實(shí)驗(yàn)四QPSK調(diào)制信號(hào)經(jīng)瑞利衰落信道性能

1、實(shí)驗(yàn)四 QPSK調(diào)制信號(hào)經(jīng)瑞利衰落信道性能一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)用MATLAB實(shí)現(xiàn)QPSK調(diào)制信號(hào)在瑞利衰落信道下系統(tǒng)性能仿真分析。二、實(shí)驗(yàn)原理在陸地移動(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(lái)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。瑞利衰落信道(Rayleigh fading channel)是一種無(wú)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(guò)無(wú)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(duì)流層反射的短波信

2、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)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r2P(r)二-rre 遼 r 0 (r _0)cr相位概率密度函數(shù)為：P(R =、二，(0乞讓2二)三、上機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)原理中所述的相關(guān)程序，CLARK (ex2.m) , Jakes(Rayleigh.m)信道模型。2.驗(yàn)證QPSK調(diào)制信號(hào)經(jīng)根升余弦滾降成形濾波之后在瑞利衰落信道下系統(tǒng)誤比特和誤符號(hào)性能，實(shí)現(xiàn)參考程序 ex11m

3、ain.m, ex11.mdl。四、方案設(shè)計(jì)及步驟1、驗(yàn)證CLARK (ex2.m)信道模型參數(shù)設(shè)置：N :路徑條數(shù) fd:多普勒頻移產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)， 作為幅度系數(shù)利用隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生 均勻隨機(jī)相位計(jì)算合成信號(hào)的分量X、丫 并求合成信號(hào)的包絡(luò)(服從瑞利分布)2、驗(yàn)證 Jakes(Rayleigh.m)信道模型參數(shù)設(shè)置：N :路徑條數(shù) fd :多普勒頻移 t:抽樣時(shí)間序列9E產(chǎn)生信道函數(shù) 的實(shí)虛部產(chǎn)生歸一L-化功率系數(shù)求每條路徑的隨機(jī)相位 及沖激響應(yīng)沖激響應(yīng)與歸一化功率 系數(shù)相乘得到信道傳輸 函數(shù)3、QPSK調(diào)制信號(hào)經(jīng)矩形脈沖成形濾波之后在瑞利衰落信道下系統(tǒng)誤比特和誤符號(hào)性能的 驗(yàn)證。使用rayleigh

4、生成瑞利衰落通過(guò)awgn信道增加噪聲使用intdump對(duì)白高斯、白高斯 加瑞利衰落進(jìn)行匹配濾波解調(diào)4、QPSK調(diào)制信號(hào)經(jīng)根升余弦滾降脈沖成形濾波之后在瑞利衰落信道下系統(tǒng)誤比特和誤符 號(hào)性能的驗(yàn)證。步驟與3基本相同，需要修改的程序如下：1、把 msg_tx=rectpulse(msg_tx,nSamp);改成 msg_tx=rcosflt(msg_tx,fd,fs,sqrt,0.5,nSamp/2);% 換成了根升余弦2、在 QPSK 解調(diào) msg_gr_demod = pskdemod(msg_rx_down,M); 前加上msg_rx_dow n=msg_rx_dow n(n Samp+1:

5、1:le ngth(msg_rx_dow n); %去掉延時(shí)保持同步msg_rx_dow n仁msg_rx_dow n1(n Samp+1:1:le ngth(msg_rx_dow n1);其他不變五、結(jié)果分析1、CLARK模型的驗(yàn)證firm(2)Jakes模型的驗(yàn)證1010率-10fd =10Hz時(shí)的信道功率曲線0-200.30.20.10-500-400-300-200-1000100200300400500頻率100-10fd=20Hz時(shí)的信道功率曲線-3000.10.20.30.40.50.60.70.80.9時(shí)間Doppler Spectrum0.4-2000.10.20.30.40

6、.50.60.70.80.91時(shí)間Doppler Spectrum0.30.20.10-500-400-300-200-1000100200300400500頻率0.43、QPSK調(diào)制信號(hào)經(jīng)矩形脈沖成形濾波之后在瑞利衰落信道下系統(tǒng)誤比特和誤符號(hào)性能的 驗(yàn)證。010-110QPSK在AWGN和Rayleigh衰落信道下的性能-AWGN信道BER-AWGN 信道 SER-Rayleigh 衰 落 +AWGN 信道 BER率 特 比 誤 和 率 號(hào) 符 誤-210-310-4107Rayleigh 衰落 +AWGN 信道 SER1010-510-3rrrrr-2-1 012信噪比（dB）實(shí)驗(yàn)分析：從

