通信系统的蒙特卡罗仿真
QPSK通信系统的 MonteCarlo 仿真
QPSK通信系统的 MonteCarlo 仿真一、实验思想
随机产生L长的0，1间分布的序列，然后判别大小，分为4个区间，分别对应比特（0，0）（0，1）（1，1）（1，0），然后各自映射坐标为（1，0）（0，1）（－1，0）（0，－1）。
然后与窄带高斯噪声叠加，在接受端用最小距离法或者最大投影法进行判别，得出对应的比特值。
接下来和发送的比特序列比较，得出误码率和误比特率。
纠错编码即将要发送的码元进行4，7编码，然后映射，叠加噪声，映射检测，然后进行解码，即得出码元，与发送码元进行比较，可得误码率有一定幅度的减小。
二、实验内容及程序分析
1.未加信道纠错编码的QPSK调制通信系统
信源模块
噪声模块
调制模块
解调模块（分为最小距离和最大投影两种方法）最小距离法
最大投影法
接下来是主程序，通过调用前面的子函数实现
下面展现程序运行结果
仿真过程子程序
仿真结果
2.信道纠错编码（7，4）汉明码+QPSK调制的通信系统在第一题的基础上添加编码和解码模块即可。
编码模块
解码模块
主程序
运行发现误码率大大降低
三、实验总结
本次实验程序全部由我们自己独立编写，当然过程中也遇到一些问题，但
在老师和同学们的帮助下都顺利解决，最终得出了比较满意的实验结果。
通过本次实验我们对通信系统的整个过程有了更深的了解，尤其是编码和解码对通信质量的改良以及QPSK调制的原理。
在此对老师给予的帮助表示感谢！。
通信系统仿真技术 第4章蒙特卡洛仿真与随机数产生
2014-7-16
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通信系统仿真技术(第4章 蒙特卡洛仿真与随机数产生 )
4、舍选法 当随机变量的分布函数不存在封闭形式时，反 变换法难于使用，因此，出现了舍选法。 实现步骤： ①确定f(X)的最大值为C； ②产生在[0， 1]上产生均匀分布的独立随机变 量U1和U2； ③令U1＝CU1； ④如果 CU1 f U 2 ，则输出 X＝U2，否则，拒 收U2返回(2)。
X
U k 6.0
k 1
12
其中 k 1, 2, 12
说明：U(k)在[1,0]内均匀分布同时相互独立的随 机变量，其均值为0.5，方差为1/12。 取数值12是传统参数，它反映了产生速度与 “准确性”之间的折衷。
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通信系统仿真技术(第4章 蒙特卡洛仿真与随机数产生 )
2014-7-16 15
通信系统仿真技术(第4章 蒙特卡洛仿真与随机数产生 )
几何解释
F(Z) 1 Uk
F
Z
0
Zk
Z
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通信系统仿真技术(第4章 蒙特卡洛仿真与随机数产生 )
实例1、产生指数型分布随机变量的算法；
实例2、产生几何型分布随机变量的算法；
实例3、产生伽马型分布随机变量的算法；
4.2.2由任意概率密度函数生成随机数的方法
要求：准确性和快速性。
1、解析变换法
理论依据：以概率积分变换定理为基础，通过 对均匀分布随机变量U的变换，可以得到具有任意概 率密度函数的的随机变量Z。 产生步骤： ①产生在 [0，1]上均匀分布的独立随机变量U； ②根据Z的分布函数F(Z)，输出 Z F 1 U 。
数字调制系统的Monte Carlo仿真和性能分析
数字调制系统的Monte Carlo仿真和性能分析数字调制系统是通过数字信号处理技术实现的一种现代通信系统，普遍应用于广播、移动通信、卫星通信、互联网等领域。
在数字调制系统的设计过程中，通过Monte Carlo仿真和性能分析可以对系统的性能进行评估和优化，下面就数字调制系统的Monte Carlo仿真和性能分析进行介绍。
