基于MATLAB的FIR濾波器語音信號(hào)去噪課程設(shè)計(jì)論文

1、基于MATLAB的FIR濾波器語音信號(hào)去噪課程設(shè)計(jì)論文 *實(shí)踐教學(xué) *蘭州理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院2013年春季學(xué)期通信系統(tǒng)仿訓(xùn)練真課程設(shè)計(jì) 題 目:基于MATLAB的FIR濾波器語音信號(hào)去噪 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾:所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知,除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外,不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果,也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體,均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作 者 簽 名: 日 期:

2、 指導(dǎo)教師簽名: 日 期: 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的規(guī)定,即:按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的印刷本和電子版本;學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的印刷本和電子版,并提供目錄檢索與閱覽服務(wù);學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文;在不以贏利為目的前提下,學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名: 日 期: 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明:所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外,本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體,均已在文中

3、以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名: 日期:年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定,同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版,允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名:日期:年 月 日 導(dǎo)師簽名:日期:年 月 日摘 要 本次課程設(shè)計(jì)做的是多徑時(shí)變信道模型的仿真與性能分析,首先需要建立信道模型,通過對輸入信號(hào)和移動(dòng)臺(tái)的有些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,使用MATLAB

4、進(jìn)行仿真,得到時(shí)域和頻域圖,對比分析掌握多徑信道的特點(diǎn);其次,對瑞利衰落的多徑信道仿真,分析信道模型的特點(diǎn);最后,觀察單頻和數(shù)字信號(hào)經(jīng)過多徑信道后接收信號(hào)的情況。經(jīng)過多次修改調(diào)試,最終完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。關(guān)鍵詞:多徑時(shí)變信道;瑞利衰落;仿真;信道模型目 錄一 多徑信道的基本原理11.1 移動(dòng)通信11.2 多徑時(shí)變信道11.2.1信道模型的分類11.2.2時(shí)變信道的特點(diǎn)11.3瑞利信道衰落2二 實(shí)現(xiàn)框圖32.1多徑時(shí)變信道性能仿真實(shí)現(xiàn)框圖32.2多徑時(shí)變信道仿真實(shí)現(xiàn)4三 詳細(xì)設(shè)計(jì)53.1 瑞利信道的特性53.2多徑時(shí)變信道的特性83.3單頻信號(hào)經(jīng)過時(shí)變信道113.4數(shù)字信號(hào)經(jīng)過多徑時(shí)變信道13總結(jié)1

5、5參考文獻(xiàn)16附錄17致謝29前 言 在無線移動(dòng)環(huán)境下進(jìn)行高速可靠通信是具有挑戰(zhàn)性的 ,電波通過物理媒體傳播并與環(huán)境中的物體相互作用 ,因此 ,無線電波的傳播是個(gè)復(fù)雜過程。在高頻 HF頻段范圍內(nèi) ,電磁波經(jīng)由天波傳播時(shí)經(jīng)常發(fā)生的問題是信號(hào)多徑。電磁波的多徑傳播主要是因?yàn)殡姶挪ń?jīng)電離層的多次折、 反射 ,電離層的高度不同 ,電離層不均勻性引起漫射現(xiàn)象等引起的。當(dāng)信號(hào)的多徑發(fā)生在發(fā)送信號(hào)經(jīng)由傳播路徑以不同的延遲到達(dá)接收機(jī)的時(shí)候 ,一般會(huì)引起數(shù)字通訊系統(tǒng)中的符號(hào)間干擾。而且 ,由不同傳播路徑到達(dá)的各信號(hào)分量會(huì)相互削弱 ,導(dǎo)致信號(hào)能量衰減 ,造成信噪比降低。 移動(dòng)無線信道是一個(gè)充滿復(fù)雜干擾的信道。由環(huán)

6、境中的各種障礙物所引起的信號(hào)多徑傳播是其主要特點(diǎn)之一。另一個(gè)特點(diǎn)是多普勒效應(yīng)。 由于多徑效應(yīng)和移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)等影響因素,使得移動(dòng)信道對傳輸信號(hào)在時(shí)間、頻率和角度上造成了色散,即時(shí)間色散、頻率色散、角度色散等等,因此多徑信道的特性對通信質(zhì)量有著重要的影響,而多徑信道的包絡(luò)統(tǒng)計(jì)特性則是我們研究的焦點(diǎn)。 根據(jù)不同無線環(huán)境,接收信號(hào)包絡(luò)一般服從幾種典型分布,如瑞利分布、萊斯分布等。在此專門針對服從瑞利分布的多徑信道進(jìn)行模擬仿真,進(jìn)一步加深對多徑信道特性的了解。 一 多徑信道的基本原理1.1 移動(dòng)通信 移動(dòng)無線信道是一個(gè)充滿復(fù)雜干擾的信道。由環(huán)境中的各種障礙物所引起的信號(hào)多徑傳播是其主要特點(diǎn)之一。同一發(fā)射機(jī)

