Exponenta Banner
exponenta event banner

полуаналитичный

Вычисление частоты битовых ошибок (BER) с использованием семианалитического метода

свернуть все на странице

Синтаксис

ber = semianalytic(txsig,rxsig,modtype,M,Nsamp)
ber = semianalytic(txsig,rxsig,modtype,M,Nsamp,num,den)
ber = semianalytic(txsig,rxsig,modtype,M,Nsamp,EbNo)
ber = semianalytic(txsig,rxsig,modtype,M,Nsamp,num,den,EbNo)
[ber,avgampl,avgpower] = semianalytic(...)

Описание

ber = semianalytic(txsig,rxsig,modtype,M,Nsamp) возвращает частоту битовых ошибок (BER) системы, которая передает комплексный сигнал вектора основной полосы частот txsig и принимает сигнал безшумного комплексного вектора основной полосы частот rxsig. Каждый из этих сигналов имеет Nsamp выборок на символ. Nsamp является также частотой выборки txsig и rxsig, в Гц. Функция предполагает, что rxsig является входом в фильтр приемника, а фильтры функций rxsig с идеальным интегратором. modtype - тип модуляции сигнала и M - размер алфавита. В таблице ниже перечислены допустимые значения для modtype и M.

Схема модуляцииЗначение модтипаДопустимые значения М
Дифференциальная фазовая манипуляция (DPSK) 'dpsk' 2, 4
Минимальная манипуляция сдвигом (MSK) с дифференциальным кодированием'msk/diff' 2
Минимальная клавиша сдвига (MSK) с недифференциальным кодированием'msk/nondiff' 2
Фазовая манипуляция (PSK) с дифференциальным кодированием, где фазовое смещение совокупности равно 0 'psk/diff' 2, 4
Фазовая манипуляция (PSK) с недифференциальным кодированием, где фазовый сдвиг совокупности равен 0 'psk/nondiff' 2, 4, 8, 16, 32 или 64
Сдвинутая квадратурная фазовая манипуляция (OQPSK) 'oqpsk' 4
Квадратурная амплитудная модуляция (QAM) 'qam' 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024

'msk/diff' эквивалентно обычному MSK (установка 'Precoding' свойства объекта MSK для 'off'), пока 'msk/nondiff' эквивалентно предварительно кодированной MSK (установка 'Precoding' свойства объекта MSK для 'on').

Примечание

Продукция ber является верхней границей на BER в следующих случаях:

  • DQPSK (modtype = 'dpsk', M = 4)

  • Кросс-QAM (modtype = 'qam', M не идеальный квадрат). В этом случае следует отметить, что верхняя граница, используемая здесь, немного плотнее, чем верхняя граница, используемая для перекрестного QAM в berawgn функция.

Когда функция вычисляет BER, она предполагает, что символы являются серыми. Функция вычисляет BER для значений Eb/N0 в диапазоне [0:20] дБ и возвращает вектор длины 21, элементы которого соответствуют различным уровням Eb/N0.

Примечание

Необходимо использовать достаточно длинный вектор txsig, иначе вычисленный BER будет неточным. Если импульсная характеристика системы равна L символов, длина txsig должно быть не менее ML. Общий подход состоит в том, чтобы начать с дополненной двоичной псевдошумовой (PN) последовательности общей длины (log2M)ML. Увеличенная ПШ последовательность является ПШ последовательностью с добавленным дополнительным нулем, что делает распределение единиц и нулей равным.

ber = semianalytic(txsig,rxsig,modtype,M,Nsamp,num,den) совпадает с предыдущим синтаксисом, за исключением того, что функция фильтрует rxsig с фильтром приемника вместо идеального интегратора. Передаточная функция фильтра приемника задается векторами в степени убывания z. num и den.

ber = semianalytic(txsig,rxsig,modtype,M,Nsamp,EbNo) совпадает с первым синтаксисом, за исключением того, что EbNo представляет собой Eb/N0, отношение энергии битов к спектральной плотности мощности шума, в дБ. Если EbNo является вектором, то выход ber - вектор одинакового размера, элементы которого соответствуют различным уровням Eb/N0.

ber = semianalytic(txsig,rxsig,modtype,M,Nsamp,num,den,EbNo) объединяет функциональные возможности предыдущих двух синтаксисов.

