多徑衰落信道下不同調(diào)制方式的誤碼率性能

1、多徑衰落信道下不同調(diào)制方式的BER性能學(xué) 院： 專 業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 一、原理本次仿真內(nèi)容為基于平坦瑞利衰落信道下QPSK及DQPSK的誤比特率性能分析，下面簡(jiǎn)單介紹一下瑞利衰落信道及兩種調(diào)制方式的原理。瑞利衰落信道是一種無(wú)線電信號(hào)傳播環(huán)境的統(tǒng)計(jì)模型。這種模型假設(shè)信號(hào)通過(guò)無(wú)線信道之后，其信號(hào)幅度是隨機(jī)的，表現(xiàn)為“衰落”特性，并且多徑衰落的信號(hào)包絡(luò)服從瑞利分布。由此，這種多徑衰落也稱為瑞利衰落。這一信道模型能夠描述由電離層和對(duì)流層反射的短波信道，以及建筑物密集的城市環(huán)境。另外，瑞利衰落只適用于從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)不存在視距信號(hào)的情況。QPSK是利用載波的四種不同相位差來(lái)表征輸入的數(shù)字信息，是

2、四進(jìn)制相移鍵控。它規(guī)定了四種載波相位，分別為45°，135°，225°，275°，調(diào)制器輸入的數(shù)據(jù)是二進(jìn)制數(shù)字序列，為了能和四進(jìn)制的載波相位配合起來(lái)，則需要把二進(jìn)制數(shù)據(jù)變換為四進(jìn)制數(shù)據(jù)，這就是說(shuō)需要把二進(jìn)制數(shù)字序列中每?jī)蓚€(gè)比特分成一組，共有四種組合，即00，01，10，11，其中每一組稱為雙比特碼元。每一個(gè)雙比特碼元是由兩位二進(jìn)制信息比特組成，它們分別代表四進(jìn)制四個(gè)符號(hào)中的一個(gè)符號(hào)。QPSK中每次調(diào)制可傳輸2個(gè)信息比特，這些信息比特是通過(guò)載波的四種相位來(lái)傳遞的。解調(diào)器根據(jù)星座圖及接收到的載波信號(hào)的相位來(lái)判斷發(fā)送端發(fā)送的信息比特。DQPSK調(diào)制將信息插入到

3、發(fā)送信號(hào)的相位差中，若以前一碼元相位作為參考，并令為本碼元與前一碼元的初相差，則信息編碼與載波相位變化仍可用QPSK信號(hào)相位編碼邏輯關(guān)系表來(lái)表示。不過(guò)，應(yīng)變?yōu)?。?duì)于DQPSK而言，可先將輸入的雙比特碼經(jīng)碼型變換，再用碼型變換器輸出的雙比特碼進(jìn)行四相絕對(duì)移相，則所得到的輸出信號(hào)便是四相相對(duì)移相信號(hào)。在多徑信道下，QPSK的理論誤比特率為P= 12*1-C2-C2C= 21+2 = Eb N0DQPSK的理論誤比特率為P= 12*1-C2-C2C= 21+2 = Eb N0二、仿真程序設(shè)計(jì)說(shuō)明上圖為平坦瑞利衰落信道下QPSK的誤碼率仿真原理圖。首先使用rand函數(shù)產(chǎn)生0到1的隨機(jī)數(shù)，根據(jù)隨機(jī)數(shù)的大

4、小，將數(shù)據(jù)映射為QPSK復(fù)包絡(luò)信號(hào)，復(fù)包絡(luò)信號(hào)分別對(duì)應(yīng)著不同的相位信息。使用raylrnd()函數(shù)產(chǎn)生服從瑞利分布的隨機(jī)數(shù)，由于在平坦衰落情況下，多徑衰落模型可以用乘性失真來(lái)表示，因此將信號(hào)與瑞利隨機(jī)數(shù)相乘。根據(jù)所輸入的歸一化信噪比信息，計(jì)算出噪聲的功率譜密度，產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的高斯隨機(jī)噪聲。將噪聲與信號(hào)相加。然后將經(jīng)過(guò)平坦衰落及高斯信道的信號(hào)進(jìn)行判決，恢復(fù)復(fù)包絡(luò)信號(hào)，并與加噪聲之前信號(hào)相比對(duì)，統(tǒng)計(jì)誤比特個(gè)數(shù)，計(jì)算出誤碼率。在仿真程序中，為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，加入while循環(huán)語(yǔ)句，使之產(chǎn)生一定數(shù)量的錯(cuò)誤比特。下圖為平坦瑞利衰落信道下DQPSK的誤碼率仿真原理圖。相對(duì)于QPSK，DQPSK中多了編碼部

5、分，后半部分大體一致。在仿真程序中，與QPSK不同的是，先產(chǎn)生二進(jìn)制隨機(jī)序列，然后使用xor函數(shù)，將產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)列編碼，將編碼后的數(shù)據(jù)按進(jìn)行奇偶位串并轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)按一定的規(guī)則映射為復(fù)包絡(luò)信號(hào)，后面經(jīng)過(guò)瑞利衰落以及加噪聲、判決與QPSK一致，最后再使用xor譯碼恢復(fù)原隨機(jī)序列，然后比對(duì)統(tǒng)計(jì)誤比特個(gè)數(shù)，計(jì)算出誤碼率。三、仿真結(jié)果上圖為在平坦瑞利衰落信道下兩種調(diào)制方式的仿真信噪比及理論信噪比。從圖中可以看出，在相同誤碼率情況下，DQPSK所需Eb/No比QPSK要高2dB左右。附錄：%RayleighFading.mclear all;EbNo1=0:1:16;EbNo2=0:0.5:16;

