通信原理实验报告三主要数字调制系统的抗误码性能的仿真比较

实验三主要数字调制系统的抗误码性能的仿真比较

一、实验目的

1.熟悉2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK等各种调制方式；

2.学会对2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK等相应的主要解调方式下（分相干与非相干）的误码率进行统计；

3.学会分析误码率与信噪比间的关系。

二、实验内容

设定噪声为高斯白噪声，对2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK等各种调制方式及相应的主要解调方式下（分相干与非相干）的误码率进行统计，并与理论值进行比较，以图形方式表示误码率与信噪比间的关系。

三、实验原理

2ASK：有两种解调方法：非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）。其中包络检波法不需相干载波，利用e0(t)波形振幅变化表示信息的特点，取出其包络，经抽样判决即可恢复数码。相干解调需要与相干载波相乘。

2FSK：常用的解调方法：非相干解调（包络检波法）；相干解调；鉴频法；过零检测法及差分检波法。

将2FSK信号分解为上下两路2ASK信号分别进行解调。其中的抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小，可以不专门设置门限。判决规则应与调制规则相呼应。例如,若调制时规定“1”-》载频f1，则接收时应规定：上支路样值>下支路样值判为1，反之则判为0.

2PSK：该方式中载波的相位随调制信号“1”或“0”而改变，通常用

相位0°或180°来分别表示“1”或“0”。

2PSK信号是以一个固定初相的未调载波为参考的。解调时必须有与此同频同相的同步载波。而2PSK信号是抑制载波的双边带信号，不存在载频分量，因而无法从已调信号中直接用滤波法提取本地载波。只有采用非线性变换，才能产生新的频率分量。

2DPSK：由于2DPSK信号对绝对码{an}来说是相对移相信号，对相对码{bn}来说是绝对移相信号。因此，只需在2PSK调制器前加一个差分编码器即可产生2DPSK信号。

解调：1、极性比较法（码变换法）（相干解调），此法即是2PSK解调加差分移码。

2.差分相干解调（延时比相法）（相位比较法）此法比较相邻两个载波码元的初相。不需要恢复本地载波，只需将DPSK信号延时一个码元间隔TS，然后与下一个DPSK信号相乘。相乘结果反映了前后码元的相对相位关系，经LPT后可直接抽判恢复出原始数字信息，而不需差分译码。

四、实验内容

实验代码：

Fd=1; %信号数据率

Fc=4; %载波频率

Fs=16; %调制信号的采样频率

N=Fs/Fd;

M=2; %二进制

k=log2(M); %比特数

SNRpBit=0:2:10; %设置仿真信噪比的范围(dB/bit)

SNR=SNRpBit+10*log10(k); %dB/符号

r=10.^(SNRpBit(:).*0.1); %信噪比(线性的)

symPerIter=2048; %每次迭代符号的次数

iters=10; %迭代次数

numSymbT ot=symPerIter*iters;

rand('state',56789*10^10); %均匀随机数产生的“随机种子”

randn('state',98765*10^5); %高斯白噪声产生的“随机种子”

%计算理论的比特误差，并绘制曲线

expBER1_coherent=0.5*erfc(sqrt(r)/2); %2ASK相干检测

expBER1_incoherent=0.5*exp(-r/4); %2ASK非相干检测

expBER2_coherent=0.5*erfc(sqrt(r/2)); %2FSK相干检测

expBER2_incoherent=0.5*exp(-r/2); %2FSK非相干检测

expBER3_coherent=0.5*erfc(sqrt(r)); %2PSK相干检测

expBER4_difference=0.5*exp(-r); %2DPSK差分相干检测

expBER4_coherent=erfc(sqrt(r)).*(1-0.5*erfc(sqrt(r))); %2DPSK相干检测

%绘制理论的BER关于信噪比的曲线

semilogy(SNRpBit(:),expBER1_coherent,'r:');

hold on;

semilogy(SNRpBit(:),expBER1_incoherent,'r-');

semilogy(SNRpBit(:),expBER2_coherent,'k:');

semilogy(SNRpBit(:),expBER2_incoherent,'k-');

semilogy(SNRpBit(:),expBER3_coherent,'g:');

semilogy(SNRpBit(:),expBER4_coherent,'b:');

semilogy(SNRpBit(:),expBER4_difference,'b-');

legend('理论的2ASK相干检测','理论的2ASK非相干检测','理论的2FSK相干检测','理论的2FSK非相干检测','理论的2PSK相干检测','理论的2DPSK差分相干检测','理论的2DPSK 相干检测');

title('二进制数字调制性能比较');

xlabel('SNR/bit(dB)');

ylabel('BER');

