基于蒙特卡羅法2ASK系統(tǒng)抗噪聲性能仿真

1、通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：基于蒙特卡羅法2AS燎統(tǒng)抗噪聲性能仿真院系：自動(dòng)化學(xué)院與信息工程學(xué)院專業(yè)：通信工程班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)教師：職稱：2015年12月27日-2015年12月31日通信原理課程設(shè)計(jì)-基于蒙特卡羅法2AS原統(tǒng)抗噪聲性能仿真一、實(shí)驗(yàn)要求編寫(xiě)MATLAB的M文件，用該文件的采用包絡(luò)檢測(cè)法解調(diào)的 2ASK系統(tǒng)的抗噪性能進(jìn)行1000個(gè)符號(hào)的蒙特卡羅法仿真，畫(huà)出誤碼 率與信噪比之間的關(guān)系曲線，其中信噪比的取值為r=0dB、2dB、4dB、 6dB- -20dB,同時(shí)畫(huà)出誤碼率與信噪比的理論曲線，其中信噪比的取 值為 r=0dB、0.1dB、0.2dB - 20dB。分步實(shí)施：1）熟

2、悉2ASK系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)，熟悉蒙特卡洛法；熟悉誤碼率計(jì) 算；2）編寫(xiě)主要程序；3）畫(huà)出系統(tǒng)仿真誤碼率曲線的系統(tǒng)理論誤碼率曲線。通信原理課程設(shè)計(jì)-基于蒙特卡羅法2AS原統(tǒng)抗噪聲性能仿真二、實(shí)驗(yàn)原理1、蒙特卡羅思想概述蒙特卡羅方法也稱為隨機(jī)模擬方法，有時(shí)也稱為隨機(jī)抽樣技術(shù)或統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn) 方法。它的基本思想是：為了求解數(shù)學(xué)、物理、工程技術(shù)以及生產(chǎn)管理等方面的 問(wèn)題，首先建立一個(gè)概率模型或隨機(jī)過(guò)程，使它的參數(shù)等于問(wèn)題的解；然后通過(guò)對(duì) 模型或過(guò)程的觀察或抽樣試驗(yàn)來(lái)計(jì)算所求參數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征，最后給出所求解的近 似值。而解得精確度可用估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)誤差來(lái)表示。蒙特卡羅方法可以解決各種類型的問(wèn)題，但總的來(lái)說(shuō)，視其是否涉

3、及隨機(jī)過(guò) 程的性態(tài)和結(jié)果，該方法處理的問(wèn)題可以分為兩類：第一類是確定性的數(shù)學(xué)問(wèn)題， 首先建立一個(gè)與所求解有關(guān)的概率模型，使所求的解就是我們所建立模型的概率 分布或數(shù)學(xué)期望；然后對(duì)其進(jìn)行隨機(jī)抽樣觀察，即產(chǎn)生隨機(jī)變量；最后用其算術(shù)平 均值作為所求解的近似估計(jì)值。第二類是隨機(jī)性問(wèn)題，被考察的元素更多的受到 隨機(jī)性的影響，一般情況下采用直接模擬方法，即根據(jù)實(shí)際物理情況的概率法則， 用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行抽樣試驗(yàn)。在應(yīng)用蒙特卡羅方法解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，大體有如下幾個(gè)內(nèi)容：(1)對(duì)求解的問(wèn)題建立簡(jiǎn)單而又便于實(shí)現(xiàn)的概率統(tǒng)計(jì)模型，使所求的解恰好 是所建立模型的概率分布或數(shù)學(xué)期望。(2)根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)模型的特點(diǎn)和計(jì)算

