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目录
💥1 概述
光载无线通信 (radio over fifiber, RoF) 应用了高频无线电波和光纤低损耗的特点, 实现了高速大容
量的宽带传输, 并能够充分发挥几十的频谱资源, 具有较低的传输损耗、巨大的带宽、抵抗电磁干扰等 优势, 是近年来的研究热点。在数字通信技术中, 其信号调制技术在复杂电磁环境中的通信对抗、干扰识别、无线电频谱监测等领域中尤为重要 [1]。为了满足用户日益增长的大容量需求, 多进制相移键控(MPSK) 调制具有较高的频谱效率和良好的抗噪声性能, 在相同的带宽下, 能够得到比二进制信号更大的通信容量, 而得到广泛的应用。
基于蒙特卡洛分别进行 8 进制相移键控 (eight hexadecimal phase shift keying, 8PSK) 与 16 进
制相移键控 (sixteen hexadecimal phase shift keying, 16PSK) 调制。
一、引言
光载无线通信（Radio over Fiber，RoF）应用了高频无线电波和光纤低损耗的特点，实现了高速大容量的宽带传输，并能够充分发挥频谱资源，具有较低的传输损耗、巨大的带宽、抵抗电磁干扰等优势，是近年来的研究热点。在数字通信技术中，其信号调制技术在复杂电磁环境中的通信对抗、干扰识别、无线电频谱监测等领域中尤为重要。
为了满足用户日益增长的大容量需求，多进制相移键控（MPSK）调制具有较高的频谱效率和良好的抗噪声性能，在相同的带宽下，能够得到比二进制信号更大的通信容量，而得到广泛的应用。基于此，以下将重点研究基于蒙特卡洛方法的8PSK（8-Phase Shift Keying）和16PSK（16-Phase Shift Keying）调制。
二、8PSK与16PSK调制原理
-
8PSK调制
- 8PSK是QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）的扩展，使用了8种不同的相位，每种相位代表3个可能的二进制符号，因此一次调制可以传输3比特信息。
- 与QPSK相比，8PSK能提供更高的数据速率，但代价是系统的误码率通常会增加，因为相位的区分变得更加困难，尤其是在噪声较大的环境中。
-
16PSK调制
- 16PSK进一步扩展了相位的数量，使用了16种相位，每种相位代表4个二进制符号，一次调制可以传输4比特信息。
- 16PSK提供了更高的频谱效率，但其误码率性能相对于8PSK和QPSK来说更差，因为需要在更密集的相位集之间进行区分，这在信道条件不佳时会带来更大的挑战。
三、蒙特卡洛方法简介
蒙特卡罗法又称随机抽样或统计试验方法，属于计算数学的一个分支。它是在20世纪四十年代中期为了适应当时原子能事业的发展而发展起来的。
蒙特卡罗方法的基本原理及思想如下：当所要求解的问题是某种事件出现的概率，或者是某个随机变量的期望值时，可以通过某种“试验”的方法，得到这种事件出现的频率，或者这个随机变数的平均值，并用它们作为问题的解。蒙特卡罗方法是以一个概率模型为基础，按照这个模型所描绘的过程，通过模拟实验的结果，作为问题的近似解。
四、基于蒙特卡洛方法的8PSK与16PSK调制研究
-
研究目的
- 通过蒙特卡洛方法模拟8PSK和16PSK调制过程，分析不同信噪比（SNR）下的误码率（BER）性能。
- 比较8PSK和16PSK在不同条件下的调制效率及可靠性。
-
研究方法
- 利用MATLAB软件，编写蒙特卡洛模拟程序。
- 产生等概率且相互独立的二进制序列，并进行串/并转换。
- 对二进制序列进行8PSK或16PSK调制。
- 在信道中加入加性高斯白噪声（AWGN）。
- 对接收到的信号进行解调，并计算误码率。
-
研究结果与分析
- 随着SNR的增加，8PSK和16PSK的误码率均呈现下降趋势。
- 在相同SNR下，16PSK的误码率高于8PSK，因为16PSK需要在更密集的相位集之间进行区分。
- 通过调整蒙特卡洛模拟的参数（如模拟次数、帧长度等），可以进一步分析8PSK和16PSK的调制性能。
五、结论与展望
基于蒙特卡洛方法的8PSK和16PSK调制研究表明，这两种调制方式在高速大容量通信系统中具有潜在的应用价值。然而，在实际应用中，还需要考虑功率效率、带宽占用等因素，以找到最佳的折衷方案。未来研究可以进一步探索其他调制方式及优化算法，以提高通信系统的性能和可靠性。
📚2 运行结果
部分代码：
% ********************* Initialization ***********************************%
clc;
clear all;
close all;
loop=1; % Monte Carlo
M=16; % MPSK
N=1000; % Frame length (x_1 x_2 ... x_N)
SNRdB=-10:30; % SNR in dB
SNR=10.^(SNRdB/10);
Rate= zeros(1, length(SNRdB)); %
% ********************* Transmitter **************************************%
for dB= 1: length(SNRdB) % start looping by SNR
dB
for lp= 1: loop, % start looping of frame data
% ********************* MPSK signal generation ***************************%
theta=[0:M-1];
x_phase = (2*pi/M)*randsrc(1,N,theta);
x_inp = exp(i*x_phase);
% ********************* Channel ******************************************%
N0=1./SNR(dB);
sigma(dB)=sqrt(N0/2);
noise=sigma(dB)*randn(1,N)+i*sigma(dB)*randn(1,N);
y_channel=x_inp+noise; % Additive White Guassiann Noise (AWGN)
% ********************* Receiver *****************************************%
y=y_channel;
x_out = zeros(1,length(y));
for ii=1:length(y)
[min_val,min_index]=min(sqrt((real(y(ii))-real(x_inp)).^2+(imag(y(ii))-imag(x_inp)).^2));
x_out(ii)=x_inp(min_index);
end
% ********************* Bit Error Rate (BER) calulation ******************%
[err, rate]= symerr(x_inp,x_out);
Rate(dB)= Rate(dB) + rate;
end % end for loop
Rate(dB)= Rate(dB)/loop; % Average value over Monte Carlo simulation
% loop
end % end Monte Carlo
🎉3 参考文献
部分理论来源于网络，如有侵权请联系删除。
[1]季幸平,王建军,邵宇丰,汪志峰.基于8PSK和16PSK调制的全双工RoF系统研究[J].上海第二工业大学学报,2018,35(04):280-284.DOI:10.19570/j.cnki.jsspu.2018.04.005.
[2]陈常嘉.瑞利衰落信道上的6PSK环码[J].电子学报,1996(04):98-100.