BPSK QPSK 8PSK 16QAM等调制方式的性能仿真及频率利用率的对比及分析

引言 .................................................................................................................................................. 2 1 BPSK QPSK 8PSK 16QAM 调制方式的性能仿真和频率利用率的对比分析 ........................ 2

1.1 BPSK QPSK 8PSK 的性能仿真 ....................................................................................... 2 1.2 16QAM 的性能仿真 ......................................................................................................... 6 2 四种调制方式各自的使用场景 ................................................................................................... 9 3 能量利用率 ................................................................................................................................. 10

3.2 QPSK的能量效率 ........................................................................................................ 10 3.3 8PSK的能量效率 ......................................................................................................... 10 3.4 16QAM的能量效率 ..................................................................................................... 11 结论 ................................................................................................................................................ 11 参考文献......................................................................................................................................... 11

引言

随着信息事业的迅猛发展,对数字信号调制性能上的要求越来越高本文对BPSK QPSK 8PSK 16QAM等调制方式的性能进行仿真及频率利用率的对比及分析,主要对QPSK和16QAM的相关性能进行了阐述。并对上述四种调制方式各自的使用场景进行总结。同时分析以上四种方式的能量效率,即每比特能量消耗的对比分析。

1 BPSK QPSK 8PSK 16QAM 调制方式的性能仿真和频率利用率的对比分析

1.1 BPSK QPSK 8PSK 的性能仿真

BPS K调制方式:所谓 BPSK就是根据数字基带信号的两个电平,使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。在恒参信道条件下,相移键控(BPSK) 与幅移键控( AS K) 和频移键控( F S K) 相比,具有较高的抗噪声干扰性能,且能有效地利用所给定的信道频带,即使在有多径衰落的信道中也有较好的结果,所以BPSK是一种较好的调制方式。

四相相移键控( Q P S K ) 是一种性能优良,应用十分广泛的数字调制方式,它的频带利用率高,是二相相移键控( B P S K) 的2倍。且Q P S K调制技术的抗干扰性能强,采用相干检测时其误码率性能与B P S K相同。

8PSK,即8 Phase Shift Keying,也就是八相相移键控的意思。QPSK调制方式中,每个相位包含了2位二进制信息,而8PSK调制方式中,每个相位包含了3位二进制信息,因而编码效率提高了50%,但同时,8PSK的抗扰性比QPSK要低很多。

8PSK调制星座图:

经过上面的介绍可以发现,这三种信号的调制本质是一样的。因此这里只据一列进行说明:我们对M=4PSK通信系统进行蒙特卡洛仿真,其系统框图如图 1

所示。

2?m2?m?nc,Essin?nc)定MM义给出随机变矢量r,是信号相关器的输出和判决器的输入。产生—个正交( 2比特)符号序列,将其映射到相应的四相信号点上。使用随机数发生器将(0,1)划分成四个均匀的区间,分别对应信息比特00,01,11,10。通过改变信号的能量

如上图所示,由仿真式 r?Sm?n?(Escos参数来控制接收信号的噪声比。判决器有r?sm?n决定。将判决器的输出与发送符号相比较,计算出误符号数和误比特数。在不同的信噪比下发送10000个符号的蒙特卡洛仿真。

图 1 用MATLAB进行仿真 程序清单如下:

(1)函数文件Pskmoto.m进行蒙特卡洛仿真 function[pb,ps]=pskmoto(snr_in_dB) N=10000; E=1;

snr=10^(snr_in_dB/10);%计算信噪比的数值 sgma=sqrt(E/snr)/2; n=[0 0];

s00=[1 0];s01=[0 1]; s11=[-1 0];s10=[0 -1]; for i=1:N;

temp=rand;%区间为(0,1)的一个随机变量 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

dsource(i)=1; dsource(i)=1;

end;end;%判决、误码率的计算

numofsymbolerror=0; numofbiterror=0; for i=1:N;

n=gngauss(sgma);

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

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

elseif((desource1(i)==1)&(dsouce2(i)==0)) r=s10+n; else

r=s11+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个符号的判决如下进行 if(c00==c_max)

decis1=0;decis2=0; elseif(c01==c_max) decis1=0;decis2=1; elseif(c10==c_max)

decis1==1;desis2=0; else

decis1=1;desis2=1; end;

ps=numofsymbolerror/N;

pb=numofbiterror/(2*N); (2)脚本文件pskmotocalo.m绘制仿真图形 echo on

SNRindB1=0:2:10;%定义信噪比的序列,共6个值 SINindB2=0:0.1:10;%扫描用的信噪比序列 for i=1:length(SNRindB1);

[pb,ps]=pskmoto(SNRindB1(i));%计算误比特率 smld_bit_err_prb(i)=pb; smld_symbol_err_prb(i)=ps;

end;

for i=1:length(SNRindB2)

SNR=exp(SNRindB2(i)*log(10)/10); the_err_prb(i)=Qfunct(sqrt(2*SNR)); end;

semilogy(SNRindB1,smld_bit_err_prb,'*');%以对数形式作Y坐标绘图 Hold%将上一曲线保留

semilogy(SNRindB1,smld_symbol_err_prb,'0'); %作出实际的信噪比--误比特率点

semilogy(SNRindB2,theo_err_prb); %作出理论的信噪比——误比特率点 在Simulink上的仿真图如图2所示:

图 2 仿真出的误码率如下图3所示:

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