4、實(shí)踐的需要，盡量改進(jìn)模型，以便減小方差和費(fèi)用，提高計(jì)算效率。(3)建立對(duì)隨機(jī)變量的抽樣方法，其中包括建立產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)的方法和建立 對(duì)所遇到的分布產(chǎn)生隨機(jī)變量的隨機(jī)抽樣方法。(4)給出獲得所求解的統(tǒng)計(jì)估計(jì)值及其方差或標(biāo)準(zhǔn)誤差的方法。2、2AS燎統(tǒng)調(diào)制解調(diào)原理在幅度鍵控中載波幅度隨調(diào)制信號(hào)而變化，也就是載波的幅度隨著數(shù)字信號(hào)1和0在兩個(gè)電平之間轉(zhuǎn)換。設(shè)信源發(fā)出的是二進(jìn)制符號(hào)0、1組成的序列，且假定0符號(hào)的出現(xiàn)概率是P, 1符號(hào)出現(xiàn)的概率是1-P,則一個(gè)二進(jìn)制的振幅鍵控信號(hào)可以表示成一個(gè)單極性矩-2 -通信原理課程設(shè)計(jì)-基于蒙特卡羅法2AS原統(tǒng)抗噪聲性能仿真形脈沖與一個(gè)正弦載波脈沖序列與一個(gè)正弦型載

5、波的相乘，即：eo(t) ang(t nTs)cos 0t這里g(t)是持續(xù)時(shí)間為T(mén)s的矩形脈沖，而an為。的概率為P,為1的概率為1-P通常2ASK勺調(diào)制有兩種方法：1、相乘法4，相乘密卜2仲相乘法2、開(kāi)關(guān)法QJ- NRZ乂出班美法當(dāng)基帶信號(hào)A (t)為高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)電路如圖所示，當(dāng)基帶信號(hào) A (t)為 低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)，二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)狀態(tài)為零， 此時(shí)二進(jìn)制振幅 鍵控信號(hào)又常稱為通-斷鍵控信號(hào)(OOK號(hào))。2ASK的解調(diào)系統(tǒng)的基本解調(diào)方法也是有兩種：非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法)和相干解調(diào)法(同步檢測(cè)法)。相應(yīng)的解調(diào)系統(tǒng)如下所示:(1)非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法)通信原理課程設(shè)計(jì)-基于

6、蒙特卡羅法2AS原統(tǒng)抗噪聲性能仿真(2)相干解調(diào)法(同步檢測(cè)法)3、2ASK的抗噪聲性能通信系統(tǒng)的抗噪聲性能是指系統(tǒng)克服加性噪聲影響的能力。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，加性噪聲可能使傳輸碼元產(chǎn)生錯(cuò)誤。其錯(cuò)誤程度一般用誤碼率來(lái)衡量。(1)非相干解調(diào)的誤碼率非相干接收時(shí)的誤碼率為：P 1erfc 6/2 1er/4,其中r A2/2 222為解調(diào)器的輸入信噪比。當(dāng)信噪比r1 時(shí),Pe1-rer/4o(2)相干解調(diào)的誤碼率相干接收時(shí)的誤碼率為：Pe erfc J7/2 ,其中r A2/2 2為解調(diào)器的 2輸入信噪比。當(dāng)信噪比r1時(shí)，上式變成Pe -=Ler/4or三、設(shè)計(jì)流程利用matlab對(duì)2ASK!行仿真

7、，在2ASK調(diào)制后對(duì)信號(hào)加入不同信噪比的 高斯噪聲，然后進(jìn)行解調(diào)，計(jì)算出誤碼率。程序流程圖如下：通信原理課程設(shè)計(jì)-基于蒙特卡羅法2AS原統(tǒng)抗噪聲性能仿真四、程序運(yùn)行結(jié)果通信原理課程設(shè)計(jì)-基于蒙特卡羅法2AS原統(tǒng)抗噪聲性能仿真結(jié)果分析：圖中實(shí)線是理論上的信噪比與誤碼率關(guān)系曲線，則是進(jìn)行2ASK調(diào)制解調(diào)后的仿真分析。由圖可見(jiàn)隨著信噪比的增大，理論計(jì)算與實(shí)際仿真得到的 誤碼率均在下降，但是由于仿真碼元數(shù)目比較少，誤碼率只能達(dá)到接近10 4。五、實(shí)驗(yàn)源程序見(jiàn)附錄六、總結(jié)與體會(huì)2ASK一種最早的數(shù)字調(diào)制方式，最早用于電報(bào)傳輸，由于其誤碼率較高， 現(xiàn)在已經(jīng)比較少使用，但是由于其調(diào)制方式簡(jiǎn)單，其抗噪聲性能分

