物理层仿真试验讲解VIP专享VIP免费

1/39物理层仿真实验系别：通信工程系专业：通信工程系x级学号：姓名：吕XX实验时间：2014年6月30日撰写日期：2014年7月3日2/39实验一：随机信号的产生1.1实验目的掌握各种伪随机序列的产生方法。1.2实验原理1.2.1Wichmann-Hill算法产生均匀分布随机变量该算法是通过将3个周期相近的随机数发生器产生的数据序列进行相加，进而得到更大的周期的数据序列。定义三个随机数发生器：111(171)mod(30269)(170)mod(30307)(172)mod(30323)iiiiiixxyyzz以上三式中均需要设定一初始值，这三个初始值一般称为种子。产生的三个序列的周期分别是：30269、30307、30323。将这三个序列组合相加即可得到一个周期更大的均匀分布随机序列：mod(1)302693030730323iiiixyzu1.2.2逆变换发产生Rayleigh分布随机变量逆变换法的基本思想如图1.1所示，条件是产生的随机变量的分布函数具有闭合表达式。图1.1将一个不相关均匀分布的随机序列U映射到一个具有概率分布函数Fx(x)的不相关序列随机序列XRayleigh分布的分布函数：222220()exp1exp22rRyyrFrdy根据上面的逆变换方法有：221exp2ru因此，22ln()ru3/39根据上式即可将均匀分布的随机变量映射为Rayleigh分布的随机变量。1.2.3根据Rayleigh分布随机变量产生Gaussian分布随机变量基于Rayleigh随机变量，可以方便的产生Gaussian分布随机变量。关系如下：22cos(2)sin(2)XruYru或者2122122ln()cos(2)2ln()sin(2)XuuYuu其中u1和u2分别是两个（0～1）之间均匀分布的随机变量，产生的X和Y均为高斯随机变量。1.3实验内容根据实验原理部分，完成以下实验任务。任务一：采用Willmann-Hill算法产生10000个均匀分布的随机变量，根据两组种子做出随机序列的直方图（命令hist），两组种子自行设定。任务2：使用逆变换法产生其它分布的随机变量（Rayleigh）设定sigma2为0.5、1和2，分别做出Rayleigh随机变量序列的直方图，观察图形。任务3：通过Rayleigh分布随机变量产生Gaussian分布随机变量，设定sigma2为1产生标准正态分布的随机变量，计算其方差并做直方图。改变sigma2值观察直方图的变化。1.4实验结果与分析任务一：均匀分布两组直方图如下由上图可看出，产生的随机序列满足（0～1）均匀分布。任务二：Rayleigh分布直方图4/39由这三张图可看出，图像大致满足瑞利分布，且方差不同，瑞利分布的横坐标不同。方差越大，图像在横坐标轴上的跨度越大任务三：通过瑞利分布随机变量产生高斯随机分布变量，方差为1计算其方差得：varx=1.0033；vary=1.0079与所设定的sigma2=1的值相接近。5/39实验二：QPSK系统仿真2.1实验目的掌握简单调制方法的基带仿真实现，以及AWGN信道和Rayleigh平坦衰落信道的建模，并完成在这两种信道下的误码率仿真。2.2实验原理QPSK发射信号的等效基带格式和星座图Sk=A(cosφk+jsinφk)其中A为信号幅度，φk为调制相位，取值范围为(π/4,3π/4,5π/4,7π/4),比特与相位之间的映射关系如图2.1所示。6/39图1.2QPSK、8PSK、16QAM信号星座图2.3实验内容任务1：根据参考教材第一章的BPSK示例，采用实验一产生随机数的方法重新改写程序，并仿真的BER结果，将结果与示例仿真结果进行比较。（提示：主要修改的内容有比特的产生、AWGN噪声的产生，即只要涉及需要随机数的地方均改用实验一中的方法得到）。任务2：参考BPSK程序，搭建QPSK、8PSK、16QAM的基带仿真程序，仿真在AWGN信道和Rayleigh平坦衰落信道下的误码率性能，比较它们的误比特率和带宽效率，解释它们误码率性能差别的原因。2.4实验结果与分析任务一：用实验一的方法产生的随机数和用matlab自带函数产生的随机数经过BPSK通信系统仿真的BER结果的比较。7/39如图，对这两种方法产生的随机数进行BPSK仿真，其误码率几乎一致。任务二：BPSK、QPSK、8PSK、16QAM在AWGN信道下的仿真：8/39以上四图分别是BPSK、QPSK、8PSK、16QAM在伪随机数下AWGN信道中的仿真曲线，可见其结果与理论曲线几乎重叠，这是在满足大数定理下的仿真结果。BPSK、QPSK、8PSK、16QAM在Rayleigh信道下的仿真曲线：9/39可见各个调制在AWGN和Rayleigh信道下的仿真结果几乎一致。接下来为节省仿真时间，在比较他们之间的性能差异将直接利用...