一、Monte Carlo仿真Monte Carlo方法是通过随机抽样的方式进行试验，通过试验结果的统计分析得出所求问题的数值解。
在数字调制系统中，Monte Carlo方法可以用于评估系统的误码率、功率谱等性能指标。
其步骤如下：1. 确定系统的模型和信道模型2. 定义误码率、功率谱等性能指标3. 确定仿真参数，如信噪比、码率、符号周期等4. 进行多次随机仿真，并统计所求性能指标5. 根据仿真结果对系统进行分析和优化。
二、性能分析性能分析是通过数学解析的方式来分析系统的性能指标。
在数字调制系统中，常用的性能分析方法有极限分析、误差分析和波形分析等。
其主要特点是可以有效地分析系统的性能和优化设计，但需要对系统具有较深的理解和掌握。
1. 极限分析极限分析是通过系统的数学模型和信道模型，使用极限条件来分析系统的性能极限。
例如，在高斯信道中，通过无穷小误差的假设，可以推导出系统的误码率上限，对系统的性能进行分析和优化。
2. 误差分析误差分析是通过对系统中各参数误差的分析，来分析系统的误差传递和影响。
例如，在数字调制系统中，由于声学振荡器（VCO）的频率稳定度存在限制，会对系统的调制误差率产生影响，通过对VCO的误差进行分析和优化，可以提高系统的性能。
3. 波形分析波形分析是通过对传输波形的解析，来分析系统的性能。
例如，在OFDM系统中，通过对多个子载波的功率谱分析，可以优化系统的频带利用率和错误率性能。
总之，数字调制系统的Monte Carlo仿真和性能分析是对系统性能评估和优化的重要手段，在系统设计过程中应该充分运用这些方法，对系统进行全面深入的分析，提高系统的性能和稳定性。
qpsk、bpsk蒙特卡洛仿真matlab代码
qpsk、bpsk的蒙特卡洛仿真是一种用于测试和验证通信系统性能的重要工具。
通过模拟大量的随机输入数据，并对系统进行多次仿真运算，可以对系统的性能进行全面评估，包括误码率、信噪比要求等。
在matlab中，我们可以通过编写相应的仿真代码来实现qpsk、bpsk 的蒙特卡洛仿真。
下面将分别介绍qpsk和bpsk的蒙特卡洛仿真matlab代码。
一、qpsk的蒙特卡洛仿真matlab代码1. 生成随机的qpsk调制信号我们需要生成一组随机的qpsk调制信号，可以使用randi函数生成随机整数序列，然后将其映射到qpsk符号点上。
2. 添加高斯白噪声在信号传输过程中，会受到各种干扰，其中最主要的干扰之一就是高斯白噪声。
我们可以使用randn函数生成高斯白噪声序列，然后与调制信号相加，模拟信号在传输过程中受到的噪声干扰。
3. 解调和判决接收端需要进行解调和判决操作，将接收到的信号重新映射到qpsk符号点上，并判断接收到的符号与发送的符号是否一致，从而判断是否发生误码。
4. 统计误码率通过多次仿真运算，记录错误判决的次数，从而可以计算出系统的误码率。
二、bpsk的蒙特卡洛仿真matlab代码1. 生成随机的bpsk调制信号与qpsk相似，我们需要先生成一组随机的bpsk调制信号，然后模拟信号传输过程中的噪声干扰。
2. 添加高斯白噪声同样使用randn函数生成高斯白噪声序列，与bpsk调制信号相加。
3. 解调和判决接收端对接收到的信号进行解调和判决，判断接收到的符号是否与发送的符号一致。
4. 统计误码率通过多次仿真运算，记录错误判决的次数，计算系统的误码率。
需要注意的是，在编写matlab代码时，要考虑到信号的长度、仿真次数、信噪比的范围等参数的选择，以及仿真结果的统计分析和可视化呈现。
qpsk、bpsk的蒙特卡洛仿真matlab代码可以通过以上步骤实现。
通过对系统性能进行全面评估，可以帮助工程师优化通信系统设计，提高系统的可靠性和稳定性。
实验名称 4PSK通信系统的蒙特卡洛仿真
通信系统的数字调制实验名称：4PSK通信系统的蒙特卡洛仿真（包含在无线通信的数字调制技术实验里面）一．实验目的1）学会运用MATLAB分析通信系统。