8、析方法具有普 遍意義，對(duì)于理解數(shù)字調(diào)制以及抗噪分析很用幫助，可以作為學(xué)習(xí)其他調(diào)制方式 的基礎(chǔ)。通過(guò)這次通信原理課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，我復(fù)習(xí)了MATLA踹程語(yǔ)言的基本概念、語(yǔ)法、語(yǔ)義和數(shù)據(jù)類型的使用特點(diǎn)，加深了對(duì)課堂所學(xué)理論知識(shí)的理解，掌 握了運(yùn)用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的基本思想和方法，更重要的是培養(yǎng)了自己的自學(xué)能 力。我用了三天時(shí)間，完成了程序的編寫(xiě)、改錯(cuò)，但我立刻發(fā)現(xiàn)盡管程序能夠正 常運(yùn)行，部分功能卻不完善，甚至不能實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)一次又一次調(diào)試、修改又修改， 一點(diǎn)一點(diǎn)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并改正，我才真正發(fā)現(xiàn)編程遠(yuǎn)沒(méi)有想象中的簡(jiǎn)單。它需要的不 僅是清晰地編程思路、編程技巧，還需要有耐心有毅力，不要放棄。在編程過(guò)程 中，我遇到

9、了許多問(wèn)題，通過(guò)查找資料也未能找到原因，每次我想老師請(qǐng)教，老 師總能不厭其煩地一點(diǎn)點(diǎn)講解。在編程過(guò)程中，我與我組成員共同討論，為對(duì)方 查找錯(cuò)誤，提示建議，在這個(gè)過(guò)程中我收獲甚多，也培養(yǎng)了自己的合作精神。七、參考文獻(xiàn)1樊昌信等編著.通信原理（第5版）.國(guó)防工業(yè)出版社。2曹志剛等編著.現(xiàn)代通信原理。清華大學(xué)出版社3車晴編著。電子系統(tǒng)仿真與 MATLAB北京廣播學(xué)院出版社4 Izzo L , Tanda M. Weaksignal Diversity Detection in Narrowband Nongaussian Noise J. Information Theory Proceedings

10、, IEEE International Symposium on, 1997, 196現(xiàn)代電子技術(shù)5沈振元.通信系統(tǒng)原理.西安電子科技大學(xué)出版社通信原理課程設(shè)計(jì)-基于蒙特卡羅法2AS原統(tǒng)抗噪聲性能仿真附錄（源程序）主程序：SNRa=0:1:20;%SNRb=0:0,1:20;for i=1:length(SNRa) ps=askmoto(SNRa(i); % wumalv(i)=ps;end;for i=1:length(SNRb)SNR=10A(SNRb(i)/10);%每1dB計(jì)算誤碼率 從120dB蒙特卡羅法仿真信噪比dB轉(zhuǎn)化為數(shù)值theo_err_prb(i)=(1/2)*erfc(

11、sqrt(SNR)/2)+(1/2)*exp(-SNR/4);%計(jì)算理論值end;semilogy(SNRa,wumalv,p); % hold semilogy(SNRb,theo_err_prb); %仿真結(jié)果，用畫(huà)出理論曲線用蒙特卡羅法進(jìn)行仿真:functionps=askmoto(snr_in_dB)N=1000;%E=1;%snr=10A(snr_in_dB/10); % sgma=sqrt(E/snr)/2);%n=0;%s0=0; s1=1; for i=1:N,%進(jìn)行1000個(gè)符號(hào)的蒙特卡羅法仿真一個(gè)信號(hào)能量為1將信噪比轉(zhuǎn)化為數(shù)值大小計(jì)算噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差初始化各個(gè)參數(shù)由隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生輸入的0 1序列 共1000個(gè)temp=rand;if(temp1)if(r-1r-0)decis1=1;elsedecis1=0;end;elseif(r0-r)decis1=0;elsedecis1=1;end;elseif(1-rr-0)decis1=0;elsedecis1=1;end;end;if(decis1=dsource1(i), %如果輸出信號(hào)與輸入不同，誤碼數(shù)加一numofsymbolerror=numofsymbolerror+1;end;end;ps=numofsymbolerror/(N); %計(jì)算誤碼率%gngauss 產(chǎn)生均值為