信号检测与估值matlab仿真报告

信号检测与估值

仿真报告

题目信号检测与估值的MATLAB仿真学院通信工程学院

专业通信与信息系统

学生姓名

学号

导师姓名

作业1

试编写程序，画出相干移频键控、非相干移频键控（无衰落）和瑞利衰落信道下非相干移频键控的性能曲线。

（1）根据理论分析公式画性能曲线；

（2）信噪比范围（0dB-10dB），间隔是1dB；

（3）信噪比计算SNR=10lg（Es/N0）

一、脚本文件

1、主程序

%********************************************************

%二元移频信号检测性能曲线(理论分析)

%FSK_theo.m

%********************************************************

clear all;

clc;

SNRindB=0:1:20;

Pe_CFSK=zeros(1,length(SNRindB));

Pe_NCFSK=zeros(1,length(SNRindB));

Pe_NCFSK_Rayleigh=zeros(1,length(SNRindB));

for i=1:length(SNRindB)

EsN0=exp(SNRindB(i)*log(10)/10);

Es_aveN0=exp(SNRindB(i)*log(10)/10);

Pe_CFSK(i)=Qfunct(sqrt(EsN0));%相干移频键控系统

Pe_NCFSK(i)=0.5*exp(-EsN0/2);%非相干移频键控系统（无衰落）

Pe_NCFSK_Rayleigh(i)=1/(2+Es_aveN0);%非相干移频键控系统（瑞利衰落）end

semilogy(SNRindB,Pe_CFSK,'-o',SNRindB,Pe_NCFSK,'-*',SNRindB,Pe_NCFSK_Rayleigh ,'-');

xlabel('Es/No或平均Es/No(dB)');

ylabel('最小平均错误概率Pe');

legend('相干移频','非相干移频(无衰落)','非相干移频(瑞利衰落)');

title('二元移频信号检测性能曲线');

axis([0 20 10^-7 1]);

grid on;

2、调用子函数

%********************************************************

%Q函数

%Qfunct.m

%********************************************************

function [y]=Qfunct(x)

% [y]=Qfunct(x) % QFUNCT evaluates the Q-function. % y = 1/sqrt(2*pi) * integral from x to inf of exp(-t^2/2) dt. % y = (1/2) * erfc(x/sqrt(2)). y=(1/2)*erfc(x/sqrt(2)); 二、仿真结果

2

4

6

810121416

18

20

10-7

10

-6

10

-5

10

-4

10

-3

10

-2

10

-1

10

Es/No 或平均Es/No(dB)

最小平均错误概率P e

二元移频信号检测性能曲线

作业2

试编写程序，仿真BPSK ，4PSK 调制信号在高斯信道下的性能，画出误码率（误比特和误符号）的性能曲线，并与理论分析结果相比。 一、BPSK 脚本文件及仿真结果 1、主程序

%******************************************************** %BPSK 调制信号在AWGN 下的蒙特卡罗仿真 %BPSK_MC.m

%******************************************************** clear all; clc;

SNRindB1=0:1:10; SNRindB2=0:0.5:10;

smld_err_prb=zeros(1,length(SNRindB1)); theo_err_prb=zeros(1,length(SNRindB2));

for i=1:length(SNRindB1),

% simulated error rate

smld_err_prb(i)=sm_BPSK(SNRindB1(i));

end;

for i=1:length(SNRindB2),

EsN0=exp(SNRindB2(i)*log(10)/10);

% theoretical error rate

theo_err_prb(i)=Qfunct(sqrt(2*EsN0));

end;

% Plotting commands follow

semilogy(SNRindB1,smld_err_prb,'*',SNRindB2,theo_err_prb,'-');

xlabel('Es/No(dB)');

ylabel('误码率');

title('BPSK调制信号在AWGN下的蒙特卡罗仿真');

legend('仿真误码率','理论误码率');

grid on;

2、调用子函数

%********************************************************

%计算BPSK的仿真误码率(误符号率=误比特率)

%sm_BPSK.m

%********************************************************

function [p]=sm_BPSK(snr_in_dB)

% [p]=sm_BPSK(snr_in_dB)

% sm_BPSK simulates the probability of error for the particular

% value of snr_in_dB, signal to noise ratio in dB.

Es=1;

EsN0=exp(snr_in_dB*log(10)/10); % signal to noise ratio

sgma=Es/sqrt(2*EsN0); % sigma, standard deviation of noise

N=10^7;%统计量

%产生二进制数据源

dsource=zeros(1,N);

for i=1:N,

temp=rand; % a uniform random variable over (0,1)

if (temp<0.5),

dsource(i)=0; % with probability 1/2, source output is 0 else

dsource(i)=1; % with probability 1/2, source output is 1 end

end;

numoferr=0;

for i=1:N,

%接收信号（信号映射，加性高斯白噪声）

if (dsource(i)==0),

r=-Es+gngauss(sgma); % if the source output is "0"

else

r=Es+gngauss(sgma); % if the source output is "1"

end;

%信号判决

if (r<0),

decis=0; % decision is "0"

else

decis=1; % decision is "1"

end;