2）了解蒙特卡洛仿真原理。
3）掌握调相原理。
4）学会分析系统的误码率及误比特率。
5）理论联系实际，能运用所学知识分析具体问题。
二．实验仪器：1）PC机。
2）采用matlab或其它软件工具编程实现三．实验意义在数字通信中，有些场合可以不经过载波调制和解调过程而让基带信号直接进行传输。
称为基带传输系统。
与之对应，把包括了载波调制和解调过程的传输系统称为频带传输系统。
无论是基带传输还是频带传输，基带信号处理是必须的组成部分。
因此掌握数字基带传输的基本理论十分重要，它在数字通信系统中具有普遍意义。
PSK是利用载波的不同相位表示相应的数字信息。
对于M相相位调制来说M-2K,这里K是每个传输符号的信息比特数。
4PSK是M=4的载波相位调制。
蒙特卡洛法的实质是利用服从某种分布的随机数来模拟现实系统中可能出现的随机现象。
其基本思想是：为了求解数学、物理、工程技术以及生产管理等方面的问题，首先建立一个概率模型或随机过程，使它的参数等于问题的解；然后通过对模型或过程的观察或抽样试验来计算所求随机参数的统计特征，最后给出所求解的近似值，解的精度可用估计值的标准误差来表示。
四．实验原理1、移相键控移相键控即受键控的载波相位调制是按基带脉冲改变的一种数字调制方式。
其中，四相移相键控制(4PSK)的应用广泛，它是用4种不同相位代表4种不同相位的信息，因此对于输入的二进制数字序列应该先分组，将每两个比特编为一组；然后用4种不同的相位对其表征。
例如，若输入的二进制数字信息序列为10110010…，则可将他们分成10，11，00，10，…，然后用4种不同的相位对其表征。
采用相位选择法产生4PSK信号，以实现4PSK调制器的设计。
2、MPSK信号所谓多进制数字调制，就是利用多进制数字基带信号去调制高频载波的某个参量，如幅度、频率或相位的过程。
基于Monte Carlo方法的通信仿真实现及应用研究
贺子宸北京邮电大学电信工程学院，北京（100876）E-mail:httzc@摘 要：蒙特卡罗法(Monte Carlo ，简称MC)的实质是利用服从某种分布的随机数来模拟现实系统中可能出现的随机现象。
本文首先给出了如何利用蒙特卡罗法来近似地描述研究对象的概率分布的一般方法，然后在Windows 平台上实现基于MC 的通信仿真系统。
该系统能够应用于各种随机数序列的概率分布仿真分析。
本文工作对于分析和研究通信系统中的随机变量分布有参考价值。
关键词：Monte Carlo 仿真，通信系统仿真，随机变量分布1. 引言随着通信技术发展的日新月异，通信系统及其设计和研究也日趋复杂。
因此，在现代通信系统的设计研发环节中，越来越重视采用计算机技术来进行系统的分析和设计，用软件进行仿真分析已经成了必不可少的一部分。
蒙特卡洛仿真如今已是数字模拟试验的一种专用术语，它通常被应用于那些无法或难于用数学理论方法解决的随机过程场合。
在通信系统中，时变的、随机变化的无线通信信道就属于这种情况[1]。
居于此，本文介绍了基于蒙特卡洛方法的通信系统仿真实现的原理，对仿真系统的开发和研究提供了方案和实验的论证。
2. 基本原理在实际应用中，对于噪声信号以及其他的一些随机现象，经常采用随机数发生器来仿真模拟。
利用计算机生成一系列的随机信号及噪声，可以模拟通信系统中信号的传输，并估计在噪声存在下系统的性能。
Monte Carlo 方法的实质就是利用服从某种分布的随机数来模拟现实系统中可能出现的随机现象，由于每次仿真试验仅能描述所考察系统出现的一种可能状态,故若能进行大量次数的仿真试验,就能得到与现实所期望的情况相一致的统计结果。
2.1 均匀分布随机数理论上说，具有连续分布的随机数，通过函数变换，组合，取舍等方法，可以产生其他任意分布的随机数。
[区间上的均匀随机数是一种最简单，最容易产生的随机数，因此，在计算机上产生其他任何随机数时，几乎都使用]1,0[]1,0上的均匀随机数。
