数字通信中不同信道类型对通信系统性能影响matlab仿真分析,对比AWGN,BEC,BSC以及多径信道

简介: 本项目展示了数字通信系统中几种典型信道模型(AWGN、BEC、BSC及多径信道)的算法实现与分析。使用Matlab2022a开发,提供无水印运行效果预览图、部分核心代码及完整版带中文注释的源码和操作视频。通过数学公式深入解析各信道特性及其对系统性能的影响。

1.算法运行效果图预览
(完整程序运行后无水印)

image.png

2.算法运行软件版本
matlab2022a

3.部分核心程序
(完整版代码包含详细中文注释和操作步骤视频)

```%, 4=AWGN+多径 3=BSC, 2=BEC, 1=AWGN
% 计算误码
for i0 = Lens + 2:-1:1 % 从后向前遍历比特
if xor(msg(i0), ydec(i0)) == 1 && Ch_sel == 4 % 计算BSC信道的误码
Err_DJ(i1) = Err_DJ(i1) + 1;
end

            if xor(msg(i0), ydec(i0)) == 1 && Ch_sel == 3 % 计算BSC信道的误码
               Err_bsc(i1) = Err_bsc(i1) + 1;
            end

            if xor(msg(i0), ydec(i0)) == 1 && Ch_sel == 2  % 计算BEC信道的误码
               Err_bec(i1) = Err_bec(i1) + 1;
            end

            if xor(msg(i0), ydec(i0)) == 1 && Ch_sel == 1 % 计算AWGN+多径信道的误码
               Err_awgn(i1) = Err_awgn(i1) + 1;
            end

    % 计算误码率
    if Ch_sel == 1 % AWGN信道
       Err_awgn(i1) = Err_awgn(i1) / Lens/ mtkl;  
    end    
    if Ch_sel == 2  % BEC信道
       Err_bec(i1) = Err_bec(i1)/ Lens/ mtkl;  
    end    
    if Ch_sel == 3  % BSC信道
       Err_bsc(i1) = Err_bsc(i1) / Lens/ mtkl;  
    end
    if Ch_sel == 4  % AWGN+多径
       Err_DJ(i1)  = Err_DJ(i1) / Lens/ mtkl;  
    end

end

end % 结束while循环

% 创建新的图形窗口
figure;

% 绘制BSC信道的误码率曲线
semilogy(SNRs, Err_bsc,'-bs',...
'LineWidth',1,...
'MarkerSize',6,...
'MarkerEdgeColor','k',...
'MarkerFaceColor',[0.9,0.0,0.0]);
hold on;

% 绘制AWGN信道的误码率曲线
semilogy(SNRs, Err_awgn,'-mo',...
'LineWidth',1,...
'MarkerSize',6,...
'MarkerEdgeColor','k',...
'MarkerFaceColor',[0.5,0.9,0.0]);
hold on;

% 绘制BEC信道的误码率曲线
semilogy(SNRs, Err_bec,'-r>',...
'LineWidth',1,...
'MarkerSize',6,...
'MarkerEdgeColor','k',...
'MarkerFaceColor',[0.9,0.9,0.0]);

% 绘制BEC信道的误码率曲线
semilogy(SNRs, Err_DJ,'-k<',...
'LineWidth',1,...
'MarkerSize',6,...
'MarkerEdgeColor','k',...
'MarkerFaceColor',[0.9,0.3,0.3]);
% 设置坐标轴范围
axis([0 12 10^-8 1]);

% 显示网格
grid on;

% 添加图例
legend('BSC信道', '高斯信道', 'BEC信道', '多径信道');

% 添加x轴标签
xlabel('SNR(dB)');

% 添加y轴标签
ylabel('error');
176

```

4.算法理论概述
在数字通信系统中,信道是传输信息的媒介。不同的信道类型会对通信系统的性能产生显著的影响。本章节将详细介绍AWGN(加性高斯白噪声)信道、BEC(二进制擦除信道)、BSC(二进制对称信道)以及多径信道,并通过数学公式和原理来分析它们对通信系统性能的影响。

  AWGN信道是最常见的信道模型之一,它假设噪声是独立于信号的加性高斯白噪声。在AWGN信道中,接收到的信号 y 可以表示为:

y=x+n
其中,x 是发送信号,n 是均值为0、方差为 σ2的高斯白噪声。

   BEC(二进制擦除信道)是一种简单的信道模型,其中接收到的信号可能是原始信号、擦除符号或错误符号。具体来说,BEC有三个输出状态:

接收到正确的比特(概率为1−p),擦除比特(概率为pe),错误比特(概率为p)

  BSC(二进制对称信道)是一种简化了的实际物理信道模型,它假设输入为二进制信号,并且在传输过程中可能出现错误的概率是固定的。具体来说,在BSC中,每个比特位独立地以概率p发生反转,即0变成1或1变成0;而正确传输的概率为1-p。这里假定p<0.5,否则可以通过简单的反相操作使情况等价于更小的p值。

   在无线通信系统中,信号从发射端到接收端的传播过程中可能会遇到多种障碍物,如建筑物、山脉、植被等。这些障碍物会导致信号通过不同的路径到达接收端,这种现象称为多径效应(Multipath Effect)。每一条路径都可能有不同的传播延迟、幅度衰减和相位偏移。当这些不同路径上的信号在接收端叠加时,就形成了一个复杂的复合信号,这就是所谓的多径信道(Multipath Channel)。离散多径信道模型假设存在有限数量的主要路径,每条路径都有其特定的增益hl 、延迟τl以及相位偏移ϕl 。接收信号y(t)可以表示为:

image.png

该模型适用于描述那些具有明显可分辨路径的情况,但在实际应用中往往难以精确估计每条路径的具体参数。

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