7、發(fā)射的電磁波向各個(gè)方向輻射,不同的波遇到不同的障礙物發(fā)生反射折射以及散射衍射等作用會(huì)使得波束到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間、幅度和相位均發(fā)生延遲與畸變,例如若發(fā)射一個(gè)窄脈沖經(jīng)過無線信道后將在接收端收到一連串幅度和相位均不同的脈沖串,如果在這個(gè)期間內(nèi)連續(xù)發(fā)射多個(gè)脈沖,將在接收端產(chǎn)生混疊發(fā)生誤碼的幾率大大提高。另一個(gè)特點(diǎn)是多普勒效應(yīng)。移動(dòng)通信中的終端基本處于移動(dòng)的狀態(tài),這就導(dǎo)致了電磁波的多普勒效應(yīng)。由于到達(dá)接收機(jī)的雜散波的方向相位均不同所引起的多普勒效應(yīng)也不盡相同,更加惡化了接收信號(hào)?！?】1.2 多徑時(shí)變信道 按照調(diào)制信道模型,信道可以分為恒參信道和隨參信道兩類。部分無線信道和各種有線信道,包括衛(wèi)星鏈路(li

8、nk)和某些視距傳輸鏈路,可以當(dāng)做恒參信道看待,因?yàn)樗鼈兊奶匦宰兓苄?、很?可以視作其參量恒定。恒參信道實(shí)際上就是一個(gè)非時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)?！?】 隨參信道對信號(hào)傳輸?shù)挠绊?依靠天波傳播和地波傳播的無線電信道、某些視距傳輸信道和各種散射信道就是隨參信道。隨參信道的特性是“時(shí)變”的。例如,在用天波傳播時(shí),電離層的高度和離子濃度隨時(shí)間、季節(jié)、年份而在不斷變化,使信道特性隨之變化。在移動(dòng)通信中,由于移動(dòng)臺(tái)在運(yùn)動(dòng),收發(fā)兩點(diǎn)之間的傳輸路徑自然也在變化,從而使得信道參量也不斷變化。 一般來說,各種隨參信道具有的共同特性是: (1)信號(hào)的傳輸衰減隨時(shí)間而變; (2)信號(hào)的傳輸時(shí)延隨時(shí)間而變;(3)信號(hào)經(jīng)過幾條路

9、徑到達(dá)接收端,而且每條路徑的長度(時(shí)延)和衰減都隨時(shí)間而變,即存在多徑傳播(multipath propagation)現(xiàn)象。 多徑傳播對信號(hào)的影響稱為多徑效應(yīng)。他對信號(hào)傳輸質(zhì)量的影響很大?！?】1.3瑞利信道衰落 在陸地移動(dòng)通信中,移動(dòng)臺(tái)往往受到各種障礙物和其他移動(dòng)體的影響,以致到達(dá)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)是來自不同傳播路徑的信號(hào)之和。而描述這樣一種信道的常用信道模型便是瑞利衰落信道。 和振幅恒定、單一頻率的發(fā)射信號(hào)相比,接收信號(hào)波形的包絡(luò)有了起伏,頻率也不再是單一頻率,而有了擴(kuò)展,成為窄帶信號(hào),信號(hào)包絡(luò)因傳播有了起伏的現(xiàn)象稱為衰落(fading)。多徑傳播使信號(hào)包絡(luò)產(chǎn)生的起伏雖然比信號(hào)的周期緩慢,但是

10、仍然可能是在秒或秒以下的數(shù)量級,衰落的周期常能和數(shù)字信號(hào)的一個(gè)碼元周期相比較,故通常將由多徑效應(yīng)引起的衰落稱為快衰落。 瑞利衰落信道(Rayleigh fading channel)是一種無線電信號(hào)傳播環(huán)境的統(tǒng)計(jì)模型。這種模型假設(shè)信號(hào)通過無線信道之后,其信號(hào)幅度是隨機(jī)的,表現(xiàn)為“衰落”特性,并且多徑衰落的信號(hào)包絡(luò)服從瑞利分布。由此,這種多徑衰落也稱為瑞利衰落。 這一信道模型能夠描述由電離層和對流層反射的短波信道,以及建筑物密集的城市環(huán)境。瑞利衰落只適用于從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)不存在直射信號(hào)的情況,否則應(yīng)使用萊斯衰落信道作為信道模型?！?】 假設(shè)經(jīng)反射(或散射)到達(dá)接收天線的信號(hào)為N個(gè)幅值和相位均隨機(jī)

11、的且統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的信號(hào)之和。信號(hào)振幅為r,相位為,則其包絡(luò)概率密度函數(shù)為1-1所示: Pr r0 1-1 相位概率密度函數(shù)為1-2所示: P1/2()1-2 二 實(shí)現(xiàn)框圖 信號(hào)經(jīng)過多徑信道后,會(huì)產(chǎn)生碼間干擾和衰落,其中衰落快慢取決于信道隨時(shí)間變化的快慢,而碼間干擾的嚴(yán)重程度取決于碼元間隔和多徑間的時(shí)延差的相對關(guān)系。多徑效應(yīng)總的來說有三點(diǎn),即對單一正弦波產(chǎn)生頻域彌散,對寬帶信號(hào)頻率選擇性衰落以及對數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生時(shí)域彌散。時(shí)變信道仿真實(shí)現(xiàn)框圖如2-1-1所示: 圖2-1 多徑時(shí)變信道仿真實(shí)現(xiàn)框圖2.2多徑時(shí)變信道仿真實(shí)現(xiàn) 時(shí)變信道是指信道的參數(shù)隨時(shí)間變化的信道,特點(diǎn)是信號(hào)的傳輸衰減隨時(shí)間變化;信號(hào)的傳輸

