基于MATLAB的高斯白噪聲信道分析報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)基于matlab高斯白噪聲信道分析系統(tǒng)的設計 （陜西理工學院 物理與電信工程學院 通信工程專業(yè)1202班，陜西 漢中 ）指導教師：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)分析以及的高級技術計算語言和交互式環(huán)境。本文在matlab的環(huán)境下構建了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

2、性能。關鍵詞 MATLAB；高斯白噪聲；信道分析；simulink仿真Design and production of the Gauss white noise channel analysis system based on MATLAB(Grade 2012,Class 2,Major of Communication Engineering,School of Physics and Telecommunication Engineering of Shaanxi University of Technology,Hanzhong ,Shaanxi)Tutor: Wu YanAbstr

3、act: MATLAB is a high-level technical computing language and interactive environment for the development of algorithms, data visualization, data analysis and numerical calculation. This article in the matlab environment build BFSK in AWGN channel model simulation,by running simulation the program on

4、 the system of quality of error rate and channel relationships,found in AWGN channel transport of maximum signal-to-noise ratio and the desired transmitter power. Key words: MATLAB; Gauss white noise; channel analysis; Simulink simulation 目 錄 TOC o 1-3 h z u TOC o 1-3 h z u TOC o 1-3 h z u TOC o 1-3

5、 h z u 1.緒論1.1 課程研究背景 本次課程設計的課題是“基于MATLAB/SIMULINK的高斯白噪聲信道的設計與仿真”。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，本次課程設計主要研究無線信道。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大，它還可以包括有關的變換裝置，比如：發(fā)送設備、接收設備、饋線與天線、調(diào)制器、解調(diào)器等，我們稱這種擴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

6、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載工具及其經(jīng)過的設施。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，一個電話機作為發(fā)出信息的信源，另一個是接收信息的信宿，它們之間的設施就是一條信道，這時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計的部分，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)器和糾錯編譯碼設備一

7、般被認為是屬于信道編碼器、譯碼器的，但有時把含有調(diào)制解調(diào)器的信道稱為調(diào)制信道；含有糾錯編碼器、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，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)干擾信道以及二進制平衡信道（BSC）等。此次通信原理課程設計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)量的關系時，最簡單的數(shù)學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)的分析與設計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

8、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)境下構建了BFSK在高斯白噪聲信道中傳輸?shù)南到y(tǒng)模型，通過運行程序仿真，研究系統(tǒng)的誤碼率與信道質(zhì)量的關系，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。 而且通過此次實踐，鞏固了所學的專業(yè)技術知識問題的能力，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識與生產(chǎn)

9、實踐經(jīng)驗，分析和解決工程技術問題的能力，培養(yǎng)初步的設計能力，通過課程實踐，了解并掌握通信系統(tǒng)的一般設計方法，訓練并提高學生在理論計算、結構設計、工程繪圖、查閱資料的能力，更好的將理論與實踐相結合，提高綜合運用所學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的相關介紹2.1 Matlab介紹 Matlab是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(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大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進

10、行有效數(shù)值計算的眾多科學領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)非交互式程序設計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。 Matlab集成環(huán)境下的Simulink:MATLAB是一種功能強大的科學計算和工程仿真軟件，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)字表達相同的形式，不需要傳統(tǒng)的程序設計語言，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 Matlab可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法

11、、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。 （1）簡單易用 Matlab是一個高級的/陣列語言，它控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結構、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c。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較大的復雜的應用程序（M文件）后再一起運行。新版本的MATLAB語言是基于最為流行的基礎上的，因此語法特征與C+語言極為相似，而且更加簡單，更加符合科技人員學表達式的書寫格式。使之更利于非計算機專業(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，這也是MATLAB能夠深入到科學研究及