6、% QPSK調(diào)制 for i=1:length(EbNo1), pb=qpsk(EbNo1(i); sim_qpsk_err_bit(i)=pb; disp(pb); echo off; end;%DQPSK調(diào)試echo on;for i=1:length(EbNo1), pb=dqpsk(EbNo1(i); sim_dqpsk_err_bit(i)=pb; disp(pb); echo off;end;% 理論曲線echo on;for i=1:length(EbNo2), EbN0=exp(EbNo2(i)*log(10)/10); theo_qpsk_err_bit(i)=0.5*(1-

7、1/sqrt(1+1/EbN0); theo_dqpsk_err_bit(i)=0.5*(1-EbN0/sqrt(EbN02 + 2*EbN0 + 0.5); echo off;end; semilogy(EbNo2,theo_dqpsk_err_bit,'r'),title('平坦瑞利衰落信道下誤碼率曲線');hold on; semilogy(EbNo1,sim_dqpsk_err_bit,'r*-');hold on; semilogy(EbNo2,theo_qpsk_err_bit,'b');hold on; semilo

8、gy(EbNo1,sim_qpsk_err_bit,'b*-'); xlabel('Eb/No');ylabel('BER'); legend('理論DQPSK','仿真DQPSK','理論QPSK','仿真QPSK');%qpsk.mfunction pb=qpsk(EbNo_dB)N=100;%符號(hào)數(shù)Eb=1; num_err_bit=0;counter=0;EbNo=10(EbNo_dB/10); sgma=sqrt(Eb/EbNo)/2; s00=1 0; s01=0 1;

9、s11=-1 0; s10=0 -1; while(num_err_bit<80)for i=1:N, temp=rand; if (temp<0.25), dsource1(i)=0; dsource2(i)=0; elseif (temp<0.5), dsource1(i)=0; dsource2(i)=1; elseif (temp<0.75), dsource1(i)=1; dsource2(i)=0; else dsource1(i)=1; dsource2(i)=1; end;end;for i=1:N, ray=raylrnd(0.7); n=sgma*r

10、andn(1,2); if (dsource1(i)=0) & (dsource2(i)=0), r=ray*s00+n; elseif (dsource1(i)=0) & (dsource2(i)=1), r=ray*s01+n; elseif (dsource1(i)=1) & (dsource2(i)=0), r=s10*ray+n; else r=s11*ray+n; end; c00=dot(r,s00); c01=dot(r,s01); c10=dot(r,s10); c11=dot(r,s11); c_max=max(c00,c01,c10,c11); i

11、f (c00=c_max), decis1=0; decis2=0; elseif (c01=c_max), decis1=0; decis2=1; elseif (c10=c_max), decis1=1; decis2=0; else decis1=1; decis2=1; end; if (decis1=dsource1(i), num_err_bit=num_err_bit+1; end; if (decis2=dsource2(i), num_err_bit=num_err_bit+1; end;endcounter=counter+1;endpb=num_err_bit/(2*N*

12、counter); %dqpsk.mfunction pb=dqpsk(EbNo_dB)N=100;%符號(hào)數(shù)Eb=1; num_err_bit=0;counter=0;EbNo=10(EbNo_dB/10); sgma=sqrt(Eb/EbNo)/2; s00=1 0; s01=0 1; s11=-1 0; s10=0 -1;while(num_err_bit<80)data_pr = round(rand(1,2*N);data_com = zeros(1,2*N); data_mod1 = zeros(1,N);data_mod2 = zeros(1,N); data_demod1

13、= zeros(1,N); data_demod2 = zeros(1,N); s_rece1 = zeros(1,N); s_rece2 = zeros(1,N); datab_rece = zeros(1,2*N); dataa_rece = zeros(1,2*N); data_com(1) = xor(0,data_pr(1);for l = 2:(2*N)data_com(l) = xor(data_pr(l),data_com(l-1); end for i = 1:N if data_com(2*i-1)=0 && data_com(2*i)=0data_mod1

14、(i) = 1,data_mod2(i) = 0;elseif data_com(2*i-1)=0 && data_com(2*i)=1 data_mod1(i) = 0,data_mod2(i) = 1;elseif data_com(2*i-1)=1 && data_com(2*i)=0 data_mod1(i) = 0,data_mod2(i) = -1;elseif data_com(2*i-1)=1 && data_com(2*i)=1 data_mod1(i) = -1,data_mod2(i) = 0;end end ray=ray

15、lrnd(0.7,1,length(data_mod1);n=sgma*randn(1,length(data_mod1); s_rece1 = data_mod1.*ray + n; s_rece2 = data_mod2.*ray + n;for k = 1:N c00=dot(s_rece1(k),s_rece2(k),s00);c01=dot(s_rece1(k),s_rece2(k),s01); c10=dot(s_rece1(k),s_rece2(k),s10); c11=dot(s_rece1(k),s_rece2(k),s11); c_max=max(c00,c01,c10,c11); if (c00=c_max)data_demod1(k) = 0;data_demod2(k) = 0; elseif (c01=c_max)data_demod1(k) = 0;data_demod2(k) = 1; elseif (c10=c_max)data_demod1(k) = 1;data_demod2(k) = 0; else data_demod1(k) = 1;data_demod2(k) = 1; end;datab_rece(2*k-1) = data_demod1(k); datab_rece(2*k) = data_demod2(k)