12、時(shí)延也是隨時(shí)間而變的。時(shí)變信道對信號(hào)傳輸?shù)挠绊懯鞘馆斎胄盘?hào)的頻率彌散。 多徑信道是輸入信號(hào)傳輸?shù)膫鬏斅窂讲恢褂幸粭l,接收端同時(shí)收到來自多條傳輸路徑的信號(hào),這些信號(hào)可能是同相相加或反向相消。多徑傳播對信號(hào)的影響稱為多徑效應(yīng),會(huì)對信號(hào)傳輸質(zhì)量造成很大的影響。 當(dāng)輸入為單頻(振幅恒定,頻率單一)信號(hào)時(shí),經(jīng)過多徑時(shí)變信道的傳輸后,接收信號(hào)的波形包絡(luò)隨時(shí)間隨機(jī)起伏,輸出不再是單頻信號(hào),而是一個(gè)窄帶信號(hào),帶寬大小隨時(shí)變因素的快慢決定。經(jīng)過多徑時(shí)變信道傳輸以后,多徑信道的時(shí)延以及衰減均不相同,導(dǎo)致接收信號(hào)的幅度不同,頻率也增多了。 當(dāng)輸入為數(shù)字信號(hào)時(shí),經(jīng)過多徑時(shí)變信道,針對數(shù)字信號(hào)體現(xiàn)在碼間干擾上。由于各徑

13、時(shí)延不同,通過個(gè)路徑的衰減也是不同的,信號(hào)經(jīng)過多條路徑后到達(dá)接收端形成碼間干擾?！?】 三 詳細(xì)設(shè)計(jì) 本次課程設(shè)計(jì)中多徑信道的信道模型建立,性能分析,瑞利衰落的多徑信道模型等仿真分析都使用了MATLAB平臺(tái)。MATLAB的數(shù)據(jù)分析和處理功能十分強(qiáng)大,運(yùn)用它來進(jìn)行語音信號(hào)的分析、處理和可視化相當(dāng)便捷。而且編程易學(xué)、直觀,代碼非常符合人們的思維習(xí)慣。MATLAB幾乎可以在各種機(jī)型和操作系統(tǒng)上運(yùn)行,所以在可移植性和可擴(kuò)充性上MATLAB遠(yuǎn)優(yōu)越于其他的高級編程語言。3.1 瑞利信道的特性(1)瑞利分布分析幅度與相位的分布特性:包絡(luò) r 服從瑞利分布,在02內(nèi)服從均勻分布。瑞利分布的概率分布密度如圖3-

14、1-2所示:(2)多徑衰落信道基本模型離散多徑衰落信道模型為3-1所示: (3-1)其中,復(fù)路徑衰落,服從瑞利分布; 是多徑時(shí)延。 多徑衰落信道模型框圖如圖3-1-1所示: 圖3-1-1 多徑衰落信道模型框圖(3)產(chǎn)生服從瑞利分布的路徑衰落rt 利用窄帶高斯過程的特性,其振幅服從瑞利分布,其振幅可以使用3-2所示的公式求出: (3-2)上式中,分別為窄帶高斯過程的同相和正交支路的基帶信號(hào)?！?】(4)模型的適用 瑞利衰落模型適用于描述建筑物密集的城鎮(zhèn)中心地帶的無線信道。密集的建筑和其他物體使得無線設(shè)備的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間沒有直射路徑,而且使得無線信號(hào)被衰減、反射、折射、衍射。通過電離層和對流層

15、反射的無線電信道可用瑞利衰落來描述,因?yàn)榇髿庵写嬖诘母鞣N粒子能夠?qū)o線信號(hào)大量散射。瑞利衰落屬于小尺度的衰落效應(yīng),它總是疊加于如陰影、衰減等大尺度衰落效應(yīng)上。 信道衰落的快慢與發(fā)射端和接收端的相對運(yùn)動(dòng)速度的大小有關(guān)。相對運(yùn)對導(dǎo)致接收信號(hào)的多普勒頻移。瑞利分布的概率密度曲線及瑞利信道的包絡(luò)如圖3-1-2所示: 圖3-1-2 瑞利分布的概率密度曲線及瑞利信道的包絡(luò) 移動(dòng)臺(tái)速度變化時(shí)對信道的瑞利衰落會(huì)產(chǎn)生一定的影響,圖3-1-3所示為V30千米/小時(shí)以及V120千米/小時(shí)時(shí)的信道曲線圖: 圖3-1-3 不同速度下的瑞利信道曲線 從圖3-1-3中可以看出,速度越大對信道瑞利衰落影響就會(huì)越大。 移動(dòng)無線

16、信道是一個(gè)充滿復(fù)雜干擾的信道。由環(huán)境中的各種障礙物所引起的信號(hào)多徑傳播是其主要特點(diǎn)之一。 多徑導(dǎo)致頻率選擇性,在同一位置,由于反射徑信號(hào)的存在,發(fā)射不同頻率的信號(hào)時(shí),在接收機(jī)處接收到信號(hào)有的頻率是被增強(qiáng)了,有的頻率是被削弱了。頻率選擇性由此產(chǎn)生。把那些受到的影響基本一致的頻率范圍叫做相干帶寬。 時(shí)變信道是指信道的參數(shù)隨時(shí)間變化的信道,特點(diǎn)是信號(hào)的傳輸衰減隨時(shí)間變化;信號(hào)的傳輸時(shí)延也是隨時(shí)間而變的;信號(hào)經(jīng)過多條路徑到達(dá)接收端,而且每條路將的長度(時(shí)延)和衰減都是隨時(shí)間而變化的。時(shí)變信道對信號(hào)傳輸?shù)挠绊懯鞘馆斎胄盘?hào)的頻率彌散。 多徑信道是輸入信號(hào)傳輸?shù)膫鬏斅窂讲恢褂幸粭l,接收端同時(shí)收到來自多條傳輸

