag(t)cos2(tcM式中g(t)是发送滤波器的脉冲形状没决定了传输信号的频谱特性，A是信号的

T幅度，PSK信号对所有的m都具有相同的能量，即 其中的

??m????um(t)dt??2s

?s代表每个传输信号的能量。

T当

g(t)是一个矩形脉冲时，定义为

gT(t)?2，0?t?T T这时在符号区间0?t?T内传输的信号波形可以表示为（用A=

?s）

um(t)?2?sTcos2?(fct?2?m)，m=0,1,...,M-1 M2?m(t)sin()sin2?(TM把式中的余弦函数的相角看成两个相角的和，可以将上式表示为

um(t)??smc?12?m(t)cos()cos2?(sTM(t)?sms?(t)?gfct)??gsfct)

2这里smc??scos2?m, MTsms??ssinfc2?m?1(t)?2(t),而和是两个正交基函数，M2T?定义为 ?1(t)?g(t)cos2(

t) ?(t)??g(t)sin2(?3

fct)

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适当地将g(t)归一化，就可以将这两个基函数的能量归一化到1。这样一个相

T位调制信号可以看作两个正交载波，起幅度取决于在每个信号区间内的相位，因此，数字相位调制信号在几何上可用smc和sms的二维向量来表示，即

2?m2?mcos,sin?sM?sM)

在AWGN 信道中，在一个区间内接受到的带通信号可以表示为

sm?(r(t)?um(t)?n(t)?um(t)?nc(t)cos2(?fct)?ns(t)sin2(?fct)

其中nc(t)和ns(t)是加性噪声的同相分量和正交分量，将这个接收信号与给出的

?1(t)和?(t)作相关，两个相关器的输出可以表示为：

2 r?sm?n?(2?mcos?sM?nc,2?msin?sM?ns)

这 两 个 正 交 的 噪 声 分 量nc(t)和ns(t)是 零 均 值 ， 互 不 相 关 的 高 斯 随 机 过 程 ， 这 样

E(nc)?E(ns)?0,E(ncns)?0, 方差为

E(nc)?E(ns)?22N20。

最佳检测器将接收到的信号向量r 投射到M 个可能的传输信号向量{sm}之一上去，并选取对应与最大投影的向量，从而得到相关准则为C(r,sm)?r?sm 。 由于二相相位调制与二进制PAM 是相同的，所以差错概率为 式中

2?bP2PSK?Q[N]

0?b是每比特能量。QPSK 可以看作是两个在正交载波上的二相相位调制系

统，所以1个比特的差错概率与二相相位调制是一致的。

2.信道纠错编码

在随机信道中，错码的出现是随机的，且错码之间是统计独立的。例如，由高斯

白噪声引起的错码就具有这种性质。因此，当信道中加性干扰主要是这种噪声时，就称这种信道为随机信道。由于信息码元序列是一种随机序列，接收端是无法预知的，也无法识别其中有无错码。为了解决这个问题，可以由发送端的信道编码器在信息码元序列中增加一些监督码元。这些监督码元和信码之间有一定的关

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系，使接收端可以利用这种关系由信道译码器来发现或纠正可能存在的错码。在信息码元序列中加入监督码元就称为差错控制编码，有时也称为纠错编码。不同的编码方法有不同的检错或纠错能力。有的编码就只能检错不能纠错。

那么，为了纠正一位错码，在分组码中最少要增加多少监督位才行呢？编码效率能否提高呢？从这种思想出发进行研究，便导致汉明码的诞生。汉明码是一种能够纠正一位错码且编码效率较高的线性分组码。

三.系统框图

（最后用自选图形画图）

四.实验内容

㈠子函数设计 ⑴产生四进制信息源

function [ an,c1 ] = exp2_quanternary_isource( L ) %产生四进制信息源，L为输入信息源长度，an为产生的信息源，c1为产生的原格雷码 an = 4*rand(1,L); an = floor(an);

[ c1 ] = exp2_Graycode( an ); end ⑵信源编码—格雷码编码

function [ c1 ] = exp2_Graycode( an ) %格雷编码，an为信息源产生序列，c1输出为格雷码

L = length(an); c1 = zeros(L,2); for i = 1:L

if an(i)==0

c1(i,:) = [0,0]; else if an(i)==1 c1(i,:) = [0,1]; else if an(i)==2 c1(i,:) = [1,1];

else if an(i)==3 c1(i,:) = [1,0]; end end end end end end ⑶4PSK映射

function [ an2 ] = exp2_4PSK( an,A ) %4PSK映射，an是信息源产生序列，an2是映射后序列，A是参数

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