1、多徑衰落信道下不同調制方式的BER性能學 院： 專 業： 姓 名： 學 號： 一、原理本次仿真內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，下面簡單介紹一下瑞利衰落信道及兩種調制方式的原理。瑞利衰落信道是一種無線電信號傳播環境的統計模型。這種模型假設信號通過無線信道之后，其信號幅度是隨機的，表現為“衰落”特性，并且多徑衰落的信號包絡服從瑞利分布。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流層反射的短波信道，以及建筑物密集的城市環境。另外，瑞利衰落只適用于從發射機到接收機不存在視距信號的情況。QPSK是利用載波的四種不同相位差來表征輸入的數字信息，是

2、四進制相移鍵控。它規定了四種載波相位，分別為45°，135°，225°，275°，調制器輸入的數據是二進制數字序列，為了能和四進制的載波相位配合起來，則需要把二進制數據變換為四進制數據，這就是說需要把二進制數字序列中每兩個比特分成一組，共有四種組合，即00，01，10，11，其中每一組稱為雙比特碼元。每一個雙比特碼元是由兩位二進制信息比特組成，它們分別代表四進制四個符號中的一個符號。QPSK中每次調制可傳輸2個信息比特，這些信息比特是通過載波的四種相位來傳遞的。解調器根據星座圖及接收到的載波信號的相位來判斷發送端發送的信息比特。DQPSK調制將信息插入到

3、發送信號的相位差中，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信號相位編碼邏輯關系表來表示。不過，應變為。對于DQPSK而言，可先將輸入的雙比特碼經碼型變換，再用碼型變換器輸出的雙比特碼進行四相絕對移相，則所得到的輸出信號便是四相相對移相信號。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、仿真程序設計說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函數產生0到1的隨機數，根據隨機數的大

4、小，將數據映射為QPSK復包絡信號，復包絡信號分別對應著不同的相位信息。使用raylrnd()函數產生服從瑞利分布的隨機數，由于在平坦衰落情況下，多徑衰落模型可以用乘性失真來表示，因此將信號與瑞利隨機數相乘。根據所輸入的歸一化信噪比信息，計算出噪聲的功率譜密度，產生相對應的高斯隨機噪聲。將噪聲與信號相加。然后將經過平坦衰落及高斯信道的信號進行判決，恢復復包絡信號，并與加噪聲之前信號相比對，統計誤比特個數，計算出誤碼率。在仿真程序中，為保證數據的準確性，加入while循環語句，使之產生一定數量的錯誤比特。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，先產生二進制隨機序列，然后使用xor函數，將產生的隨機數列編碼，將編碼后的數據按進行奇偶位串并轉換，將轉換后的數據按一定的規則映射為復包絡信號，后面經過瑞利衰落以及加噪聲、判決與QPSK一致，最后再使用xor譯碼恢復原隨機序列，然后比對統計誤比特個數，計算出誤碼率。三、仿真結果上圖為在平坦瑞利衰落信道下兩種調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調制 for i=1:length(EbNo1), pb=qpsk(EbNo1(i); sim_qpsk_err_bit(i)=pb; disp(pb); echo off; end;%DQPSK調試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;%符號數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;%符號數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)