17、路徑的信號(hào),這些信號(hào)可能是同相相加或反向相消。多徑傳播對信號(hào)的影響稱為多徑效應(yīng),其會(huì)對信號(hào)傳輸質(zhì)量造成很大的影響。 多普勒頻移反映了信道的時(shí)變性,多普勒頻移越大,信道的相干時(shí)間就越短,合成信號(hào)包絡(luò)變化越快。相干時(shí)間只是說信道在這段時(shí)間內(nèi)特性基本不變。至于這段時(shí)間內(nèi)是增強(qiáng)信號(hào)還是消弱信號(hào)則沒有體現(xiàn)。(1)在其它參數(shù)不變的情況下 畫出移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離r03000時(shí)的接收信號(hào)情況,如圖3-2-1所示: 圖3-2-1 移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離為r03000的接收信號(hào) 藍(lán)色線:直射徑的信號(hào);綠色線:反射徑的信號(hào);紅色線:移動(dòng)臺(tái)接收到的第1徑和第2徑的合成信號(hào),從圖3-2-1可以看出,即使移動(dòng)臺(tái)是靜止

18、的(V0),由于反射徑的存在,使得接收到的合成信號(hào)最大值要小于直射徑的信號(hào)。(2)移動(dòng)臺(tái)在不同位置的多徑信號(hào) 移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離分別設(shè)置為r01000,r09000,r014000其它條件保持不變時(shí),接收到的信號(hào)的情況如圖3-2-2所示:圖3-2-2 r0取不同值時(shí)接收信號(hào)的情況 從圖3-2-2中可得出結(jié)論:使移動(dòng)臺(tái)靜止,由于反射徑的存在,使接收信號(hào)要比沒有反射徑時(shí)的信號(hào)弱,衰落由此產(chǎn)生。(3)不同頻率的信號(hào)經(jīng)過多徑信道f3e8,f9e8,f27e8,接收信號(hào)的情況如圖3-2-3所示:圖3-2-3 f取不同值時(shí)接收信號(hào)的情況 若f逐步變大,有些頻率被削弱,f充分大時(shí),看出合成信號(hào)被削弱了,

19、那些受到影響基本保持一致的頻率范圍稱為相干帶寬,在同一位置,由于反射鏡信號(hào)的存在,發(fā)射不同信號(hào)的頻率,在接收機(jī)收到的信號(hào)有的被加強(qiáng),有的信號(hào)被減弱,這就是所謂的頻率選擇性衰落。【6】(4)仿真移動(dòng)臺(tái)不同速度的信號(hào)的多徑信號(hào)改變 移動(dòng)臺(tái)速度不同的信號(hào)經(jīng)過多徑信道v0, v300其它條件不變時(shí)接收信號(hào)的情況如圖3-2-4所示: 圖3-2-4 V值不同時(shí)接收信號(hào)的情況 移動(dòng)臺(tái)有速度時(shí),發(fā)現(xiàn)即使同一頻率,同一位置,在不同的時(shí)間點(diǎn),合成信號(hào)的強(qiáng)度也是不一樣的,有的地方信號(hào)衰減,有的地方信號(hào)增強(qiáng)。當(dāng)速度由0增加到300時(shí),直射徑信號(hào)減弱,反射徑信號(hào)增強(qiáng),合成信號(hào)減弱。 多徑傳播對信號(hào)的影響稱為多徑效應(yīng),其

20、會(huì)對信號(hào)傳輸質(zhì)量造成很大的影響。當(dāng)輸入為單頻信號(hào)時(shí),經(jīng)過多徑時(shí)變信道的傳輸后,接收信號(hào)的波形包絡(luò)隨時(shí)間隨機(jī)起伏,輸出不再是單頻信號(hào),而是一個(gè)窄帶信號(hào),帶寬大小隨上事變因素的快慢決定。經(jīng)過多徑時(shí)變信道傳輸以后,多徑信道的時(shí)延以及衰減均不相同,導(dǎo)致接收信號(hào)的幅度不同,頻率也增多了。 一個(gè)幅度為 1, 頻率為10Hz 的單頻信號(hào)經(jīng)過 20 條路徑傳輸?shù)玫降牟ㄐ渭邦l譜,并且這 20 條路徑的衰減相同,但時(shí)延的大小隨時(shí)間變化,每徑的時(shí)延變化規(guī)律為正弦型,變化的頻率是從0-2Hz 隨機(jī)均勻抽取的。(1)輸入的單頻正弦信號(hào)時(shí)域及頻域圖如3-3-1所示: 圖3-3-1 單頻信號(hào)的時(shí)域及頻域圖 從圖3-3-1中

