数字通信系统误码率仿真分析

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精品资料 3 G移动通信

实验报告

实验名称：数字通信系统误码率仿真分析

学生姓名：

学生学号：

学生班级:

所学专业： ______________________________________________________________________________________________________________

精品资料实验日期:

1. 实验目的

1. 掌握几种典型数字通信系统误码率分析方法。

2. 掌握误码率对数字通信系统的影响及改进方法。

2. 实验原理

1、数字通信系统的主要性能指标

通信的任务是传递信息，因此信息传输的有效性和可靠性是通信系统的最主要的质量指标。有效性是指在给定信道内能传输的信息内容的多少，而可靠性是指接收信息的准确程度。为了提高有效性，需要提高传输速率，但是可靠性随之降低。因此有效性和可靠性是相互矛盾的，又是可交换的。可以用降低有效性的办法提高可靠性，也可以用降低可靠性的办法提高有效性。

数字通信系统的有效性通常用信息传输速率来衡量。当信道一定时，传输速率越高，______________________________________________________________________________________________________________

精品资料有效性就越好。传输速率有三种定义：

码元速率（sR）：单位时间内传输的码元数目，单位是波特（Baud），因此又称为波特率；

信息速率（bR）：单位时间内传输的信息量（比特数），单位是比特/秒（b/s），因此又称为比特率；

消息速率（MR）：单位时间内传输的消息数目。

对于M进制通信系统，码元速率与信息速率的关系为：

sbMRRsb/log2

baudMRRbs2log

特别说明的是，在二进制数字通信系统中信源的各种可能消息的出现概率相等时，码元速率和信息速率相等。在实际应用中，通常都默认这两个速率相等，所以常常简单地把一个二进制码元称为一个比特。

数字通信系统的可靠性的衡量指标是错误率。它也有三种不同定义：

误码率（eP）：指错误接收码元数目在传输码元总数中所占的比例，即

传输总码元数错误接收码元数eP

误比特率（bP）：指错误接收比特数目在传输比特总数中所占的比例，即

传输总比特数错误接收比特数bP

误字率（WP）：指错误接收字数在传输总字数中所占的比例。若一个字由k比特组成，每比特用一码元传输，则误字率等于

keWPP11

对于二进制系统而言，误码率和误比特率显然相等。而M进制信号的每个码元含有______________________________________________________________________________________________________________

精品资料 Mn2log比特，并且一个特定的错误码元可以有1M种不同的错误样式。其中恰好有i比特错误的错误样式有inC个。假设这些错去样式以等概出现，则当一个码元发生错误时，在n个比特种错误比特所占比例的数学期望值等于

12121111MMMCniMEnEninin一个码元中的比特数错误比特数

所以，当M比较大时，误比特率等于

eeebPPMMPnEP2112

实际应用中，在计算误比特率时，0/nEb是个十分重要的参数。bE为单位比特的平均信号能量，0n为噪声的单边功率谱密度。但人们在实际系统中能够直接测量到的是平均信号功率S和噪声功率N，并且由此可计算出信噪比NS/。若一个二进制通信系统的信息传输速率为bR，接收机带宽为B，则信噪比可表示为

BRnENSbb0

这里，BRb/为单位频带的比特率，它表示特定调制方案下的频带利用率，又称频带效率。

在二进制数字调制时，接收端可以采用相干解调，也可以采用非相干解调，它们的抗噪声能力不同，误码性能也不同。下面就分相干解调与非相干解调来分析数字通信系统的误码率。

2、相干解调时的误码率

相干解调需要在接收端产生用于相干的参考载波信号，其一般模型为： ______________________________________________________________________________________________________________

精品资料 LPFttCcdcostSptSdtS

图10-1 相干解调的一般模型

设接收信号为

ttSttStScQcIsincos

与同频同相相干载波相乘后得

ttSttStSttStScQcIIcp2sin212cos2121cos

经低通滤波后得

tftStSId21

在实际应用中，经常把相干解调与最佳接收混为一谈，确切地说，只有当相干解调中的滤波器严格按照匹配滤波器的要求来设计，才是真正的最佳接收。由通信原理知识可知，在匹配滤波器条件下求得的二进制调制的最小误比特率为

10nEQPbb

其中Q函数的定义为

dyeQy2/221。为相关系数，取值范围为1,1，取决于发送的信号tStS21和的相似程度，即

21012ssTEEdttStSs

1sE、2sE分别为tStS21和在sTt0内的能量。 ______________________________________________________________________________________________________________