%计算误符号率=误比特率

if (decis~=dsource(i)), % if it is an error, increase the error counter numoferr=numoferr+1;

end;

end;

p=numoferr/N; % probability of error estimate

%******************************************************

% 产生加性高斯白噪声

% gngauss.m

%******************************************************

function[gsrv1,gsrv2]=gngauss(m,sgma)

% [gsrv1,gsrv2]=gngauss(m,sgma)

% [gsrv1,gsrv2]=gngauss(sgma)

% [gsrv1,gsrv2]=gngauss

% GNGAUSS产生两个均值为m、标准差为sgma的、互相独立的% 高斯随机变量。如果缺少其中一个输入参数，则取均值

% 为0。如果既没有给出均值也没有给出方差，本函数将

% 产生两个标准高斯随机变量。

if nargin==0,

m=0;sgma=1;

elseif nargin==1,

sgma=m;m=0;

end;

u=rand; %在区间(0,1)内的均匀随机变量

z=sgma*(sqrt(2*log(1/(1-u)))); %瑞利分布随机变量

u=rand; %在区间(0,1)内的均匀随机变量

gsrv1=m+z*cos(2*pi*u);

gsrv2=m+z*sin(2*pi*u);

3、仿真结果

1234

5678910

10

10

10

10

10

10

Es/No(dB)

误码率

BPSK 调制信号在AWGN 下的蒙特卡罗仿真

二、QPSK 脚本文件及仿真结果

1、主程序

%******************************************************** %QPSK 调制信号在AWGN 下的蒙特卡罗仿真 %QPSK_MC.m

%******************************************************** clear all; clc;

SNRindB1=0:1:14; % 设置仿真信噪比范围 SNRindB2=0:0.1:14; % 理论计算信噪比范围 smld_bit_err_prb=zeros(1,length(SNRindB1)); smld_symbol_err_prb=zeros(1,length(SNRindB1)); theo_bit_err_prb=zeros(1,length(SNRindB2)); theo_symbol_err_prb=zeros(1,length(SNRindB2)); for i=1:length(SNRindB1),

[pb,ps]=sm_QPSK(SNRindB1(i)); % 仿真比特和符号错误概率 smld_bit_err_prb(i)=pb; % pb 表示误比特率 smld_symbol_err_prb(i)=ps; % ps 表示误符号率 end;

for i=1:length(SNRindB2),

SNR=exp(SNRindB2(i)*log(10)/10); % 信噪比SNR=Es/N0 theo_bit_err_prb(i)=Qfunct(sqrt(SNR)); % 计算理论误比特率

theo_symbol_err_prb(i)=2*Qfunct(sqrt(SNR)); % 计算理论误符号率end;

semilogy(SNRindB1,smld_bit_err_prb,'o'); % 画图

hold on

semilogy(SNRindB1,smld_symbol_err_prb,'*');

semilogy(SNRindB2,theo_bit_err_prb,'-');

semilogy(SNRindB2,theo_symbol_err_prb,'-.');

xlabel('Es/No(dB)');

ylabel('误码率');

title('QPSK调制信号在AWGN下的蒙特卡罗仿真');

legend('仿真误比特率','仿真误符号率','理论误比特率','理论误符号率');

grid on;

2、调用子函数

%********************************************************

%计算QPSK的仿真误码率(包括误符号率和误比特率)

%sm_QPSK.m

%********************************************************

function[pb,ps]=sm_QPSK(snr_in_dB)

N=10^7;

Es=1;

snr=10^(snr_in_dB/10);

sgma=sqrt(Es/snr/2);

%QPSK信号映射(Gray码)

s00=[1 0];

s01=[0 1];

s11=[-1 0];

s10=[0 -1];

%产生四进制数据源

dsource1=zeros(1,N);

dsource2=zeros(1,N);

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;

numofsymbolerror=0;

numofbiterror=0;

for i=1:N,

%产生复加性高斯白噪声

n(1)=gngauss(sgma);

n(2)=gngauss(sgma);

%接收信号，即信道输出的加噪信号

if((dsource1(i)==0) && (dsource2(i)==0)), r=s00+n;

elseif((dsource1(i)==0) && (dsource2(i)==1)), r=s01+n;

elseif((dsource1(i)==1) && (dsource2(i)==0)), r=s10+n;

else

r=s11+n;

end;

%信号判决

c00=dot(r , s00);

c01=dot(r , s01);

c10=dot(r , s10);

c11=dot(r , s11);

c_max=max([c00 c01 c10 c11]);

if(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;

%计算误符号率和误比特率

symbolerror=0;

if(decis1~=dsource1(i)),

numofbiterror=numofbiterror+1;

symbolerror=1;

end;

if(decis2~=dsource2(i)), numofbiterror=numofbiterror+1; symbolerror=1; end;

if(symbolerror==1), numofsymbolerror=numofsymbolerror+1; end; end;

ps=numofsymbolerror/N; pb=numofbiterror/(2*N); 3、仿真结果

24

68101214

10

10

10

10

10

10

10

10

Es/No(dB)

误码率

QPSK 调制信号在AWGN 下的蒙特卡罗仿真