Working Kerr effect; PDM; speedups; removed unused files
[4yp.git] / phasenoise_AWGN.m
index a9c852a..621a33d 100644 (file)
-function phasenoise_AWGN(rolloff, M, numSymbs)
-  %% Set defaults for inputs
-  if nargin < 3
-    numSymbs = 1000;
-  end
-  if nargin < 2
-    M = 2;
-  end
-  if nargin < 1
-    rolloff = 0.25;
-  end
-
-  plotted = 0;
-
-  Rsym = 2.5e10; % symbol rate (sym/sec)
-
-  span = 6; % filter span
-  sps = 4; % samples per symbol
-
-  fs = Rsym * sps; % sampling freq (Hz)
-  Tsamp = 1 / fs;
-
-  t = (0 : 1 / fs : numSymbs / Rsym + (1.5 * span * sps - 1) / fs)';
-
-
-  EbN0_db = 0:0.2:14;
-  EbN0 = 10 .^ (EbN0_db ./ 10);
-
-  Es = 1;
-  Eb = Es / log2(M);
-  N0 = Eb ./ EbN0;
-
-  EsN0 = EbN0 .* log2(M);
-  EsN0_db = 10 .* log10(EsN0);
-
-  plotlen = length(EbN0);
-
-  ber = zeros(1, plotlen);
-
+numSymbs = 5e4;
+M = 4;
+rolloff = 0.5;
 
-  data = randi([0 M - 1], numSymbs, 1);
-  modData = pskmod(data, M, 0, 'gray');
+Rsym = 2.5e10; % symbol rate (sym/sec)
 
-  x = txFilter(modData, rolloff, span, sps);
+span = 6; % filter span
+sps = 8; % samples per symbol
 
-  linewidthTx = 0;%1e5; % Hz
-  linewidthLO = 1e6; % Hz
-  %%linewidthTx = Rsym * 1e-4; % Hz
-  %%linewidthLO = Rsym * 1e-3; % Hz
+fs = Rsym * sps; % sampling freq (Hz)
+Tsamp = 1 / fs;
 
-  totalIterations = 1;
+t = (0 : 1 / fs : numSymbs / Rsym + (1.5 * span * sps - 1) / fs).';
 
-  for iter = 1:totalIterations
-    [xPN, pTxLO] = phaseNoise(x, linewidthTx, linewidthLO, Tsamp);
 
-    for i = 1:plotlen
-      snr = EbN0_db(i) + 10 * log10(log2(M)) - 10 * log10(sps);
-      noiseEnergy = 10 ^ (-snr / 10);
+EbN0_db = 0:0.2:14;
+EbN0 = 10 .^ (EbN0_db ./ 10);
 
-      y = awgn(xPN, snr, 'measured');
+Es = 1;
+Eb = Es / log2(M);
+N0 = Eb ./ EbN0;
 
-      r = rxFilter(y, rolloff, span, sps);
-      %% normalize energy
-      %r = normalizeEnergy(r, numSymbs, 1 + noiseEnergy);
+EsN0 = EbN0 .* log2(M);
+EsN0_db = 10 .* log10(EsN0);
 
-      [rPhaseEq, phiests] = phaseNoiseCorr(r, M, 40 * sps);
+plotlen = length(EbN0);
 
-      rSampled = rPhaseEq(sps*span/2+1:sps:(numSymbs + span/2) * sps);
-      demodData = pskdemod(rSampled, M, 0, 'gray')';
+berPSK = zeros(1, plotlen);
+berDEPSK = zeros(1, plotlen);
+berDPSK = zeros(1, plotlen);
 
-      %%[bitErrors, ber(i)] = biterr(data, demodData);
-      [zzz, thisBER] = biterr(data, demodData);
-      ber(i) = ber(i) + thisBER / totalIterations;
+data = randi([0 M - 1], numSymbs, 1);
 
+pskSym = pskmod(data, M, pi / M, 'gray');
+%% DEPSK: Part VII, M.G. Taylor (2009)
+depskSym = pskmod(data, M, 0, 'gray');
+for i = 2:numSymbs
+  depskSym(i) = depskSym(i) * depskSym(i-1);
+end
 