(完整word版)8PSK通信系统的蒙特卡罗仿真分析
8PSK通信系统的蒙特卡罗仿真分析一、设计原理1. 设计整体方案根据题目要求和对设计原理的分析，设计的整体方案为：首先，产生一个等概率且相互独立的二进制序列，将二进制序列通过串-并转换为一个三位码组。
通过调用Matlab系统函数，对输入信号进行调制和滤波，再送入信道传输，在在信道中对信号采用加性高斯白噪声进行干扰，然后进行解调，同时计数误比特和误符号数，并根据蒙特卡罗方法统计分析信号传输过程中由于噪声干扰作用下的误比特率和误符号率。
最后画出各种波形。
图1 8PSK通信系统的蒙特卡罗仿真分析2. 蒙特卡罗法的原理蒙特卡罗法又称随机抽样或统计试验方法，属于计算数学的一个分支，它是在本世纪四十年代中期为了适应当时原子能事业的发展而发展起来的。
传统的经验方法由于不能逼近真实的物理过程，很难得到满意的结果，而蒙特卡罗方法由于能够真实地模拟实际物理过程，故解决问题与实际非常符合，可以得到很圆满的结果。
这也是我们采用该方法的原因。
蒙特卡罗方法的基本原理及思想如下：当所要求解的问题是某种事件出现的概率，或者是某个随机变量的期望值时，它们可以通过某种“试验”的方法，得到这种事件出现的频率，或者这个随机变数的平均值，并用它们作为问题的解。
这就是蒙特卡罗方法的基本思想。
蒙特卡罗方法通过抓住事物运动的几何数量和几何特征，利用数学方法来加以模拟，即进行一种数字模拟实验。
它是以一个概率模型为基础，按照这个模型所描绘的过程，通过模拟实验的结果，作为问题的近似解。
二、详细设计步骤根据整体设计方案，对各个设计模块进行具体设计。
设计步骤如下：1．二进制序列的产生、串/并转换及二/十进制转换二进制的产生即是本系统的信息源的产生，串/并转换和二/十进制转换以备在调制的时候数据调用。
在本系统中，首先，用Matlab库函数来直接产生一个串行二进制序列，并将其保存在一个向量中，以备函数调用；其次，将产生的串行二进制码转换成3行并行码，即是一个符号；再次，将二进制序列转换成十进制数（0、1、2、…、7）；最后，调用Matlab绘图函数绘制等概率且相互独立的二进制序列波形。
基于蒙特卡罗仿真的通信系统性能分析
基于蒙特卡罗仿真的通信系统性能分析【摘要】蒙特卡罗计算机仿真用于估算数字通信系统的差错率是一个很有效的手段，特别适用于难以对检测器的性能进行分析的情况。
文章分析了蒙特卡洛仿真方法的概念及原理，建立在加性噪声干扰下相关检测系统的蒙特卡罗仿真模型。
模型通过matlab软件方法实现，仿真结果与对应系统的理论误码率基本符合。
【关键词】蒙特卡罗仿真信噪比误码率【中图分类号】tn911 【文献标识码】a 【文章编号】1006-9682（2012）10-0084-02蒙特卡罗（monte carlo）方法是一种基于随机试验和统计计算的数值方法，其基本原理是当需要求解的问题是某种随机事件出现的概率，或者是某个随机变量的期望值时，可以通过一种“实验”的方法，用这种事件出现的频率来估计该随机事件的概率，或者得到这个随机变量的某些数字特征，并将其作为问题的解。
如果需要求解的问题不是一个随机事件问题，还可以通过数学分析找出与之等价的随机事件模型，然后再利用蒙特卡罗方法去求解。
[1] 误码率是评价一个通信系统性能优劣的重要指标，但由于误码率的计算公式复杂，甚至在很多情况下无法得到解析解。
[2～3]因此通过蒙特卡罗方法模拟实际的通信过程，得到仿真的通信系统误码率就成为一种方便的手段，特别适用于难以对检测器的性能进行分析的情况。
一、多种二进制基带信号的传输与接收1.正交信号的传输与接收在数字通信系统中，0和1组成的二进制数据可以用两个正交波形s0（t）和s1（t）来传输，传输信号通过加性高斯白噪声信道（awgn）后叠加了功率谱密度为（w/hz）的噪声n（t）。
