多徑時(shí)變信道模型仿真及性能分析分解

1、“*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(yǔ)音信號(hào)去噪專(zhuān)業(yè)班級(jí)：姓 名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：成績(jī)：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(guò)對(duì)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進(jìn)行 仿真，得到時(shí)域和頻域圖，對(duì)比分析掌握多徑信道的特點(diǎn)；其次，對(duì)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(guò)多徑信道 后接收信號(hào)的情況。經(jīng)過(guò)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 TOC o 1-5 h z HYP

2、ERLINK l bookmark7 o Current Document 一多徑信道的基本原理1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.1移動(dòng)通信1 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 1.2多徑時(shí)變信道11.2.1信道模型的分類(lèi)11.2.2時(shí)變信道的特點(diǎn)1 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 1.3瑞利信道衰落2 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 二實(shí)現(xiàn)框圖3 HYPERLINK l bookma

3、rk25 o Current Document 2.1多徑時(shí)變信道性能仿真實(shí)現(xiàn)框圖3 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 2.2多徑時(shí)變信道仿真實(shí)現(xiàn)4 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 三詳細(xì)設(shè)計(jì)5 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 3.1瑞利信道的特性5 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 3.2多徑時(shí)變信道的特性8 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document

4、 3.3單頻信號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)變信道11 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 3.4數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑時(shí)變信道13 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 總結(jié)15 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 參考文獻(xiàn)16 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 附錄17 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 致謝29前言在無(wú)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(guò)物理媒體

5、 傳播并與環(huán)境中的物體相互作用，因此，無(wú)線電波的傳播是個(gè)復(fù)雜過(guò)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(wèn)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(wú)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。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

6、因素，使得移動(dòng)信道對(duì)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(duì)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(wú)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(zhuān)門(mén)針對(duì)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(duì) 多徑信道特性的了解。多徑信道的基本原理1.1移動(dòng)通信移動(dòng)無(wú)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)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)

7、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(guò)無(wú)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1.2.1信道模型的分類(lèi)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(lèi)。部分無(wú)線信道 和各種有線信道，包括衛(wèi)星鏈路（link）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　⒑苈?/p>

8、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)。1.2.2時(shí)變信道的特點(diǎn)隨參信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?，依靠天波傳播和地波傳播的無(wú)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(lái)說(shuō)，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；信號(hào)經(jīng)過(guò)幾條路徑到達(dá)接收端，而且每條路徑的長(zhǎng)度(時(shí)延)和衰減 都隨時(shí)間而變，即

9、存在多徑傳播(multipath propagation)現(xiàn)象。多徑傳播對(duì)信號(hào)的影響稱(chēng)為多徑效應(yīng)。他對(duì)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(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。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(chēng)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， 但是仍然可能是在秒或秒以下的數(shù)量級(jí)，衰落的周期常能和數(shù)字信號(hào)的一個(gè)碼

10、元 周期相比較，故通常將由多徑效應(yīng)引起的衰落稱(chēng)為快衰落。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(chēng)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

11、函數(shù)為1-1所示：r _ r2e 2c 2P(r)= c 2(r z 0)(1-1)相位概率密度函數(shù)為1-2所示：P( )=1/2 兀(0 展 V 2兀)(1-2)二實(shí)現(xiàn)框圖2.1多徑時(shí)變信道性能仿真實(shí)現(xiàn)框圖信號(hào)經(jīng)過(guò)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(duì)關(guān)系。多徑效應(yīng)總的來(lái)說(shuō)有三點(diǎn)，即對(duì)單一正弦波產(chǎn)生頻域彌散，對(duì)寬帶信號(hào) 頻率選擇性衰落以及對(duì)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

12、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(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懯鞘馆?入信號(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(lái)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(duì)信號(hào)的影 響稱(chēng)為多徑效應(yīng)，會(huì)對(duì)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(guò)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(guò)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(guò)多徑

13、時(shí)變信道，針對(duì)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(guò)個(gè)路徑的衰減也是不同的，信號(hào)經(jīng)過(guò)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(lái)進(jìn)行語(yǔ)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(jí)編 程語(yǔ)言。3.1瑞利信道的特性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02n內(nèi)