12、工程計算各個領域的重要原因。 （2）強處理能力 MATLAB是一個包含大量計算算法的。其擁有600多個工程中要用到的數(shù)學運算函數(shù)，可以方便的實現(xiàn)用戶所需的各種計算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計算中的最新研究成果，而且經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯處理。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，特征、快速的復雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運算和方程組的求解、方程及偏微分方程的組的求解、符號運算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、工程中的優(yōu)化問題、運算、的各種運

13、算、和其他初等數(shù)學運算、多維數(shù)組操作以及動態(tài)仿真等。 （3） 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，以將向量和用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進行標注和打印。高層次的作圖包括和的可視化、圖象處理、動畫和表達式作圖。可用于科學計算和工程繪圖。新版本的MATLAB對整個圖形處理功能作了很大的改進和完善，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。同時對一些特殊的可視化要求，例如圖形對話等，MATLAB也有

14、相應的功能函數(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對許多專門的領域都開發(fā)了功能強大的模塊集和工具箱。一般來說，它們都是由特定領域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學習、應用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。領域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫接口、統(tǒng)計、樣條擬合、優(yōu)化算法、求解、信號處理、系統(tǒng)辨識、控制系統(tǒng)設計、LMI控制、魯棒控制、模型預測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非控制設計、實時快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定點仿真、DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱

15、（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)學庫和圖形庫，將自己的MATLAB程序自動轉(zhuǎn)換為獨立于MATLAB運行的C和C+代碼。允許用戶編寫可以和MATLAB進行交互的C或C+語言程序。另外，MATLAB網(wǎng)頁服務程序還容許在Web應用中使用自己的MATLAB數(shù)學和圖形程序。MATLAB的一個重要特色就是具有一套程序擴展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應用子程序。工具箱是MATLAB函數(shù)的子程序庫，每一個工具箱都是為某一類學科專業(yè)和應用而定制的，主要包括信號處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應用

16、。 （5）應用軟件開發(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，有了更強大的圖形標注和處理功能，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進行連接。 （1）MATLAB 產(chǎn)品族可以用來進行以下各種工作 數(shù)值分析、數(shù)值和符號計算、工程與科學繪圖、控制系統(tǒng)的設計與仿真、技術、技術 （2）MATLAB在通訊系統(tǒng)設計與仿真的應用 通訊系統(tǒng)設計與仿真、財務與、管理與調(diào)度優(yōu)化計算（運籌學）。MATLAB 的應用范圍非常廣，包括信號和、通訊、控制系統(tǒng)設計、測試和測量、和分析以及計算生物學等眾多應用領域。附加的工具箱

17、（單獨提供的專用MATLAB函數(shù)集）擴展了MATLAB 環(huán)境，以解決這些應用領域內(nèi)特定類型的問題。 （3）常用工具箱 MATLAB包括擁有數(shù)百個內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種。工具包又可以分為功能性工具包和學科工具包。功能工具包用來擴充MATLAB的符號計算，仿真，文字處理及實時控制等功能。學科工具包是專業(yè)性比較強的工具包，控制工具包，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，用戶通過對的修改或加入自己編寫程序構造新的專用工具包。2.1.3學習Matlab應掌握的基本知識 Matlab的基本數(shù)據(jù)單位是矩

18、陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似。學習Matlab需要掌握的基本知識：（1）基本程序元素：變量、特殊值、關鍵字、運算符； （2）數(shù)據(jù)類型：數(shù)值型、邏輯性、字符數(shù)組、結構數(shù)組、單元數(shù)組、函數(shù)句柄、日期與時間；（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）程序設計：函數(shù)參數(shù)、循環(huán)結構、條件分支結構、try.catch結構、continue、break和return、其他常用函數(shù)。2.2 Simulink簡介 Simulink是Matlab最重要的組件之一，它提供一個動態(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

19、，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應面廣、結構和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應用于控制理論和數(shù)字信號處理的復雜仿真和設計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于Simulink。2.2.1 Simulink的特點 豐富的可擴充的預定義模塊庫；交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖；以設計功能的層次性來分割模型，實現(xiàn)對復雜設計的管理；通過一些ModelExplorer導航、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