21、可看出,原信號(hào)為單一正弦信號(hào),時(shí)域標(biāo)準(zhǔn)正弦,頻域單一沖激。信號(hào)的幅值為1,頻率為10Hz。(2)信號(hào)經(jīng)多徑傳播后在接收端所得信號(hào)時(shí)域及頻域圖 圖3-3-2 經(jīng)過20徑后信號(hào)的時(shí)域及頻域圖 由圖3-3-2可知,過多徑傳播后,不同路徑時(shí)延不同,不同時(shí)延的信號(hào)疊加,導(dǎo)致時(shí)域圖形不再是單一正弦,出現(xiàn)了其它的頻率。(由于采樣頻率的關(guān)系,看起來還是光滑曲線)頻域出現(xiàn)了毛刺,即頻域擴(kuò)散。 多徑時(shí)變信道對數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生時(shí)域彌散。數(shù)字信號(hào)經(jīng)過多徑時(shí)變信道,發(fā)生碼間干擾上。由于各徑時(shí)延不同,通過個(gè)路徑的衰減也是不同,信號(hào)經(jīng)過多條路徑到達(dá)接收端形成碼間干擾。一條三徑傳輸?shù)男诺?其參數(shù)如下: 畫出信道的幅頻響應(yīng)和相頻響

22、應(yīng)如3-4-1所示: 圖3-4-1 三徑信道的幅頻、相頻響應(yīng)圖畫出Ts1時(shí)輸出信號(hào)波形及輸出信號(hào)的幅度譜如圖3-4-2所示: 圖3-4-2 數(shù)字信號(hào)進(jìn)入三徑信道輸出信號(hào)的波形及幅度譜 畫出Ts4時(shí)輸出信號(hào)波形及輸出信號(hào)的幅度譜如圖3-4-3所示: 圖3-4-3 改變Ts后畫出信號(hào)波形及輸出信號(hào)幅度譜 由圖3-4-2及3-4-3可以看出,隨著Ts的增大,輸出信號(hào)的波形與輸入信號(hào)的波形越接近。因?yàn)樾诺婪忍匦圆皇呛芾硐?會(huì)造成輸入信號(hào)失真,針對模擬信號(hào)體現(xiàn)在波形失真上;針對數(shù)字信號(hào)體現(xiàn)在碼間干擾上。由于各徑時(shí)延不同,通過個(gè)路徑的衰減也是不同的,信號(hào)經(jīng)過多條路徑后到達(dá)接收端形成碼間干擾。 總結(jié) 本次

23、課程設(shè)計(jì)中多徑信道的信道模型建立,性能分析,瑞利衰落的多徑信道模型等仿真分析都使用了MATLAB平臺(tái)。從仿真圖形可以形象的反應(yīng)出多徑時(shí)變信道的特點(diǎn)及性能。根據(jù)不同無線環(huán)境,接收信號(hào)包絡(luò)一般服從幾種典型分布,如瑞利分布、萊斯分布等。在這次課程設(shè)計(jì)中專門針對服從瑞利分布的多徑信道進(jìn)行模型仿真,進(jìn)一步加深對多徑信道特性的了解。 信號(hào)經(jīng)過多徑信道后,會(huì)產(chǎn)生碼間干擾和衰落,其中衰落快慢取決于信道隨時(shí)間變化的快慢,而碼間干擾的嚴(yán)重程度取決于碼元間隔和多徑間的時(shí)延差的相對關(guān)系。 時(shí)變信道是指信道參數(shù)隨時(shí)間變化的信道,特點(diǎn)是信號(hào)的傳輸衰減隨時(shí)間變化;信號(hào)的傳輸時(shí)延也是隨時(shí)間而變的。時(shí)變信道對信號(hào)傳輸?shù)挠绊懯鞘?/p>

24、輸入信號(hào)的頻率彌散。多普勒頻移反映了信道的時(shí)變性,多普勒頻移越大,信道的相干時(shí)間就越短,合成信號(hào)包絡(luò)變化越快。 多徑效應(yīng)總的來說有三點(diǎn),即對單一正弦波產(chǎn)生頻域彌散,對寬帶信號(hào)頻率選擇性衰落以及對數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生時(shí)域彌散。單一頻率的信號(hào)經(jīng)多徑時(shí)變信道傳輸后,由于不同路徑時(shí)延不同,不同時(shí)延的信號(hào)疊加,導(dǎo)致時(shí)域圖形不再是單一正弦,從頻譜圖中可以看出,它的頻帶展寬出現(xiàn)了其它頻率,即就是頻域彌散。寬帶信號(hào)經(jīng)過多徑時(shí)變信道,在同一位置,由于反射徑信號(hào)的存在,發(fā)射不同頻率的信號(hào)時(shí),接收機(jī)處收到信號(hào)有的頻率被增強(qiáng)了,有的頻率被削弱了。頻率選擇性由此產(chǎn)生。數(shù)字信號(hào)經(jīng)過多徑時(shí)變信道,發(fā)生碼間干擾上。由于各徑時(shí)延不同,

25、通過個(gè)路徑的衰減也是不同,信號(hào)經(jīng)過多條路徑到達(dá)接收端形成碼間干擾。 通過理論與仿真的結(jié)合,我更加深入的了解了多徑時(shí)變信道的性質(zhì)和特點(diǎn),帶給我很大的收獲。 參考文獻(xiàn)1 覃團(tuán)發(fā)、姚海濤、覃遠(yuǎn)年、陳海強(qiáng)移動(dòng)通信. 重慶大學(xué)出版社 23:482 Gordon.Stuber .移動(dòng)通信原理. 電子工業(yè)出版社 51:563 宋榮方.矢量多徑信道的衰落相關(guān)特性南京郵電學(xué)院學(xué) 18:224 樊昌信. 通信原理 M .第 5版.北京:國防工業(yè)出版社, 2001. 44:485 Bernard Sklar.數(shù)字通信?基礎(chǔ)與應(yīng)用.徐平平、宋鐵成,譯.北京:電子工業(yè)出版社, 200277:806 梁斌、朱洪波. 移動(dòng)

