通信系统仿真 - 第四章

主讲: 陈智丽
Email：zzc09@aber.ac.uk
4.1加性高斯白噪声信道
程序运行结果如下：
y1 = 1.6391 0.6814 1.1587 0.8373 0.3681 0.3394 1.0861 1.1065 1.0436 0.4907
y2 =
1.3123 0.6703 y3 = 1.6391 0.6814
1. clear all 2. x=ones(1,10); 3. snr=10; 4. y1=awgn(x,snr,'measured',10) 5. y2=awgn(x,snr,'measured',5) 6. y3=awgn(x,snr,'measured',10)
2013年秋季学期
通信系统仿真 — 通信工程10级
2.《MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真实例精讲》 邵佳, 董辰辉编著. 电子工业出版社, 2009 3.《信息与通信系统仿真》 别志松编著. 北京邮电大学出版社, 2010
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主讲: 陈智丽
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考核方法
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. clear all; t=0:0.001:10; x=sin(2*pi*t); px=norm(x).^2/length(x); %计算信号x的功率 snr=20; %信噪比，dB形式 pn=px./(10.^(snr./10)); %根据snr计算噪声功率 n=sqrt(pn)*randn(1,length(x)); %根据噪声功率产生相应的高斯白 噪声序列 8. y=x+n; %在信号上叠加高斯白噪声 9. subplot(2,1,1);plot(t,x);title('正弦信号x') 10.subplot(2,1,2);plot(t,y);title('叠加了高斯白噪声后的正弦信号') 11. 12. var(n)
1. 考查课 （1.5 学分）
成绩：优、良、中、及、不及
2. 成绩分配
课堂表现（10%） 上机实验（20%） 作业（20%） 考试（50%）
祝大家好运！
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第 4章 信 道
4.1加性高斯白噪声信道
通信系统仿真
教材：《详解MATLAB/Simulink 通信系统建模与仿真》 刘学勇编著 电子工业出版社 2011年出版
主讲教师：陈智丽
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参考文献
1.《基于MATLAB的通信系统仿真》 赵静, 张瑾, 高新科编著. 北京航空航天大学出版社, 2007
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4.1.3 AWGN信道仿真示例
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4.1.3 AWGN信道仿真示例
1. 信号发生与调制模块
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第3章 通信信号与系统分析
ans =
0.005
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4.1加性高斯白噪声信道
4. awgn(x, snr,…, state)
4.1加性高斯白噪声信道
4.1.2 randn函数
randn函数也可以用来产生加性高斯白噪声。 1. randn(n)
randn(n)返还一个n行n列的随机矩阵，其中每一行和每一列都服 从均值为0、方差为1的正态分布。
2. randn(m,n)
randn(m,n)返还一个m行n列的随机矩阵，其中每一行和每一列都 服从均值为0、方差为1的正态分布。
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4.1.3 AWGN信道仿真示例
2. 信号接收及解调模块
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4.1.3 AWGN信道仿真示例
将 随 机 数 种 子 设 置 为 state ， 其 中 “ … ” 可 以 使 sigpower 或 者 是 ‘measured’ 。如果调用awgn时设置的state值相同，则产生的加性高 斯白噪声结果也相同。 例4.4 分别设state=10和state=5，观察产生的加性高斯白噪声结果。 程序代码如下：
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4.1加性高斯白噪声信道
ans =
0.100
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4.1加性高斯白噪声信道
3. awgn(x, snr, 'measured')
3. randn('state', seed)
randn('state', seed)把随机数种子设定为seed，相同的state产生相 同的随机数序列。
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4.1加性高斯白噪声信道
例4.5 用randn函数实现例3.4。 程序代码如下：
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4.1加性高斯白噪声信道
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4.1加性高斯白噪声信道
2. awgn(x, snr, sigpower) x: 信号; snr: 信噪比(dB); sigpower: 信号的功率(dBW)
