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AWGN信道下数字通信系统的蒙特卡洛仿真（基于

matlab）

数字通信理论课程设计

⼀、实验⽬的：

1、加深对AWGN信道下数字通信系统的理解。

2、掌握数字通信系统蒙特卡洛仿真的基本⽅法。

⼆、实验内容：

在AWGN信道下，完成16QAM系统的误⽐特率性能仿真，绘制系统的BER曲线，并与理论计算的结果进⾏对⽐。具体包括

如下内容：

1、编写程序⽣成随机的⼆元⽐特序列，该序列由{0,1}构成。

2、根据所选择的调制⽅式，将⽐特序列映射为星座图上的点。

3、将所⽣成的信号通过AWGN信道进⾏传输，编写程序实现随机的加性⾼斯⽩噪声过程，并完成对信号的加噪。

4、实现接收机的解调、检测与判决算法。要求使⽤相⼲接收机，最⼤似然检测。

5、在不同的⽐特信噪⽐（0/bEN）的条件下统计系统的⽐特错误概率（BER），画出BER随0/bEN变化的曲线。0/bEN

的变化范围选为0~10dB。

6、在同⼀幅图中画出理论曲线，并将两者进⾏对⽐。

三、实验要求：

1、利⽤计算机仿真完成上述实验。可以使⽤Matlab、C、C++或任何⼀种编程语⾔，但不允许使⽤已有的通信系统仿真模

块，例如SIMULINK中已有的模块。

2、要求画出系统框图，说明仿真流程，给出仿真结果，提供理论的误码率结果及推导过程，进⾏必要的分析和讨论，并在附

录中提供程序源代码，列出参考⽂献。

四、实验原理：1、蒙特卡罗仿真（1）基本概念

MonteCarlo仿真⽅法是通过⼤量的计算机模拟来检验系统的动态特性

并归纳出统计结果的⼀种随机分析⽅法，它包括伪随机数的产⽣，MonteCarlo仿真设计以及结果解释等内容，其作⽤在于⽤

数学⽅法模拟真实物理环境，并验证系统的可靠性与可⾏性。

（2）基本⽅法

MonteCarlo仿真⽅法⼜称统计实验⽅法，它是⼀种采⽤统计抽样理论近似求解数学、物理及⼯学问题的⽅法。它解决问题的

基本思想是，⾸先建⽴与描述该问题相似的概率模型，然后对模型进⾏随机模拟或统计抽样，在利⽤所得到的结果求出特征的

统计估计值作为原问题的近似解，并对解的精度做出某些估计。MonteCarlo仿真⽅法的主要理论依据是⼤数定理，其主要⼿

段为随机变量的抽样分析。

（3）基本特点

a).MonteCarlo仿真分析是通过⼤量⽽简单的重复抽样实现的，故计算⽅

法和程序内部都很简单

b).收敛的概率性和收敛速度与问题的维数⽆关

c).适应性强，受问题条件限制的影响较⼩

d).收敛速度较慢，不宜⽤来解决精度要求很⾼的实际问题。

2、QAM的相关知识

(1)QAM基本原理

QAM是英⽂QuadratureAmplitudeModulation的缩略语简称，意为正交幅度调制，是⼀种数字调制⽅式。它有两个相同频率

的载波，但是相位相差90度（四分之⼀周期）。⼀个信号叫I信号，另⼀个信号叫Q信号。从数学⾓度将⼀个信号可以表⽰成

正弦，另⼀个表⽰成余弦。两种被调制的载波在发射时已被混和。到达⽬的地后，载波被分离，数据被分别提取然后和原始调

制信息相混和。

（2）QAM的调制与解调

QAM是⽤两路独⽴的基带信号对两个相互正交的同频载波进⾏抑制载波双边带调幅，利⽤这种已调信号的频谱在同⼀带宽内

的正交性，实现两路并⾏的数字信息的传输。该调制⽅式通常有⼆进制QAM（4QAM）、四进制QAM（l6QAM）（这也正是

本次课程设计所⽤到的）、⼋进制QAM（64QAM）、…，对应的空间信号⽮量端点分布图称为星座图，分别有4、16、64、

…个⽮量端点。电平数m和信号状态M之间的关系是对于4QAM，当两路信号幅度相等时，其产⽣、解调、性能及相位⽮量均

与4PSK相同。（其星座图、符号图距离见下）

根据上⾯的策略，采⽤了两个正交载波cos2cftπ和sin2cftπ，每⼀个载波都被⼀个独⽴的信息⽐特序列所调制。发送信号波

形如下

()()cos2()sin2mmcTcmsTcutAgtftAgtftππ=+，m=1,2,3…M

式中{mcA}和{msA}是电平集合，这些电平是通过将k⽐特序列映射为信号振幅⽽获得的。例如⼀个16位正交幅度调制信号

的星座图如下图所⽰，该星座是通过⽤M＝4PAM信号对每个正交载波进⾏振幅调制得到的。

QAM可以看成是振幅调制和相位调制的结合。因此发送的QAM信号波形可表⽰