26、通信 Rician信道中的多普勒影響分析 66:69 附錄fc900*10.6; %Carrier frequency wc2*pi*fc;v130*1000/3600; %接收端速度 c300*106; wmwc*v1/c; %imum shift fmwm/2*pi; %Doppler shiftN 128*100; % generate Doppler power spectrum deltaf 2*fm/N-1; T 1/deltaf; sf0 1.5/pi*fm; for n 1:N-2/2 sfn 1.5/pi*fm*sqrt1-n*deltaf/fm2; end classicf

27、 fliplrsf,sf0,sf; % generate two normally distributed random variables gaussN_re1 randn1,N-2/2; gaussN_im1 randn1,N-2/2; gaussN_pos1 gaussN_re1 + i*gaussN_im1; gaussN_neg1 conjgaussN_pos1; gaussN1 fliplrgaussN_neg1,0,gaussN_pos1; gaussN_re2 randn1,N-2/2; gaussN_im2 randn1,N-2/2; gaussN_pos2 gaussN_r

28、e2 + i*gaussN_im2; gaussN_neg2 conjgaussN_pos2; gaussN2 fliplrgaussN_neg2,0,gaussN_pos2; % generating flat Rayleigh fading channel x ifftsqrtclassicf.*gaussN1; y ifftsqrtclassicf.*gaussN2; rayleigh_amp sqrtabsx.2+absy.2; rayleigh_db 20*log10rayleigh_amp; figure1;subplot211plotrayleigh_db; title'

29、瑞利分布的包絡(luò)'r sqrt0.5*gaussN_re1.2 + gaussN_re2.2;step 0.1; range 0:step:3;h histr, range;fr_approx h/step*sumh;fr range/0.5.*exp-range.2;subplot212plotrange, fr_approx,'ko', range, fr,'k'title'瑞利分布的概率密度曲線'grid;function hrayleighfd,t %產(chǎn)生瑞利衰落信道fc900*106; %選取載波頻率v130*1000/3600;

30、 %移動(dòng)速度v130km/hc3*108; %定義光速fdv1*fc/c;%多普勒頻移ts1/10000;%信道抽樣時(shí)間間隔t0:ts:1;%生成時(shí)間序列h1rayleighfd,t; %產(chǎn)生信道數(shù)據(jù)v2120*1000/3600; %移動(dòng)速度v2120km/hfdv2*fc/c;%多普勒頻移h2rayleighfd,t; %產(chǎn)生信道數(shù)據(jù)subplot2,1,1,plot20*log10absh11:10000title'v30km/h時(shí)的信道曲線'xlabel'時(shí)間'ylabel'功率'subplot2,1,2,plot20*log10absh

31、21:10000title'v120km/h時(shí)的信道曲線'xlabel'時(shí)間'ylabel'功率'function hrayleighfd,t%該程序利用改進(jìn)的jakes模型來產(chǎn)生單徑的平坦型瑞利衰落信道%輸入變量說明:% fd:信道的最大多普勒頻移 單位Hz% t :信號(hào)的抽樣時(shí)間序列,抽樣間隔單位s% h為輸出的瑞利信道函數(shù),是一個(gè)時(shí)間函數(shù)復(fù)序列N40; %假設(shè)的入射波數(shù)目wm2*pi*fd;MN/4; %每象限的入射波數(shù)目即振蕩器數(shù)目Tczeros1,lengtht; %信道函數(shù)的實(shí)部Tszeros1,lengtht;%信道函數(shù)的虛部P_n

32、orsqrt1/M;%歸一化功率系theta2*pi*rand1,1-pi;%區(qū)別個(gè)條路徑的均勻分布隨機(jī)相位for n1:M%第i條入射波的入射角alfan2*pi*n-pi+theta/N;fi_tc2*pi*rand1,1-pi;%對每個(gè)子載波而言在-pi,pi之間均勻分布的隨機(jī)相位fi_ts2*pi*rand1,1-pi;TcTc+2*coswm*t*cosalfan+fi_tc;TsTs+2*coswm*t*sinalfan+fi_ts; %計(jì)算沖激響應(yīng)函數(shù)end;h P_nor*Tc+j*Ts;%乘歸一化功率系數(shù)得到傳輸函數(shù)clear allf9e8; %發(fā)射信號(hào)頻率v0; %移動(dòng)臺(tái)

33、速度,靜止情況為0c3e8; %電磁波速度,光速r03000; %移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離d15000; %基站距離反射墻的距離t10:0.00000000005:0.00000002; %時(shí)間E1cos2*pi*f*1-v/c.*t1-r0/c./r0+v.*t1; %直射徑信號(hào)E2cos2*pi*f*1+v/c*t1+r0-2*d/c./2*d-r0-v*t1; %反射徑信號(hào)figureplott1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r' %畫出直射徑、反射徑和總的接收信號(hào)legend'直射徑信號(hào)','反射徑信號(hào)'

34、;,'移動(dòng)臺(tái)接收的合成信號(hào)'figureplott1,E1-E2clear allf9e8;%發(fā)射信號(hào)頻率v0; %移動(dòng)臺(tái)速度,靜止情況為0c3e8; %電磁波速度,光速r01000; %移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離d15000; %基站距離反射墻的距離t10:0.0000000000005:0.00000001; %時(shí)間E1cos2*pi*f*1-v/c.*t1-r0/c./r0+v.*t1; %直射徑信號(hào)E2cos2*pi*f*1+v/c*t1+r0-2*d/c./2*d-r0-v*t1; %反射徑信號(hào)subplot2,3,1plott1,E1,t1,E2,'-g'