%产生Gray码编码与解码序列

grayencod=bitxor([0:M-1],floor([0:M-1]/2));

[dummy graydecod]=sort(grayencod);

graydecod=graydecod-1;

for(idx2=[1:length(SNR)])

idx=1;

while((idx<=iters))

%创建信号及Gray编码

msg_orig=randsrc(symPerIter,1,[0:M-1]);

%Gray编码

msg_gr_orig=grayencod(msg_orig+1)';

%2ASK

msg_tx1=dpskmod(msg_gr_orig,M);

msg_rx1=awgn(msg_tx1,SNR(idx2)-10*log10(0.5*N),'measured',[],'dB');

msg_gr_demod1=dpskdemod(msg_rx1,M);

msg_demod1=graydecod(msg_gr_demod1+1)';

[errBit1(idx) ratBit1(idx)]=biterr(msg_orig,msg_demod1,k);

idx=idx+1; pause(.1);

%2FSK

msg_tx2=dmod(msg_gr_orig,Fc,Fd,Fs,'fsk',M);

msg_rx2=awgn(msg_tx2,SNR(idx2)-10*log10(0.5*N),'measured',[],'dB');

msg_gr_demod2=ddemod(msg_rx2,Fc,Fd,Fs,'fsk',M);

msg_demod2=graydecod(msg_gr_demod2+1)';

[errBit2(idx) ratBit2(idx)]=biterr(msg_orig,msg_demod2,k);

%2PSK

msg_tx3=dmod(msg_gr_orig,Fc,Fd,Fs,'psk',M);

msg_rx3=awgn(msg_tx3,SNR(idx2)-10*log10(0.5*N),'measured',[],'dB');

msg_gr_demod3=ddemod(msg_rx3,Fc,Fd,Fs,'psk',M);

msg_demod3=graydecod(msg_gr_demod3+1)';

[errBit3(idx) ratBit3(idx)]=biterr(msg_orig,msg_demod3,k);

%2DPSK

msg_tx4=dmod(msg_gr_orig,Fc,Fd,Fs,'2dpsk',M);

msg_rx4=awgn(msg_tx4,SNR(idx2)-10*log10(0.5*N),'measured',[],'dB');

msg_gr_demod4=ddemod(msg_rx4,Fc,Fd,Fs,'2dpsk',M);

msg_demod4=graydecod(msg_gr_demod4+1)';

[errBit4(idx) ratBit4(idx)]=biterr(msg_orig,msg_demod4,k);

end

%计算各次迭代后的平均BER

ratio1(idx2,1)=[mean(ratBit1)];

ratio2(idx2,1)=[mean(ratBit2)];

ratio3(idx2,1)=[mean(ratBit3)];

ratio4(idx2,1)=[mean(ratBit4)];

%绘制仿真BER关于信噪比的曲线

semilogy(SNRpBit([1:size(ratio1(:,1),1)]),ratio1(:,1),'ro');

semilogy(SNRpBit([1:size(ratio2(:,1),1)]),ratio2(:,1),'ko');

semilogy(SNRpBit([1:size(ratio3(:,1),1)]),ratio3(:,1),'go');

semilogy(SNRpBit([1:size(ratio4(:,1),1)]),ratio4(:,1),'bo');

legend('理论的2ASK相干检测','理论的2ASK非相干检测','理论的2FSK相干检测','理论的2FSK非相干检测','理论的2PSK相干检测','理论的2DPSK差分相干检测','理论的

2DPSK相干检测','仿真的2ASK','仿真的2FSK','仿真的2PSK','仿真的2DPSK');

end

grid;

hold off;

生成图像如下：

此次实验产生的是2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK误码率的理论值与实验仿真结果。2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK相干解调与非相干解调的误码率理论值在书本上212页，实验首先直接用误码率公式做出二进制数字调制系统误码率理论值；接着通过仿真得出2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK的仿真值。理论值与仿真值在图中均可以看到，可以发现，对2FSK仿真结果与理论值最接近，其次2PSK的仿真性能较好，2ASK、2DPSK的仿真结果与理论值有较大的偏差，但变化趋势与理论值是一致的。

五、实验心得

这次实验主要内容是对2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK误码率的仿真。2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK相干解调与非相干解调的误码率公式理论值在书本上均已介绍。实验通过仿真得出2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK的仿真值。理论值与仿真值在图中均可以看到，可以发现，对2FSK仿真结果与理论值最接近，其次2PSK的仿真性能较好，2ASK、2DPSK的仿真结果与理论值有较大的偏差，但变化趋势与理论值是一致的,事实上，2ASK、2DPSK的仿真曲线与理论曲线是完全平行的两条曲线，误差出于信噪比为0时的误码率。