實驗2多徑衰落信道

1、 本科學生實驗報告學號 114090389 姓名 簡安文 學院 物電學院 專業(yè)、班級 11電子 實驗課程名稱 現(xiàn)代通信原理實驗 教師及職稱 金爭 開課學期 2013 至 2014學年 下 學期 填報時間 2014 年 05 月 18 日云南師范大學教務處編印實驗序號實驗二實驗名稱多徑衰落信道實驗實驗時間2014-05-17實驗室同析樓 三棟111一實驗目的1.1認識Matlab/Simulink的基本功能。1.2理解無線多徑衰落信道的特征及其產生機理。1.3觀察恒定包絡信號通過多徑衰落信道后的信號幅值，加深對多徑衰落信道的認識和理解。2 實驗內容2.1在本仿真模型中改變信宿的移動速度、載波頻率

2、來觀察仿真結果的變化。2.2將輸入信號改為隨機二進制數(shù)據(jù)碼元序列，觀察信道的輸出信號。2.3在本仿真模型基礎上，添加一個直達波來仿真萊斯多徑衰落信道，觀察信道的輸出信號。三實驗設備及材料3.1 Windows XP/Windows 73.2 Matlab R2011b四實驗原理4.1 多徑衰落信道模型多徑衰落信道模型假設，信宿接收的信號是發(fā)送信號經過多條路徑傳輸后信號的疊加結果。其中每條傳輸路徑信號具有獨立的信號幅度、延遲。因此，接收信號可表示為 (1)式中，n對應第n條路徑；g(t)為信號包絡；為第n條路徑在t時刻的延遲；為載波角頻率，表示接收信號的等效基帶信號，記為Z(t)，試驗中對該信號

3、進行仿真。4.2 簡化模型下面對式(1)的模型進行簡化，并對該簡化模型進行仿真。實驗目的僅僅是觀察多路徑衰落對信號幅度的影響，而與具體信號無關，所以可以假設發(fā)送的是等幅載波信號，即g(t)=1，則Z(t)簡化為 (2)在一個較短時間內基本不發(fā)生變化，可假設其為常數(shù)，即，下面討論。假設的變化主要由信宿的移動引起，那么在時刻附近，對可做如下近似： (3)式中，v為時刻信宿的移動速度；為第n條路徑信號時刻信宿的入射角；c為光速；為第n條路徑長度隨時間變化的斜率；為路徑n的時間延遲相對于時刻的變化，那么 (4)式中，=，為最大多普勒頻移；=，對應時刻的初始相位。綜合上述簡化，可以得到 (5)在假設反射

4、路徑均勻分布的情況下，和均為上的均勻分布隨機變量。另外對于，處于簡化考慮假設其為01的均勻分布。各條傳輸路徑的、和是獨立的，與其他傳輸路徑不相關。3. 實驗方案設計 本實驗的仿真模型文件名是multipath_fading.mdl，打開該文件可以看到如圖1所示的仿真模型結構。整個仿真系統(tǒng)可以分為三個主要的部分：第一部分在圖1的左部，主要完成最大多普勒頻移的計算、時間t的計算和產生輸入信號；第二部分是傳輸路徑的計算，仿真了總共40條獨立傳輸路徑；第三部分將40條傳輸路徑的信號進行累加，并統(tǒng)計總的信號幅值和作圖。圖1 仿真模型結構圖五. 實驗步驟5.1 打開matlab應用軟件，如圖2所示。5.2

5、 在圖2中右邊的命令窗(Command Window)的光標處輸入：simulink,回車。圖2 Matlab界面5.3 在圖2中，選擇：File>New>Model新建文件，保存在matlab工作目錄下，并取名為 multipath_fading.mdl。5.4 在Find命令行處輸入：Ramp，就在窗口的右邊找到了該仿真模塊圖標。用鼠標右鍵選擇該模塊，將其添加到創(chuàng)建的multipath_fading窗口中。5.5 用相同的方法創(chuàng)建零階保持模塊（Zero-Order Hold）、數(shù)字函數(shù)模塊（Math Function）、子系統(tǒng)模塊（Subsystem）、直方圖（Histogra

6、m）和矢量示波器（Vector Scope）等，觀察每個設備的連接點，用鼠標左鍵把設備連接起來，如圖1所示。5.6 進行參數(shù)設置1）最大多普勒頻移的計算、時間t的計算、輸入信號（如圖3、圖4所示） 該部分實現(xiàn)了最大多普勒頻移的計算：m =。其中載波頻率，光速,信宿的移動速度取33.33(相當于120)。而仿真計算中用到的時間t是通過一個零階采樣保持器對一個斜率為1的斜坡函數(shù)進行采樣，可按照后續(xù)模塊需要的采樣速率得到時間t。根據(jù)實驗原理的簡化假設，輸入信號固定為1。圖3 最大多普勒頻移的計算圖4 時間t的計算2）無線傳輸路徑的仿真（如圖5所示）路徑的入射角度常數(shù)（圖5中Angle模塊）設為02上