35、;,t1,E1-E2,'-r' %畫出直射徑、反射徑和總的接收信號(hào)legend'直射徑信號(hào)','反射徑信號(hào)','移動(dòng)臺(tái)接收的合成信號(hào)'%axis0 12 -0.5 0.5subplot2,3,4plott1,E1-E2f9e8; %發(fā)射信號(hào)頻率v0; %移動(dòng)臺(tái)速度,靜止情況為0c3e8; %電磁波速度,光速r03000; %移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離d15000;%基站距離反射墻的距離t10:0.0000000000005:0.00000001; %時(shí)間E1cos2*pi*f*1-v/c.*t1-r0/c./r0+v.*t1; %直射

36、徑信號(hào)E2cos2*pi*f*1+v/c*t1+r0-2*d/c./2*d-r0-v*t1; %反射徑信號(hào)subplot2,3,2plott1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r' %畫出直射徑、反射徑和總的接收信號(hào)%axis0 12 -0.5 0.5subplot2,3,5;plott1,E1-E2f9e8; %發(fā)射信號(hào)頻率v0;%移動(dòng)臺(tái)速度,靜止情況為0c3e8; %電磁波速度,光速r09000;%移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離d15000; %基站距離反射墻的距離t10:0.0000000000005:0.00000001;%時(shí)間E1cos2*p

37、i*f*1-v/c.*t1-r0/c./r0+v.*t1; %直射徑信號(hào)E2cos2*pi*f*1+v/c*t1+r0-2*d/c./2*d-r0-v*t1; %反射徑信號(hào)subplot2,3,3plott1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r' %畫出直射徑、反射徑和總的接收信號(hào)%axis0 12 -0.5 0.5subplot2,3,6plott1,E1-E2clear allf3e8; %發(fā)射信號(hào)頻率v0; %移動(dòng)臺(tái)速度,靜止情況為0c3e8;%電磁波速度,光速r03000; %移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離d15000; %基站距離反射墻的距離

38、05:0.00000001; %時(shí)間E1cos2*pi*f*1-v/c.*t1-r0/c./r0+v.*t1; %直射徑信號(hào)E2cos2*pi*f*1+v/c*t1+r0-2*d/c./2*d-r0-v*t1; %反射徑信號(hào)subplot2,3,1plott1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r'%畫出直射徑、反射徑和總的接收信號(hào)legend'直射徑信號(hào)','反射徑信號(hào)','移動(dòng)臺(tái)接收的合成信號(hào)'%axis0 12 -0.5 0.5subplot2,3,4plott1,E1-E2f9e8; %發(fā)射

39、信號(hào)頻率v0; %移動(dòng)臺(tái)速度,靜止情況為0c3e8;%電磁波速度,光速r03000; %移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離d15000;%基站距離反射墻的距離t10:0.0000000000005:0.00000001;%時(shí)間E1cos2*pi*f*1-v/c.*t1-r0/c./r0+v.*t1; %直射徑信號(hào)E2cos2*pi*f*1+v/c*t1+r0-2*d/c./2*d-r0-v*t1; %反射徑信號(hào)subplot2,3,2plott1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r'%畫出直射徑、反射徑和總的接收信號(hào)%axis0 12 -0.5 0.5su

40、bplot2,3,5;plott1,E1-E2f27e8; %發(fā)射信號(hào)頻率v0; %移動(dòng)臺(tái)速度,靜止情況為0c3e8;%電磁波速度,光速r03000; %移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離d15000; %基站距離反射墻的距離t10:0.0000000000005:0.00000001; %時(shí)間E1cos2*pi*f*1-v/c.*t1-r0/c./r0+v.*t1; %直射徑信號(hào)E2cos2*pi*f*1+v/c*t1+r0-2*d/c./2*d-r0-v*t1; %反射徑信號(hào)subplot2,3,3plott1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r'%畫

41、出直射徑、反射徑和總的接收信號(hào)%axis0 12 -0.5 0.5subplot2,3,6plott1,E1-E2clear allf90;%發(fā)射信號(hào)頻率v0;%移動(dòng)臺(tái)速度,靜止情況為0c3e8; %移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離d150; %基站距離反射墻的距離05:0.1; %時(shí)間E1cos2*pi*f*1-v/c.*t1-r0/c./r0+v.*t1; %直射徑信號(hào)E2cos2*pi*f*1+v/c*t1+r0-2*d/c./2*d-r0-v*t1; %反射徑信號(hào)subplot2,2,1plott1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r' %畫出直

42、射徑、反射徑和總的接收信號(hào)legend'直射徑信號(hào)','反射徑信號(hào)','移動(dòng)臺(tái)接收的合成信號(hào)'subplot2,2,2plott1,E1-E2clear allf90; %發(fā)射信號(hào)頻率v300; %移動(dòng)臺(tái)速度,靜止情況為0c3e8;%電磁波速度,光速r030;%移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離d150;%基站距離反射墻的距離t10:0.0005:0.1;%時(shí)間E1cos2*pi*f*1-v/c.*t1-r0/c./r0+v.*t1; %直射徑信號(hào)E2cos2*pi*f*1+v/c*t1+r0-2*d/c./2*d-r0-v*t1; %反射徑信號(hào)subplo