[ber,avgampl,avgpower] = semianalytic(...) возвращает среднюю амплитуду комплексного сигнала и среднюю мощность rxsig после фильтрации его фильтром приемника и дискретизации с частотой символов.

Примеры

свернуть все

Открыть сценарий в реальном времени

В этом примере показано, как использовать семианалитический метод для анализа частоты битовых ошибок с использованием 16-QAM модулированного сигнала. Он также сравнивает коэффициенты ошибок, полученные из семианалитического метода, с теоретическими коэффициентами ошибок, полученными из опубликованных формул и вычисленными с использованием berawgn функция. Результирующий график показывает, что коэффициенты ошибок, полученные с использованием двух способов, почти идентичны. Расхождения между теоретическими и вычисленными коэффициентами ошибок в значительной степени обусловлены фазовым сдвигом, введенным посредством модели бесшумного канала.

Формирование сигнала сообщения длиной > = ML.

M = 16; % Alphabet size of modulation
L = 1; % Length of impulse response of channel
msg = [0:M-1 0]; % M-ary message sequence of length > M^L

Модулируйте сигнал сообщения с помощью модуляции основной полосы частот.

modsig = qammod(msg',M); % Modulate data
Nsamp = 16;
modsig = rectpulse(modsig,Nsamp); % Use rectangular pulse shaping.

Примените фильтр передачи.

txsig = modsig; % No filter in this example

Управляемый txsig через бесшумный канал, применяя статическое фазовое смещение 1 градус.

rxsig = txsig*exp(1i*pi/180);

Используйте semianalytic функция.

Укажите фильтр приема как пару входных аргументов. В этом случае num и den опишите идеальный интегратор.

num = ones(Nsamp,1)/Nsamp;
den = 1;
EbNo = 0:20; % Range of Eb/No values under study
ber = semianalytic(txsig,rxsig,'qam',M,Nsamp,num,den,EbNo);

Для сравнения вычислите теоретический BER.

bertheory = berawgn(EbNo,'qam',M);

График вычисленного BER и теоретического BER.

figure; semilogy(EbNo,ber,'k*');
hold on; semilogy(EbNo,bertheory,'ro');
title('Semianalytic BER Compared with Theoretical BER');
legend('Semianalytic BER with Phase Offset',...
    'Theoretical BER Without Phase Offset','Location','SouthWest');
hold off;

Figure contains an axes. The axes with title Semianalytic BER Compared with Theoretical BER contains 2 objects of type line. These objects represent Semianalytic BER with Phase Offset, Theoretical BER Without Phase Offset.

Ограничения

Функция делает несколько важных допущений относительно системы связи. См. раздел Когда использовать семианалитическую технику, чтобы узнать, подходит ли ваша система связи для семианалитической техники и semianalytic функция.

Подробнее

свернуть все

Когда использовать семианалитическую технику

Методика, описанная в разделе «Результаты анализа производительности с помощью моделирования», хорошо работает для широкого спектра систем связи, но может быть чрезмерно трудоемкой для небольших коэффициентов ошибок (например, 10-6 или менее). В этом разделе описывается использование семианалитического метода в качестве альтернативного способа вычисления коэффициентов ошибок. Для некоторых типов систем семианалитический метод может давать результаты быстрее, чем неаналитический метод, использующий только моделируемые данные.

Моделируемая система связи должна удовлетворять этим характеристикам при использовании семианалитического метода.

  • Любые эффекты многолучевого замирания, квантования и нелинейности усилителя должны предшествовать эффектам шума в моделируемом фактическом канале.