14、服從均勻分布。瑞利分布的概率分布密 度如圖3-1-2所示：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：N (t)J(t) = r (t)%(t -t )k=i * k(3-1)r (t)t其中，k 復(fù)路徑衰落，服從瑞利分布；k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產(chǎn)生服從瑞利分布的路徑衰落r(t)利用窄帶高斯過(guò)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:(t)=w (t)2+n (t)2(3-2)上式中氣、ns，分別為窄帶高斯過(guò)程的同相和正交支路的基帶信號(hào)。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(wú)

15、線信道。密集的建 筑和其他物體使得無(wú)線設(shè)備的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間沒(méi)有直射路徑，而且使得無(wú)線 信號(hào)被衰減、反射、折射、衍射。通過(guò)電離層和對(duì)流層反射的無(wú)線電信道可用瑞 利衰落來(lái)描述，因?yàn)榇髿庵写嬖诘母鞣N粒子能夠?qū)o(wú)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(duì)運(yùn)動(dòng)速度的大小有關(guān)。相對(duì)運(yùn)對(duì)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：BO Figure 1File Edit View Tnseirt T o o IsDesktop WindcuA/ HelpD CJ d 懷七孩巧0

16、 X威j槌n目丁回圖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(duì)信道的瑞利衰落會(huì)產(chǎn)生一定的影響，圖3-1-3所示為V=30千米/小時(shí)以及V=120千米/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(duì)信道瑞利衰落影響就會(huì)越大。3.2多徑時(shí)變信道的特性移動(dòng)無(wú)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。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

17、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(guò)多條路徑到達(dá)接收端，而 且每條路將的長(zhǎng)度（時(shí)延）和衰減都是隨時(shí)間而變化的。時(shí)變信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)?影響是使輸入信號(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(lái)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(duì)信號(hào)的影 響稱(chēng)為多徑效應(yīng)，其會(huì)對(duì)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(shuō)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)

18、是增強(qiáng)信號(hào)還是消弱信號(hào)則沒(méi)有體現(xiàn)。（1）在其它參數(shù)不變的情況下畫(huà)出移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離r0=3000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r0=3000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)是靜止的（V=0）， 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r0=1000，r0=9000，r0=14000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：1移動(dòng)蹦 距離

19、基站初始B距離為r0=10001甘1 111.511 1110.50.50 .0-0.5-0.5,1 1 | r-11移動(dòng)削基站初O距離為r0=9000-1-1.5|-100.20.40.60.8100.20.40.60.81-100.20.40.60.81圖 3-2-2r0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(méi)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(guò)多徑信道f=3e8, f=9e8, f=27e8，接收信號(hào)的情況如圖3-2-3所示:420-2-2發(fā)射信號(hào)頻率亍=98 .-400.20.40.60.81-400.

20、20.40.60.81x 108圖 3-2-3f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，那 些受到影響基本保持一致的頻率范圍稱(chēng)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。（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(guò)多徑信道v=0，v=300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

21、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。3.3單頻信號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)變信道多徑傳播對(duì)信號(hào)的影響稱(chēng)為多徑效應(yīng)，其會(huì)對(duì)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(guò)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(guò)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(guò)20條路徑傳輸?shù)玫降牟ㄐ?及頻譜，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

22、弦型，變化的頻率是從02Hz隨機(jī)均勻抽取的。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。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(guò)20徑后信號(hào)的時(shí)域及頻域圖由圖3-3-2可知，過(guò)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(lái)還是光滑曲線）頻域出現(xiàn)了毛刺，即頻域擴(kuò)散。3.4數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑時(shí)變信道多徑時(shí)變信道對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生時(shí)域彌散。數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑時(shí)變信

23、道，發(fā)生 碼間干擾上。由于各徑時(shí)延不同，通過(guò)個(gè)路徑的衰減也是不同，信號(hào)經(jīng)過(guò)多條路 徑到達(dá)接收端形成碼間干擾。一條三徑傳輸?shù)男诺纒 （t） = Z3 u b （t 一 t ,），其參數(shù)如下:i = 1u = 0.5, u = 0.707, u = 05；t = 0,t = 1,t = 2123123畫(huà)出信道的幅頻響應(yīng)和相頻響應(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(huà)出Ts=1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(huà)出Ts=4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(huà)出信號(hào)波形及