43、t2,2,3plott1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r'%畫出直射徑、反射徑和總的接收信號(hào)legend'直射徑信號(hào)','反射徑信號(hào)','移動(dòng)臺(tái)接收的合成信號(hào)'subplot2,2,4plott1,E1-E2clc;close all;clear all;A1;f10;decay0.8; dt0.01; t0:dt:10;L20;fdelay2*rand1,L;wdelay0rand1,L*2*pi; xcos2*pi*f*t;for i1:L wdelayi,:cos2*pi*fdelayi

44、*t; si,:decay*cos2*pi*f*t+wdelayi,:+wdelay0i;endysums/sqrtL;figure1;subplot211;plott,x;xlabel't/s'ylabel'xt'title'單頻信號(hào)時(shí)域圖'axis0 2 -1.5 1.5;subplot212;f1absfftx,1024;plot0:100/1024:100-100/1024,f1;xlabel'f/Hz'ylabel'Hf'title'單頻信號(hào)頻域圖'axis0 30 0 500;figur

45、e2;subplot211;plott,y;xlabel't/s'ylabel'yt'title'經(jīng)過20徑后信號(hào)時(shí)域圖'subplot212;f2absffty,1024;plot0:100/1024:100-100/1024,f2;xlabel'f/Hz'ylabel'Hf'title'經(jīng)過20徑后信號(hào)頻域圖'axis0 30 0 500;clc;clear all;f-1:0.001:1;%定義f的范圍h10.5*exp-j*2*pi*f*0;h20.707*exp-j*2*pi*f*1;h3

46、0.5*exp-j*2*pi*f*2;hh1+h2+h3;%信道的響應(yīng)figure1subplot2,1,1;plotf,h;title'信道幅頻響應(yīng)'grid on;axis-2 2 -0.5 2; %定義坐標(biāo)的范圍subplot2,1,2;plotf,angleh/pi;title'信道相頻響應(yīng)'grid on ;clc;clear all;a rand1,10000.5;sample8; %每個(gè)碼元的抽樣點(diǎn)數(shù)Ts1 ;dt1/sample;%抽樣時(shí)間間隔f-2:0.01:1.99;N100 ; %碼元數(shù)t0:dt:N*sample-1*Ts*dt;bt0;

47、for i1:1000 btbt+ai*t0+i*Ts-tTs+i*Ts;endst0.5*bt+0.707*zeros1,sample,bt1:lengtht-sample+0.5*zeros1,2*sample,bt1:lengtht-2*sample;figure2subplot2,2,1;plott,bt,'LineWidth',2;title'輸入信號(hào)'grid on;axis0 40 -0.5 1.5;subplot2,2,2;plott,st,'LineWidth',2;title'輸出信號(hào)'grid on;axis

48、0 40 -0.5 2;SF1absfftbt,1024;subplot2,2,3;plotSF1/10,'LineWidth',2;axis0 512 0 60;title'輸入信號(hào)幅度譜'grid on;subplot2,2,4;SF2absfftst,1024;plotSF2/10,'LineWidth',2;title'輸出信號(hào)幅度譜'axis0 512 0 60;grid on;clc;clear all;a rand1,10000.5;sample8;%每個(gè)碼元的抽樣點(diǎn)數(shù)Ts4 ;dt1/sample;%抽樣時(shí)間間隔f

49、-2:0.01:1.99;N100;%碼元數(shù)t0:dt:N*sample-1*Ts*dt;bt0;for i1:1000 btbt+ai*t0+i*Ts-tTs+i*Ts;endst0.5*bt+0.707*zeros1,sample,bt1:lengtht-sample+0.5*zeros1,2*sample,bt1:lengtht-2*sample;figure3subplot2,2,1;plott,bt,'LineWidth',2;title'輸入信號(hào)'grid on;axis0 40 -0.5 1.5;subplot2,2,2;plott,st,'

50、;LineWidth',2;title'輸出信號(hào)'grid on;axis0 40 -0.5 2;SF1absfftbt,1024;subplot2,2,3;plotSF1/10,'LineWidth',2;axis0 512 0 60;title'輸入信號(hào)幅度譜'grid on;subplot2,2,4;SF2absfftst,1024;plotSF2/10,'LineWidth',2;title'輸出信號(hào)幅度譜'axis0 512 0 60;grid on; 致謝 通過本次的通信系統(tǒng)綜合訓(xùn)練,我們都學(xué)到

51、了許多東西,體會(huì)到了從書本學(xué)習(xí)與實(shí)際應(yīng)用中的不同,這種感同身受必將對我們今后的學(xué)習(xí)與生活帶來很大的幫助。在三周的時(shí)間中,我們的指導(dǎo)老師時(shí)時(shí)在我們的身旁引導(dǎo)我們,幫助我們,傾注他們所有的才華,用心血讓我們學(xué)會(huì)從理論走向?qū)嶋H這一目標(biāo)十分艱辛,對我們來說是飛躍的過程。不會(huì)忘記他們?yōu)榱宋覀兙o縮的眉頭,焦急的眼神,疲倦的笑容,忙碌的身影!謝謝我們的指導(dǎo)老師對我們的幫助!學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明:所呈交的學(xué)位論文,是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作所取得的成果。盡我所知,除文中已經(jīng)特別注明引用的內(nèi)容和致謝的地方外,本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體,均已在文中以明確方式注