20、集成；圖形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結果，診斷設計的性能和異常行為；可訪問Matlab從而對結果進行分析與可視化，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行仿真，根據(jù)仿真模型(Normal ,RapidAccelerator)來決定以解釋性的方式運行或以編譯C代碼的形式來運行模型。2.2.2 Simulink的功能 Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設計環(huán)境，是實現(xiàn)建模、仿真和分析

21、的一個軟件包，被廣泛應用于、非線性系統(tǒng)、及的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，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提供了一個建立模型方塊圖的圖形(GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，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)的仿真結果。 Simulink是用于和的多領域仿真和基于模型的設計工具。對各種，包括通訊、控制、視頻處理和，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設計、仿真、執(zhí)行和測試。構架在Simulink

22、基礎之上的其他產(chǎn)品擴展了Simulink多領域建模功能，也提供了用于設計、執(zhí)行、驗證和確認任務的相應工具。Simulink與MATLAB緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、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的概率p(x)是高斯函數(shù)。白噪聲是指功率譜密度在整個頻域內(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，自相關系數(shù)則是功率譜密度的反變換，高斯白噪聲的自相關系數(shù)為無延時的沖擊函數(shù)，則在時間差不等于零的時候，自相關等于0，也就是不

23、同時間的高斯白噪聲的幅度是不相關的。如果一個噪聲，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)學模型 對于高斯隨機過程的概率密度分布,首先建立數(shù)學模型,然后編程用MATLAB軟件進行仿真。高斯白噪聲信道的數(shù)學模型在通信系統(tǒng)中噪聲是一個隨機過程,很難通過簡單的計算方式預測某個時刻噪聲信號的強度,故從概率論的角度去分析噪聲.白噪聲存在于整個頻譜范圍內(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變量x,如果它的均值為,方差等于2,則隨機變量取值為x的概率P(x)。 Matlab有兩個函數(shù)可以產(chǎn)生高斯白噪

24、聲，wgn( )和awgn( )。 3.3.1 WGN：產(chǎn)生高斯白噪聲y = wgn(m,n,p)y = wgn(m,n,p) 產(chǎn)生一個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度。y = wgn(m,n,p,imp)y = wgn(m,n,p,imp) 以歐姆(Ohm)為單位指定負載阻抗。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，線性強度(linear

25、 power)以瓦特(Watt)為單位。 y = wgn(,OUTPUTTYPE) 指定輸出類型。OUTPUTTYPE可以是real或complex。 3.3.2 AWGN：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的強度假定為0dBW。如果x是復數(shù)，就加入復噪聲。 y = awgn(x,SNR,SIGPOWER) 如果SIGPOWER是數(shù)值，則其代表以dBW為單位的信號強度；如果SIGPOWER為measured，則函數(shù)將在加入噪聲之前測定信號強度。 y = awgn(x,SNR,SIGPOW

26、ER,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準單位，換句話說，就是我們用來表示兩個能量之間的差別的一種表示單位，它不是一個絕對單位。例如，電子系統(tǒng)中將電壓、電流、功率等物理量的強弱通稱為電平，電平的單位通常就以分

27、貝表示，即事先取一個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, dB Watt)：指以1W的輸出功率為基準時，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。0 dBm = 1 mW 10 dBm = 10 mW 20 dBm = 100 mW 。 3.3.3 仿真結果如圖3.1所示： 圖3.1 高斯白噪聲的仿真結果3.3.4 系統(tǒng)的仿真設計模塊如圖3.2所示： 圖3.2 系統(tǒng)仿真設計模塊仿真結果分析：BFSK 系統(tǒng)中