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4.1.3 AWGN信道仿真示例
1. clear all 2. snr=-3:3; %SNR的范围 3. SimulationTime=10; %仿真结束时间 4. for i=1:length(snr) 5. SNR=snr(i); %赋值给AWGN信道模块中的SNR 6. sim(‘example4_6’); %运行仿真模型 7. ber(i)=BER(1); %保存本次仿真得到的BER 8. ser(i)=SER(1); %保存本次仿真得到的SER 9. end 10. figure 11. semilogy(snr,ber,'-ro',snr,ser,'-r*') 12. legend('BER','SER') 13. title('QPSK在AWGN信道下的性能') 14. xlabel('信噪比(dB)') 15. ylabel(‘误符号率和误比特率')
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4.1加性高斯白噪声信道
例 4.1 在正弦信号上叠加功率为-20dBW的高斯白噪声。 程序代码如下：
1. clear all 2. t=0:0.001:10; 3. x=sin(2*pi*t); 4. snr=20; 5. y=awgn(x, snr); 6. subplot(2,1,1);plot(t,x);title('正弦信号x') 7. subplot(2,1,2);plot(t,y);title('叠加了高斯白噪声后的正弦信号') 8. 9. z=y-x; 10. var(z) ans = 0.0100
例4.6 仿真正交相移键控（Quarterrary Phase Shift Keying，QPSK） 调制的基带数字通信系统通过 AWGN 信道的误符号率 （ Symbol Error Rate，SER）和误比特率（Bit Error Rate，BER），假设发 射端信息比特采用Gray编码映射，基带脉冲采用矩形脉冲，仿真时 每个脉冲的抽样点数为8 。 AWGN信道模块位于“Communications Blockset”下的“Channels”。
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4.1加性高斯白噪声信道
ans =
0.005
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4.1.3 AWGN信道仿真示例
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4.1加性高斯白噪声信道
4.1.1 awgn函数
MATLAB提供了awgn函数来实现在输入信号中叠加一定强度的 高斯白噪声信号，噪声信号的强度由输入参数确定。
1. awgn(x, snr)
x: 信号; snr: 信噪比(dB) 函数awgn(x, snr)把加性高斯白噪声叠加到输入信号x中，snr以 dB的形式指定噪声的功率。在这种情况下，信号x的功率假设 为0dBW，因此，噪声的功率实际上就等于-snr dBW。
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4.1加性高斯白噪声信道
信号在信道传输的过程中，不可避免地会受到各种 干 扰 ， 这 些 干 扰 统称 为 “ 噪 声 ” 。 加性 高 斯 白 噪 声 （Additive White Gaussian Noise，AWGN）是最常见的 一种噪声，它存在于各种传输媒质中，包括有线信道和 无线信道。AWGN表现为信号围绕平均值的一种随机波 动过程。AWGN的均值为0，方差是噪声功率的大小。 噪声功率越大，信号的波动幅度就越大，接收端接收到 的信号的误比特率就越高。
2013年秋季学期
1.0819 1.3290
0.8798 0.8223
1.0546
0.5165
1.0000
1.3505
1.1587 0.8373
0.3681 0.3394
1.0861
1.1065
1.0436
Байду номын сангаас
0.4907
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例4.2 在正弦信号上叠加高斯白噪声，信号功率为10dBW，信噪比 为20dB。 程序代码如下：
1. clear all 2. t=0:0.001:10; 3. x=sin(2*pi*t); 4. snr=20; 5. y=awgn(x, snr, 10); 6. subplot(2,1,1);plot(t,x);title('正弦信号x') 7. subplot(2,1,2);plot(t,y);title('叠加了高斯白噪声后的正弦信号') 8. 9. z=y-x; 10. var(z)
4.1.1 awgn函数
4.1.2 randn函数 4.1.3 AWGN信道仿真示例
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第 4章 信 道
信道是通信系统不可缺少的部分之一。信道是将来 自发送端的信号传送到接收端的物理媒介，可以分为有 线信道和无线信道。信道的质量影响着信号的接收和解 调，这种影响表现在两个方面：一方面信号在实际信道 中传输时，由于信道特性不理想会引起信号波形的失真； 另一方面信道中存在各种噪声会干扰信号的传输。信道 通常可以分为加性高斯白噪声信道和多径 Rayleigh 衰落 信道等。
首先计算输入信号x的功率，然后按照snr添加相应功率的高斯白噪声。 例4.3 计算例4.1中输入信号的功率，根据snr添加高斯白噪声。 程序代码如下：
1. clear all 2. t=0:0.001:10; 3. x=sin(2*pi*t); 4. snr=20; 5. y=awgn(x, snr, 'measured'); 6. subplot(2,1,1);plot(t,x);title('正弦信号x') 7. subplot(2,1,2);plot(t,y);title('叠加了高斯白噪声后的正弦信号') 8. 9. z=y-x; 10. var(z)