7、上圖可以看出，隨著SNR的增加，QPSK的BER和SER都降低，并且 BER要小于相應(yīng)的SER，這是與實(shí)際情況相符合的，說(shuō)明仿真結(jié)果正確。4、QPSK調(diào)制信號(hào)經(jīng)根升余弦滾降脈沖成形濾波之后在瑞利衰落信道下系統(tǒng)誤比特和誤符號(hào)性能的驗(yàn)證。QPSK在AWGN和Rayleigh衰落信道下的 性 能丄tAWGN信道BER 芳一 AWGN信道SER rRayleigh 衰落 +AWGN 信道 BERRayleigh 衰落 +AWGN 信道 SER率特比誤和率號(hào)符誤-0.210-0.3-3-2-1 0信噪比（dB）10四、程序%ex2%Fast fading with velocityN=10;a=0.00

8、1*randn(N,1);a=a/sum(a92);th=rand(N,1)*2*pi;ph=rand(N,1)*2*pi;fd=149;% fd=370;tmax=10/fd;omega=2*pi*fd;t=0:1000*tmax/1000;X=zeros(1,length(t);Y=zeros(1,length(t);%number of scatterers%creat Gaussian amplitude coefficients%create uniform phase angles%create uniform phase angles%Doppler%Doppler%Maximu

9、m time%generate timelinefor n=1:N%generate the sums for X and YX=X+a(n)*cos(omega*cos(th(n)*t+ph(n);Y=Y+a(n)*sin(omega*cos(th(n)*t+ph(n);end;r=sqrt(X.A2+Y.A2);rdb=20*log10(r);%calculate the Rayleigh envelop %Calculate the envelope in dB figure;plot(t*1000,rdb,k);xlabel(time /ms);ylabel(envelope); %

10、axis(0 65 -30 10);function h=rayleigh(fd,t)%該程序利用改進(jìn)的 jakes 模型來(lái)產(chǎn)生單徑的平坦型瑞利衰落信道 %Yahong R.Zheng and Chengshan Xiao Improved Models for %the Generation of Multiple Uncorrelated Rayleigh Fading Waveforms %IEEE Commu letters, V ol.6, NO.6, JUNE 2002%輸入變量說(shuō)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

11、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%假設(shè)的入射波數(shù)目N=40;wm=2*pi*fd;%每象限的入射波數(shù)目即振蕩器數(shù)目N0=N/4;%信道函數(shù)的實(shí)部Tc=zeros(1,length(t);%信道函數(shù)的虛部Ts=zeros(1,length(t);%歸一化功率系數(shù)P_nor=sqrt(1/N0);%區(qū)別個(gè)條路徑的均勻分布隨機(jī)相位theta=2*pi*rand(1,1)-pi;for ii=1:N0% 第 i 條入射波的入射角alfa(ii)=(2*pi*ii-pi+theta)/N;%對(duì)每個(gè)子載波而言在 (-pi,pi) 之間均勻分布的隨機(jī)相位fi_tc=2*pi*rand(1,1)-p

12、i;fi_ts=2*pi*rand(1,1)-pi;%計(jì)算沖激響應(yīng)函數(shù)Tc=Tc+cos(cos(alfa(ii)*wm*t+fi_tc);Ts=Ts+cos(sin(alfa(ii)*wm*t+fi_ts);end;%乘歸一化功率系數(shù)得到傳輸函數(shù)h=P_nor*(Tc+j*Ts );clear allsnr=-3:3;SimulationTime=1; ex7main; ser1=ser;ber1=ber; for ii=1:length(snr)SNR=snr(ii); sim(ex11); ber(ii)=BER(1); ser(ii)=SER(1); end%SNR 的范圍%仿真結(jié)束時(shí)