精品资料下面分析几种典型的二进制数字调制系统在相干解调时的误码率：

对于2ASK信号，sCTttAtStS0,cos,021，由于sTssdttSEE02221,0，则0。而2121ssbEEE，因此有

02,/nEQPbASKb

对于2PSK信号，有sCsbCsbTttTEtStTEtS0,cos2,cos221，可求出1，因此

02,/2nEQPbPSKb

对于2FSK信号，有ssbsbTttTEtStTEtS0,cos2,cos22211，其相关系数为

ssTsTsbbdtttTtdttTEE01212012coscos1coscos21

当sTnff2/12时tStS21和相互正交，0。当12很大时，也接近于0。对于0的2FSK信号，其误比特率为

02,/nEQPbFSKb

3、非相干解调时的误码率

非相干解调的最大优点是不需要在接收端产生用于相干的参考载波。因此其设备相对要简单便宜一些，但性能相对与相干解调来说有点差。

对于2FSK信号，有

0,2/exp21nEPbNCFSKb

（2）2ASK与2FSK相同，即 ______________________________________________________________________________________________________________

精品资料 0,,2/exp21nEPPbNCFSKbNCASKb

（3）对于2DPSK信号，有

02,/exp21nEPbDPSKb

下图显示了不同二进制数字通信系统在相干解调和非相干解调时的误码率比较。

图10-2 二进制调制的误比特率曲线

由上图可以看出，使用相干解调时的误码率整体上比使用非相干解调时要低，这也说明使用相干解调时的抗噪声能力比较强。

4、多进制数字调制的误码率

在多进制数字调制中，每个符号间隔sTt0内，可能发送的符号有M种：tS1，tS2，…，tSM。在实际应用中，通常取nM2，n为大于1的正整数。当携带信息的参数分别为载波的幅度、频率或相位时，对应的有M进制幅度键控（MASK）、M进制频移键控（MFSK）、M进制相移键控（MPSK）。也可以把其中的两个参数组合起来调制，例如M进制正交幅度键控（QAM）。多进制数字调制的调制解调方法与二进制的类似，主要差别在基带成型阶段。解调多______________________________________________________________________________________________________________

精品资料采用相干解调，下面就列出几种典型多进制数字调制在相干解调时的误码率公式：

M进制幅度键控（MASK）

BRnEMMQMMNSMQMMPsbMASKS0222,1log3121312

M进制频移键控（MFSK）

MnEQMPbMFSKs20,log1

M进制相移键控（MPSK）

MnEQMnEerfcPssMPSKs2020,sin22sin

（4）多进制正交幅度调制（MQAM）

022,1log612nELLQLLPbMQAMs

这里2LM。

3. 实验内容

1、编写MATLAB程序实现Rake接收机。

2 、修改信噪比，观察三种合并算法的误码率。

4. 实验代码

clear all;

dn=100;

d=randint(1,dn);

误码率分析仪的原理和应用

1. 什么是误码率分析仪？

误码率分析仪（Bit Error Rate Analyzer，简称BER分析仪）是一种用于测量数字通信系统中误码率（Bit Error Rate，简称BER）的仪器。它能够通过发送和接收的数据流之间的比较，判断接收端是否正确接收到发送端发送的数据，并进一步评估系统的性能。

2. 误码率分析仪的工作原理

误码率分析仪的工作原理可以简要概括为以下几个步骤：

步骤1：发送数据

误码率分析仪通过发送器发送一组已知的数字数据信号（通常是伪随机码序列或连续高速数据流）。这些数据信号会通过信道传输到接收器。

步骤2：接收数据

接收器会接收通过信道传输的数据信号，并进行解调和信号处理。解调过程会将接收到的连续模拟信号转换为数字数据信号。

步骤3：比较数据

接收器会将解调后的数字数据信号与原始发送的数据进行比较。比较的方式通常是将接收到的数据与原始发送的数据进行逐位比较，判断是否出现误码。

步骤4：统计误码率

根据比较结果，误码率分析仪会统计误码的数量以及发送的总数据量，从而计算出误码率。误码率通常用百分比表示，即误码比特数与发送的比特数之比。

3. 误码率分析仪的应用

误码率分析仪在数字通信领域有着广泛的应用，主要用于以下几个方面：

3.1 质量评估

误码率分析仪可以用来评估数字通信系统的质量。通过测量误码率，可以了解系统在不同传输条件下的性能表现，评估系统是否满足设计要求。对于高速数据传输的系统来说，保证低的误码率是非常重要的。 3.2 故障诊断

当通信系统出现故障时，误码率分析仪可以帮助工程师进行故障诊断。通过测量误码率，可以快速确定故障发生的位置和原因，进而采取相应的措施进行修复。误码率分析仪还可以帮助工程师评估不同组件或设备在通信系统中的性能。