接收端的信号可表示为：r（t）=si（t）+n（t），i=0，1；0≤t≤tb （1）接收端在接收到信号r（t）后，判断在区间0≤t≤tb内发送是0还是1。
接收机的设计原则是使差错率最小，满足这个原则的接收机称为最佳接收机。
awgn信道的最佳接收机可以由信号相关器和检测器组成。
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10.2.3 PSK系统误比特率的半解 析估计方法 Semianalytic BER Estimation for PSK
• 我们简要考虑开发一种算法，以利用半解 析仿真来确定BPSK系统中的误比特率，采 用一种很容易就可以扩展到QPSK系统的方 法进行处理。
• 我们假设发送的是S1而接收的是S1 ，由于存 在符号间干扰、非线性或者损害信号的其 他因素，1 跟 S1会不同。用 d z表示 S1 和 S1 之差。 S 在发送 S1 的条件下，条件差错概率为
第10章 通信系统的 蒙特卡罗仿真
第2节 半解析方法
10.2.2 等效噪声源 Equivalent Noise Sources
• 在应用半解析方法时，我们采用了等效噪 声源的思想。判决统计 Vk 是三个分量的函 V 数，也就是说，k f (Sk , Dk , Nk ) ，其中 Sk 是 D 由于信号产生的， k 来自于系统因素引起的 N S 失真（如ISI）， k 是由噪声引起的。 k 和Dk N 的影响可由蒙特卡罗仿真确定， k 表示的噪 声的影响则用解析的方法处理。如果执行 无噪声的仿真，则所得的充分统计量 Vk ,nf 只 是 Sk 和 Dk 的函数。
N k E k 1
n
PSK系统半解析仿真的MATLAB仿真图，能清楚地看到由 ISI造成的误比特率增加
10.2.4 QPSK系统误比特率的半解析 估计方法 Semianalytic BER Estimation for QPSK
• 由于QPSK的信号星座图由四个点而不是两 个，并且信号空间是二维的，因此QPSK的 半解析估计器和PSK估计器的不同之处在 于亲者必须为正交信道增加一维。 右图是QPSK系统的信号 星座图。
• 该统计量加上一个由方差给出的随机变量 N k 得到 Vk Vk ,nf Nk 其中的随机变量 N k 可以看做来自于下图所 示等价噪声源 n0 (t )的一个样本。该等价噪声 源包含了反映在积分-清除检测器的积分器 输出中的，由热噪声、干扰和其它信道损 伤所产生的总影响。如果信道噪声是白噪 声，则可用冲击响应或者等价的传递函数 来把信道噪声变换到积分器的 (10-17)
使用高斯Q函数表示，上式变为
S1 Pr Error | S1 Q n
(10-18)
• 已知由蒙特卡罗仿真求得的S 和 n ，就可以 1 确定条件误比特率，在确定 n 时，可由仿 真的冲激响应h n 求出BN 值。 • 假设 Sk 是N比特长的仿真序列中的第k个发 送比特。对于每一个k值，1<k<N, Sk 是S1 或 S2 。条件误比特率为 Sk Pr Error | S k Q (10-19) n 通过对整个N比特序列做平均，所的最终误比 特率为 (10-20) S 1 P Q N
Pr Error | S1 S nD
1 1
nS 1 1 exp 2 2 n 2 n
2
d n
d n
即
Pr Error | S1
0
nS 1 1 exp 2 2 n 2 n
在上图中，假设发送的是 S1 ，接收到的无噪 声信号记作 S1 。由于存在符号间干扰和失 真， 1 S1 。因此仿真考虑了符号间干扰的 S 影响而没有考虑噪声的影响，所以半解析 仿真确定的是 S1不是S1 。 1的同相和正交分量 S S 分别用 Sx 和 S y表示，其中 S x Re S1 ，y Im S1 。 当考虑噪声时，分别在Sx 和S y上加上 nx和 ny。 发送 S1的条件下，如果 (S x nx , S y ny ) D1 ，则 做出正确判决，否则判决错误。