7、的隨機值，初始相位常數(shù) （圖5中的Phase模塊）設為02的隨機值，路徑的增益（圖5中的Gainl模塊）設為01的隨機值。輸入信號為常數(shù)1，表示輸入信號復包絡為1。圖5 每條無線路徑的仿真模型3）求和、統(tǒng)計和顯示（如圖6所示）該部分實現(xiàn)了40條路徑的復包絡求和，將求和之后的信號幅值取絕對值，然后一起被送去直方圖統(tǒng)計，并顯示其直方圖；另一支路換算成dB單位，并顯示其時域波形。圖6 求和、統(tǒng)計和顯示5.7 用鼠標點擊“運行仿真模型按鈕”即可運行multipath_fading.mdl,觀察實驗結果。6. 實驗現(xiàn)象與結果運行multipath_fading.mdl,可以得到以下的仿真結果。圖7顯示了

8、仿真1s得到的時域波形，該時域波形反映了信號經過多徑衰落信道傳輸，1s內信宿接收到的信號幅值的變化情況。可以看到信號幅值隨時間發(fā)生劇烈變化（衰落），最高幅值和最低幅度之間相差超過了40dB。經過局部放大，可以看到如圖8所示的細節(jié)。從圖8可以看到信號幅值的波動具有一定的周期規(guī)律，相鄰的深衰落之間的時間間隔比較穩(wěn)定，經過測量大致是0.006s，對應33.33m/s的信宿移動速度，信宿大致移動了20cm，對應900MHz的載波頻率，20cm大致相當于1/2波長。圖7 經過多徑衰落信道接收到的信號幅值圖8 圖7的局部恒定幅度信號經過多徑衰落信道后幅值統(tǒng)計結果如圖9所示，圖9 直方圖統(tǒng)計結果七. 實驗數(shù)

9、據(jù)處理方法 圖像法八. 參考文獻 (1)現(xiàn)代通信原理實驗及仿真教程 何文學,金爭,景艷梅,毛慰民編著 (2)現(xiàn)代通信技術講義PPT (3)通信原理(第六版)樊昌信,曹麗娜編著九思考題 9.1 綜述無線多徑衰落信道的特征及其產生機理。答：在通信系統(tǒng)中，由于通信地面站天線波束較寬，受地物、地貌和海況等諸多因素的影響，使接收機收到經折射、反射和直射等幾條路徑到達的電磁波，這種現(xiàn)象就是多徑效應。這些不同路徑到達的電磁波射線相位不一致且具有時變性，導致接收信號呈衰落狀態(tài)；這些電磁波射線到達的時延不同，又導致碼間干擾。若多射線強度較大，且時延差不能忽略，則會產生誤碼，這種誤碼靠增加發(fā)射功率是不能消除的，而

10、由此多徑效應產生的衰落叫多徑衰落，它也是產生碼間干擾的根源。9.2 分析仿真中各模塊的作用并結合實驗內容得出相關結果，綜述你的見解。答：仿真模型中左上角四個Constant模塊以及一個Divide模塊實現(xiàn)了最大多普勒頻移的計算，即m =。Constant1為信宿的移動速度取33.33，Constant2為載波頻率，Constant3為光速, Constant4為，Divide模塊實現(xiàn)了以上數(shù)據(jù)的乘除；Ramp模塊為一個斜率為1的斜坡函數(shù)和Zero-Order Hold模塊為一個零階采樣保持器，這兩個模塊可以按照后續(xù)模塊需要的采樣速率得到時間t；每一個Subsystem模塊中，都是一個無線路徑的仿真模型，最后通過Sum模塊求和再經Abs模塊、Math Function模塊、Gain模塊、Scope模塊和Histogram模塊、Vector Scope模塊進行統(tǒng)計和顯示功能的實現(xiàn)。仿真結果的時域波形反映了信號經過多徑衰落信道傳輸，1s內信宿接收到的信號幅值的變化情況。可以看到信號幅值隨時間發(fā)生劇烈變化即衰落，最高幅值和最低幅度之間相差超過了40dB。經局部放大可以看到信號幅值的波動具有一定的周期規(guī)律，相鄰的深衰落之間的時間間隔比較穩(wěn)定，經過測量大致是0.006s，對應33.33m/s的信宿移動速度，信宿大致移動了20cm，對應900MH