24、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?，?huì)造成輸入信號(hào)失真，針對(duì)模 擬信號(hào)體現(xiàn)在波形失真上;針對(duì)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(guò)個(gè)路徑的衰減也是不同的，信號(hào)經(jīng)過(guò)多條路徑后到達(dá)接收端形成碼間干擾?？偨Y(jié)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)。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(wú)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(zhuān)門(mén)針對(duì)服從瑞利分布的多徑信道

25、進(jìn)行模型仿真，進(jìn)一步加深對(duì)多徑信道特性的了解。信號(hào)經(jīng)過(guò)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(duì)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(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懯鞘馆斎?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(lái)說(shuō)有三點(diǎn)，即對(duì)單一正弦波產(chǎn)生頻域彌散，對(duì)寬帶信號(hào)頻率 選擇性衰落以及對(duì)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

26、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(guò)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(guò)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(guò)個(gè)路徑的衰減也是不同，信號(hào)經(jīng)過(guò)多條路徑到達(dá)接收端形成碼間干擾。通過(guò)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)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23:48Gordon.Stuber .移

27、動(dòng)通信原理.電子工業(yè)出版社 51:56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)18:22樊昌信.通信原理M .第5版.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2001. 44:48Bernard Sklar.數(shù)字通信一基礎(chǔ)與應(yīng)用.徐平平、宋鐵成,譯.北京:電子工 業(yè)出版社，2002. 77:80梁斌、朱洪波.移動(dòng)通信Rician信道中的多普勒影響分析66:69附錄fc=900*10.人6;wc=2*pi*fc;v1=30*1000/3600;c=300*10人6;wm=wc*(v1/c);fm=wm/(2*pi);N =128*100;%Carrier frequency%接收端速度%Maximum

28、shift%Doppler shift% generate Doppler power spectrumdeltaf = 2*fm/(N-1);T = 1/deltaf;sf0 = 1.5/(pi*fm);for n = 1:(N-2)/2sf(n) = 1.5/(pi*fm*sqrt(1-(n*deltaf/fm)A2);end classicf = fliplr(sf),sf0,sf;% generate two normally distributed random variablesgaussN_re1 = randn(1,(N-2)/2);gaussN_im1 = randn(1,(

29、N-2)/2);gaussN_pos1 = gaussN_re1 + i*gaussN_im1;gaussN_neg1 = conj(gaussN_pos1);gaussN1 = fliplr(gaussN_neg1),0,gaussN_pos1;gaussN_re2 = randn(1,(N-2)/2);gaussN_im2 = randn(1,(N-2)/2);gaussN_pos2 = gaussN_re2 + i*gaussN_im2;gaussN_neg2 = conj(gaussN_pos2);gaussN2 = fliplr(gaussN_neg2),0,gaussN_pos2;

30、% generating flat Rayleigh fading channelx = ifft(sqrt(classicf).*gaussN1);y = ifft(sqrt(classicf).*gaussN2);rayleigh_amp = sqrt(abs(x).A2+abs(y).A2);rayleigh_db = 20*log10(rayleigh_amp);figure(1);subplot(211)plot(rayleigh_db);title(瑞利分布的包絡(luò)) r = sqrt(0.5*(gaussN_re1.A2 + gaussN_re2.A2);step = 0.1; r

31、ange = 0:step:3;h = hist(r, range);fr_approx = h/(step*sum(h);fr = (range/0.5).*exp(-range.A2);subplot(212)plot(range, fr_approx,ko, range, fr,k);title(瑞利分布的概率密度曲線)grid;function h=rayleigh(fd,t)fc=900*10A6;v1=30*1000/3600;c=3*10A8;fd=v1*fc/c;ts=1/10000;t=0:ts:1;h1=rayleigh(fd,t);v2=120*1000/3600;fd=