3.3 性能改进

误码率分析仪可以帮助工程师进行性能改进。通过测量不同参数对误码率的影响，工程师可以针对性地优化系统的设计和配置，提高系统的性能和稳定性。

四进制数字基带通信系统理论误码率与实际误码率比较

1 实验目的

产生随机数序列，调制成四进制基带信号，通过加入高斯白噪声。再对调制后的信号误码率进行仿真，并与理论误码率进行对比，从而得出理论误码率与实际误码率之间的差别。

2 仿真环境

（1）仿真环境简介

Matlab 7.0

（2）主要函数和功能模块的介绍

理论误码率生成程序：

clear all

x=1:10;

for i=1:length(x);

snr=x(i);

var=0.5/(10.^(0.1*snr));

theoryBerAWGN=0.5*erfc(sqrt(10.^(snr/10))*sin(pi/4));

sim('c.mdl');

ebr(i)=ErrorVec(1);

ebr_th(i)=theoryBerAWGN(1);

end

figure(1)

semilogy(x,ebr,'b*-',x,ebr_th,'rd-');

axis([0 10 10*-5 0.5]);

legend('·ÂÕæ½á¹û','ÀíÂÛ¼ÆËã½á¹û');

grid on

Simulink模块：

RandomIntegerRandom IntegerGeneratorQPSKQPSKModulatorBasebandQPSKQPSKDemodulatorBasebandGaussianGaussian NoiseGenerator Error Rate CalculationTxRxError RateCalculationDiscrete-TimeScatter PlotScope1Discrete-TimeScatter PlotScope

3 实验内容和原理说明

首先，在Matlab的Project下新建M文件，写入理论误码率源代码。其次，创建Simulink模块，并在M文件中调用该模块。再次，将理论误码率曲线和仿真出的实际误码率曲线绘在同一副图片中，并用不同的颜色将它们加以区别。

数字通信系统误码率

摘要：

一、什么是数字通信系统的误码率

二、误码率的影响因素

1.信号形式（调制方式）

2.噪声的统计特性

3.解调及译码判决方式

三、如何降低误码率

1.提高信噪比

2.采用编码方式控制误码率

3.优化解调及译码判决方式

四、误码率在实际通信系统中的应用与意义

正文：

一、什么是数字通信系统的误码率

数字通信系统的误码率是指在数据传输过程中，接收方接收到的错误码与总传输码之间的比率。它是衡量数字通信系统可靠性和可用性的重要指标，一般来说，误码率越低，通信系统的性能越好。

二、误码率的影响因素

1.信号形式（调制方式）：不同的调制方式对误码率有直接影响。例如，二进制数字频带传输系统中，随着输入信噪比的增大，系统的误码率降低；反之，输入信噪比减小时，误码率增加。 2.噪声的统计特性：通信系统中的噪声会影响误码率。噪声的统计特性包括噪声功率、噪声类型等，它们与误码率之间存在密切关系。

3.解调及译码判决方式：解调及译码判决方式对误码率也有很大影响。合理的解调方法和译码算法可以降低误码率，提高通信系统的性能。

三、如何降低误码率

1.提高信噪比：增加信号强度或降低噪声水平，可以提高信噪比，从而降低误码率。

2.采用编码方式控制误码率：通过编码技术，可以在接收端检测到错误码并进行纠错。例如，重复发送同一信息、增加编码位数、使用信道编码等方法，可以提高通信系统的可靠性。

3.优化解调及译码判决方式：研究并采用更高效的解调方法和译码算法，以降低误码率。

四、误码率在实际通信系统中的应用与意义

研究通信系统的误码率具有重要意义。降低误码率可以使通信系统更可靠、稳定，确保信息的准确传输。在实际应用中，根据通信系统的具体需求，通过调整信号形式、优化解调及译码判决方式等方法，可以提高通信系统的性能。

通信原理实验2数字频带传输系统实验

实验2 数字频带传输系统实验

一、实验目的

掌握数字频带传输系统调制解调的仿真过程

掌握数字频带传输系统误码率仿真分析方法

二、实验原理

数字频带信号通常也称为数字调制信号，其信号频谱通常是带通型的，适合于在带通型信道中传输。数字调制是将基带数字信号变换成适合带通型信道传输的一种信号处理方式，正如模拟通信一样，可以通过对基带信号的频谱搬移来适应信道特性，也可以采用频率调制、相位调制的方式来达到同样的目的。

1.调制过程

1）2ASK

如果将二进制码元“0”对应信号0，“1”对应信号tfAc2cos，则2ASK信号可以写成如下表达式：

cos2TnscnstagtnTAft

1,0na，其他 0Tt0 1stg。

可以看到，上式是数字基带信号nsnnTtgatm经过DSB调制后形成的信号。其调制框图如图1所示：

nsnnTtgatfAc2costfAnTtgacnsn2cos

图1 2ASK信号调制框图

2ASK信号的功率谱密度为：][42cmcmsffPffPAfP

2）2FSK 将二进制码元“0”对应载波tfA12cos，“1”对应载波tfA22cos，则形成2FSK信号，可以写成如下表达式：

12cos2cos2TnsnnsnnnstagtnTAftagtnTAft

当0na时，对应的传输信号频率为1f；当1na时，对应的传输信号频率为2f。上式中，n、n是两个频率波的初相。2FSK也可以写成另外的形式如下：

cos22TcnsnstAfthagtnT

其中，1,1na，2/21fffc，其他 0Tt0 1stg，12ffh为频偏。

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