  • Приемник полностью синхронизирован с несущей, и дрожание синхронизации ничтожно мало. Поскольку фазовый шум и дрожание во времени являются медленными процессами, они уменьшают применимость семианалитического метода к системе связи.

  • Бесшумное моделирование не имеет ошибок в совокупности принятых сигналов. Искажения от источников, отличных от шума, должны быть достаточно мягкими, чтобы поддерживать каждую точку сигнала в области правильного решения. Например, если смоделированная система имеет поворот фазы, который размещает принятые сигнальные точки вне их соответствующих областей принятия решения, то семианалитический метод не подходит для прогнозирования производительности системы.

Если эти характеристики не удовлетворяются, расчетный показатель BER будет ниже ожидаемого. Кроме того, semianalytic функция предполагает, что шум в фактическом моделируемом канале является гауссовым. Подробнее о том, как адаптировать семианалитический метод для негауссовых шумов, см. обсуждение обобщенных экспоненциальных распределений в [1].

Процедура использования семианалитической техники

Эти шаги описывают, как вы обычно реализуете семианалитический метод с помощью semianalytic функция.

  1. Формируют сигнал сообщения, содержащий, по меньшей мере , ML символов, где M - размер алфавита модуляции, а L - длина импульсной характеристики канала в символах. Общий подход состоит в том, чтобы начать с дополненной двоичной псевдошумовой (PN) последовательности общей длины (log2M)ML. Дополненная ПШ последовательность является ПШ последовательностью с добавленным дополнительным нулем, что делает распределение единиц и нулей равным.

  2. Модулируйте несущую сигналом сообщения, используя модуляцию основной полосы частот. Поддерживаемые типы модуляции перечислены на справочной странице для semianalytic. Сформируйте результирующий сигнал с формированием прямоугольных импульсов, используя коэффициент избыточной дискретизации, который будет использоваться для фильтрации модулированного сигнала. Сохранить результат этого шага как txsig для последующего использования.

  3. Фильтрация модулированного сигнала с помощью фильтра передачи. Этот фильтр часто является косинусным фильтром с квадратным корнем, но можно также использовать фильтр Баттерворта, Бесселя, Чебышева типа 1 или 2, эллиптический или более общий фильтр FIR или IIR. Если используется фильтр косинуса с увеличенным квадратным корнем, используйте его для немодулированного модулированного сигнала и укажите коэффициент избыточной дискретизации в функции фильтрации. Если используется другой тип фильтра, его можно применить к сигналу прямоугольной формы.

  4. Выполните фильтрацию сигнала по бесшумному каналу. Этот канал может включать в себя эффекты многолучевого замирания, фазовые сдвиги, нелинейности усилителя, квантование и дополнительную фильтрацию, но он не должен включать шум. Сохранить результат этого шага как rxsig для последующего использования.

  5. Вызовите semianalytic с помощью функции txsig и rxsig данные из предыдущих шагов. Укажите фильтр приема как пару входных аргументов, если не требуется использовать фильтр по умолчанию в semianalytic функция. Фильтры функций rxsig и затем определяет вероятность ошибки каждой принятой точки сигнала путем аналитического применения распределения гауссова шума к каждой точке. Функция усредняет вероятности ошибок по всему принятому сигналу для определения общей вероятности ошибок. Если вероятность ошибки, вычисленная таким образом, является вероятностью ошибки символа, функция преобразует ее в битовую частоту ошибок, обычно предполагая кодирование Грея. Функция возвращает частоту битовых ошибок (или, в случае модуляции DQPSK, верхнюю границу частоты битовых ошибок).

Ссылки

[1] Иероним, Мишель К., Филипп Балабан и К. Сэм Шанмуган. Моделирование систем связи. Второе издание. Бостон, Массачусетс: Спрингер США, 2000.

[2] Пасупатия, С., «Минимальная манипуляция сдвигами: спектрально эффективная модуляция», журнал IEEE Communications Magazine, июль 1979, стр. 14-22.

См. также

|

Темы

Представлен до R2006a

Документация по инструментам связи

Поддержка