13、間%運(yùn)行示例 4.7%保存示例 4.7 的結(jié)果%賦值給 AWGN 信道模塊中的 SNR%運(yùn)行仿真模型%保存本次仿真得到的 BER%保存本次仿真得到的 SERsemilogy(s nr,ber,_rs,s nr,ser,_A,s nr,ber1,_ro,s nr,ser1,_r*)legend(Rayleigh 衰落 +AWGN 信道 BER,Rayleigh 衰落 +AWGN 信道 SER,AWGN 信道 BER,AWGN 信道 SER)title（QPSK 在 AWGN 和多徑 Rayleigh 衰落信道下的性能 ） xlabel（ 信噪比（ dB）ylabel（ 誤符號(hào)率和誤比特率 ）(2

14、) Jakes模型的驗(yàn)證clear all ；clc; fd=10; ts=1/1000; t=0:ts:1;%ex4.9%多普勒頻移為 10%信道抽樣時(shí)間間隔%生成時(shí)間序列h1=rayleigh(fd,t);%產(chǎn)生信道數(shù)據(jù)X1,f=fftseq(h1,ts);figure(1)subplot(2,1,1) plot(t,10*log10(abs(h1);title(fd =10Hz 時(shí)的信道功率曲線 ) xlabel(時(shí)間);ylabel(功率) subplot(2,1,2) plot(f,fftshift(abs(X1);title(Doppler Spectrum)xlabel(頻率);

15、ylabel(功率)fd=20;%多普勒頻移為 20h2=rayleigh(fd,t);%產(chǎn)生信道數(shù)據(jù)X2,f=fftseq(h2,ts);figure(2) subplot(2,1,1) plot(t,10*log10(abs(h2)xlabel(時(shí)間);ylabel(功率) title(fd=20Hz 時(shí)的信道功率曲線 )subplot(2,1,2) plot(f,fftshift(abs(X2);title(Doppler Spectrum)xlabel(頻率);ylabel(功率)3、 QPSK 調(diào)制信號(hào)經(jīng)根生余弦滾降成形濾波之后在瑞利衰落信道下系統(tǒng)誤比特和誤符號(hào)性 能的驗(yàn)證。clea

16、r allnSamp = 8;% 矩形脈沖的取樣點(diǎn)數(shù)numSymb = 10000;%每種 SNR 下的傳輸?shù)姆?hào)數(shù)ts=1/(numSymb*nSamp);t=(0:numSymb*nSamp-1)*ts;M=4;%QPSK 的符號(hào)類型數(shù)SNR=-3:3; %SNR 的范圍 grayencod=0 1 3 2;%Gray 編碼格式%產(chǎn)生發(fā)送符號(hào)%進(jìn)行 Gray 編碼影射%QPSK 調(diào)制%矩形脈沖成形%生成瑞利衰落%信號(hào)通過(guò)瑞利衰落信道 %通過(guò) AWGN 信道%匹配濾波相干解調(diào)for ii=1:length(SNR)msg=randsrc(1,numSymb,0:3);msg_gr=graye

17、ncod(msg+1); msg_tx=pskmod(msg_gr,M); msg_tx=rectpulse(msg_tx,nSamp); h=rayleigh(10,t);msg_tx1=h.*msg_tx; msg_rx=awgn(msg_tx,SNR(ii); msg_rx1=awgn(msg_tx1,SNR(ii); msg_rx_down = intdump(msg_rx,nSamp);msg_rx_down1 = intdump(msg_rx1,nSamp);msg_gr_demod = pskdemod(msg_rx_down,M); %QPSK 解調(diào)msg_gr_demod1

18、= pskdemod(msg_rx_down1,M);dummy graydecod = sort(grayencod); graydecod = graydecod - 1;%Gray 編碼逆映射%計(jì)算 AWGN 信道 BER%計(jì)算瑞利衰落 +AWGN 信道%計(jì)算 AWGN 信道 SER% 計(jì)算瑞利衰落 +AWGN 信msg_demod = graydecod(msg_gr_demod+1);msg_demod1 = graydecod(msg_gr_demod1+1); errorBit BER(ii) = biterr(msg, msg_demod, log2(M); errorBit1 BER1(ii) =biterr(msg,msg_demod1,log2(M); BERerrorSym SER(ii) = symerr(msg, msg_demod);errorSym