28、，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，然后進入信 道，由于噪聲表現(xiàn)為一種隨機過程，因此關于噪聲的各種參數(shù)都是一種統(tǒng)計平均值。程序運行結果如圖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仿真結果圖可以看出，當信噪比為 0dB 時，誤比特率最高，當信噪比達到 14dB 時誤比特率低于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 Mode 設置 為 Signal to noise ( SNR) 時，加性高斯白噪

29、聲信道模塊根據(jù)信噪比SNR 確定高斯白噪聲的功率，同時確定參數(shù) SNR 以及周期。所以我們實驗過程中要以提高發(fā)射功率來換取誤碼率的降低。下圖為各模塊的參數(shù)設置： 圖3.4 隨機整數(shù)產(chǎn)生器圖 3.5 BFSK基帶調(diào)制信號 圖3.5 誤碼率計算器 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)字基帶信號與隨機噪聲過程是相加的，此類噪聲的統(tǒng)計特性是高斯噪聲過程，因此該信道的數(shù)學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

30、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，則稱這樣的噪聲為高斯白噪聲。又名正態(tài)分布，是一個在數(shù)學、物理及工程等領域都非常重要的分布，在的許多方面有著重大的影響力。若X服從一個為、為2的，記為N(，2)。其為正態(tài)分布的決定了其位置，其

31、決定了分布的幅度。我們通常所說的是 = 0, = 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?基本上不失真地通過，然后再進行抽樣、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。4.2 BFSK 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 構建系統(tǒng)模

32、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 構建一個 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后,再對信號通過信道后的誤比特率進行仿真分析,用MATLAB中自帶的Simulink模塊,對BFSK在信道中的性能進行仿真分析。 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，它產(chǎn)生數(shù)據(jù)并且對這些數(shù)據(jù)進行編碼和調(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

33、，然后進入信道。這些調(diào)制信號通過信道到達接收端，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，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備模塊:(1)Source(信源模塊):由隨機信號產(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,另一方面進入BFSK(Binary Frequency Shift Keying)、基帶調(diào)制器(M2FSKModulatorBase2

34、band)模塊,對數(shù)進行BFSK調(diào)制。 (2)Channel(信道模塊): 就是一個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：Initial seed：加性高斯白噪聲信道模塊的初始化種子。 Mode：模式設定。 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。 umber of bits per symbol：加性高斯白噪聲信道模塊每個輸出字符的比特數(shù)。 Input

35、signal power(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。 Symbol period(s)：加性高斯白噪聲信道模塊每個輸入符號的周期，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)制器對接收信號進行解調(diào),然后通過誤碼率計算器( Err or Rate Calculati on)計算誤比特率.誤碼率計算器產(chǎn)生的是一個三維向量,分別表示誤碼率、誤碼個數(shù)以及信號總數(shù).因此通過一個選擇器(Select or)選擇向量的第一個元素作為輸出信號,將這個輸出信號送入工作區(qū)(To Works pace)模塊,

36、并且保存為變量誤比特率.注意誤碼率計算器模塊的參數(shù)設置方法：Receive delay：接收端時延設定項。Computation delay：計算時延設定項。Computation mode：計算模式項。Selected samples from frame：掩碼設定項。Output data：設定數(shù)據(jù)輸出方式，有Workspace和Port兩種方式。Workspace是將統(tǒng)計數(shù)據(jù)輸出到Matlab工作區(qū)。Port時將統(tǒng)計數(shù)據(jù)從端口中輸出。Variable name：指定用于保存統(tǒng)計數(shù)據(jù)的工作空間變量的名稱，本項只有在“Output data”設定為Workspace時有效。Reset por

37、t：復位端口項。Stop simulation：仿真停止項。Target number of symbols：錯誤門限項。Maximum number of symbols：比較門限項。其系統(tǒng)結構框圖如圖4.1 所示: 圖4.1 系統(tǒng)結構框圖 5.仿真程序 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); x=0:15; y=x; FrequencySeparation=24000; BitRate=10000; SamplesPerSymbol=2; Velocity=40; LightSpeed=3*108; Freque