-      if plotted == 0 && EbN0_db(i) >6 && ber(i) > 1e-1
-        plotted=1
-        figure(1234);
-        plot(-phiests);
-        hold on;
-        plot(pTxLO);
-        legend('estimate', 'actual');
-        hold off;
-
-        figure(100);
-        %plot(t(1:length(x)), real(x));
-        %%plot(t, real(x(1:length(t))));
-        length(t)
-        length(x)
-        hold on
-        %%plot(t(1:length(xPhaseNoise)), real(xPhaseNoise));
-
-        plot(t, real(r), 'g')
-
-        sampledTimes = t(sps*span/2+1:sps:(numSymbs+span/2)*sps);
-
-        plot(sampledTimes, real(rSampled), 'x')
-        hold off
-
-      end
-
+dpskSym = dpskmod(data, M, pi / M, 'gray');
+
+xPSK = txFilter(pskSym, rolloff, span, sps);
+xDEPSK = txFilter(depskSym, rolloff, span, sps);
+xDPSK = txFilter(dpskSym, rolloff, span, sps);
+
+linewidthTx = 0; % Hz
+linewidthLO = 5e6; % Hz
+%linewidthLO = Rsym * 1e-3;
+
+iterations = 1;
+avgSa = 40;
+
+TsampOrig = Tsamp;
+
+for it = 1 : iterations
+  [xPSKpn, pTxLoPSK] = phaseNoise(xPSK, linewidthTx, linewidthLO, Tsamp);
+  [xDEPSKpn, pTxLoDEPSK] = phaseNoise(xDEPSK, linewidthTx, linewidthLO, Tsamp);
+  [xDPSKpn, pTxLoDPSK] = phaseNoise(xDPSK, linewidthTx, linewidthLO, Tsamp);
+
+  for i = 1:plotlen
+    Tsamp = TsampOrig;
+    sps = 8;
+
+    snr = EbN0_db(i) + 10 * log10(log2(M)) - 10 * log10(sps);
+    noiseEnergy = 10 ^ (-snr / 10);
+
+    yPSK = awgn(xPSKpn, snr, 'measured');
+    yDEPSK = awgn(xDEPSKpn, snr, 'measured');
+    yDPSK = awgn(xDPSKpn, snr, 'measured');
+
+    rPSK = rxFilter(yPSK, rolloff, span, sps);
+    rDEPSK = rxFilter(yDEPSK, rolloff, span, sps);
+    rDPSK = rxFilter(yDPSK, rolloff, span, sps);
+
+    sps = 2;
+    Tsamp = TsampOrig * 4;
+
+    rPSKSamp = rPSK(1:2:end);
+    rDEPSKSamp = rDEPSK(1:2:end);
+    rDPSKSamp = rDPSK(1:2:end);
+
+    [rPSKSampEq, phiestsPSK] = phaseNoiseCorr(rPSKSamp, M, pi/M, avgSa);
+    [rDEPSKSampEq, phiestsDEPSK] = phaseNoiseCorr(rDEPSKSamp, M, 0, avgSa);
+
+    demodPSK = pskdemod(rPSKSampEq, M, pi/M, 'gray').';
+    %% The decoding method described in Taylor (2009)
+    %% works on the complex symbols, i.e. after taking
+    %% the nearest symbol in the constellation, but before
+    %% converting them back to integers/bits.
+    %% MATLAB's pskdemod() does not provide this intermediate
+    %% result, so to be lazy, a pskmod() call is performed
+    %% to obtain the complex symbols.
+    demodDEPSK = pskdemod(rDEPSKSampEq, M, 0, 'gray').';
+    remodDEPSK = pskmod(demodDEPSK, M, 0, 'gray');
+    delayed = [1; remodDEPSK(1:end-1)];
+    demodDEPSK = pskdemod(remodDEPSK .* conj(delayed), M, 0, 'gray');
+
+    demodDPSK = dpskdemod(rDPSKSamp, M, pi/M, 'gray');
+
+    [~, ber] = biterr(data, demodPSK);
+    berPSK(i) = berPSK(i) + ber / iterations;
+    [~, ber] = biterr(data, demodDEPSK);
+    berDEPSK(i) = berDEPSK(i) + ber / iterations;
+    [~, ber] = biterr(data, demodDPSK);
+    berDPSK(i) = berDPSK(i) + ber / iterations;
+
+    if EbN0_db(i) == 8 && it == 1
+      figure(1234);
+      plot(repelem(-phiestsPSK, 8));
+      hold on;
+      plot(pTxLoPSK);
+      legend('estimate', 'actual');
+      hold off;
+
+      figure(1);
+      scatterplot(rPSKSampEq);
+      title('rPSKSampEq');
     end
-  end
-
-
-  figure(1);
-  clf;
-
-  %% Plot simulated results
-  semilogy(EbN0_db, ber, 'r', 'LineWidth', 2);
-  hold on;
 
-  theoreticalPSK(EbN0_db, M, 'b', 'LineWidth', 1);
-  legend({'Simulated phase noise', 'Without phase noise'}, 'Location', 'southwest');
+  end
+end
 
-  title(strcat(num2str(M), '-PSK with phase noise and correction'));
-  grid on;
-  xlabel('$E_b/N_0$ (dB)');
-  ylabel('BER');
 
-  formatFigure;
-end
+figure(1);
+clf;
+
+%% Plot simulated results
+semilogy(EbN0_db, berPSK, 'r', 'LineWidth', 1.5);
+hold on;
+semilogy(EbN0_db, berDEPSK, 'c', 'LineWidth', 2);
+semilogy(EbN0_db, berDPSK, 'Color', [0, 0.6, 0], 'LineWidth', 2.5);
+
+theoreticalPSK(EbN0_db, M, 'b', 'LineWidth', 1);
+DEPSKTheoretical = berawgn(EbN0_db, 'psk', M, 'diff');
+semilogy(EbN0_db, DEPSKTheoretical, 'Color', [1, 0.6, 0], 'LineWidth', 1);
+DPSKTheoretical = berawgn(EbN0_db, 'dpsk', M);
+semilogy(EbN0_db, DPSKTheoretical, 'm', 'LineWidth', 1);
+
+legend({'PSK with Viterbi-Viterbi', ...
+        'DEPSK with Viterbi-Viterbi', ...
+        'DPSK', ...
+        'Theoretical PSK over AWGN', ...
+        'Theoretical DEPSK over AWGN', ...
+        'Theoretical DPSK over AWGN'}, ...
+       'Location', 'southwest');
+
+title({'QPSK with phase nosie and correction', ...
+       strcat('$10^{', num2str(log10(numSymbs * log2(M))), ...
+              '}$~bits, LO~', ...
+              num2str(linewidthLO / 1e6), '~MHz, blocksize~', ...
+              num2str(avgSa), '~Sa')});
+grid on;
+xlabel('$E_b/N_0$ (dB)');
+ylabel('BER');
+
+formatFigure;