32、v2*fc/c;h2=rayleigh(fd,t);%產(chǎn)生瑞利衰落信道%選取載波頻率%移動(dòng)速度v1=30km/h%定義光速%多普勒頻移%信道抽樣時(shí)間間隔%生成時(shí)間序列%產(chǎn)生信道數(shù)據(jù)%移動(dòng)速度v2=120km/h%多普勒頻移%產(chǎn)生信道數(shù)據(jù)subplot(2,1,1),plot(20*log10(abs(h1(1:10000)title(v=30km/h時(shí)的信道曲線) xlabel(時(shí)間);ylabel(功率) subplot(2,1,2),plot(20*log10(abs(h2(1:10000)title(v=120km/h時(shí)的信道曲線)xlabel(時(shí)間);ylabel(功率) functi

33、on 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%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是一個(gè)時(shí)間函數(shù)復(fù)序列%假設(shè)的入射波數(shù)目%每象限的入射波數(shù)目即振蕩器數(shù)目%信道函數(shù)的實(shí)部%信道函數(shù)的虛部%歸一化功率系%區(qū)別個(gè)條路徑的均勻分布隨機(jī)相位% h為輸出的瑞利信道函數(shù)，N=40;wm=2*pi*fd;M=N/4;Tc=zeros(1,length(t);Ts=zeros(1,length(t);P_nor=sqrt(1/M);theta=2*pi*rand(1,1)-pi;for n=1:M

34、%第i條入射波的入射角alfa(n)=(2*pi*n-pi+theta)/N;fi_tc=2*pi*rand(1,1)-pi;%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_ts=2*pi*rand(1,1)-pi;Tc=Tc+2*cos(wm*t*cos(alfa(n)+fi_tc);Ts=Ts+2*cos(wm*t*sin(alfa(n)+fi_ts); % 計(jì)算沖激響應(yīng)函數(shù)end;%乘歸一化功率系數(shù)得到傳輸函數(shù)%發(fā)射信號(hào)頻率h= P_nor*(Tc+j*Ts);clear allf=9e8;v=0;c=3e8;r0=3000;d=15000;%移動(dòng)臺(tái)速度，靜止情況為0

35、%電磁波速度，光速%移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離 %基站距離反射墻的距離t1=0:0.00000000005:0.00000002;% 時(shí)間%直射徑信號(hào)E1=cos(2*pi*f*(1-v/c).*t1-r0/c)./(r0+v.*t1);E2=cos(2*pi*f*(1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c)./(2*d-r0-v*t1); % 反射徑信號(hào)figureplot(t1,E1,t1,E2,-g,t1,E1-E2,-r)%畫(huà)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))figureplot(t1,E1-E2) clear allf=9e8;v=

36、0;c=3e8;r0=1000;d=15000;%發(fā)射信號(hào)頻率%移動(dòng)臺(tái)速度，靜止情況為0%電磁波速度，光速 %移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離 %基站距離反射墻的距離%時(shí)間%直射徑信號(hào)t1=0:0.0000000000005:0.00000001;E1=cos(2*pi*f*(1-v/c).*t1-r0/c)./(r0+v.*t1);E2=cos(2*pi*f*(1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c)./(2*d-r0-v*t1); % 反射徑信號(hào) subplot(2,3,1)plot(t1,E1,t1,E2,-g,t1,E1-E2,-r)%畫(huà)出直射徑、反射徑和總的接收信號(hào)legend(直射徑信號(hào),

37、反射徑信號(hào),移動(dòng)臺(tái)接收的合成信號(hào))%axis(0 12 -0.5 0.5)subplot(2,3,4)plot(t1,E1-E2)f=9e8;%發(fā)射信號(hào)頻率v=0;%移動(dòng)臺(tái)速度，靜止情況為0c=3e8;r0=3000;d=15000;t1=0:0.0000000000005:0.00000001;E1=cos(2*pi*f*(1-v/c).*t1-r0/c)./(r0+v.*t1);E2=cos(2*pi*f*(1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c)./(2*d-r0-v*t1);subplot(2,3,2)plot(t1,E1,t1,E2,-g,t1,E1-E2,-r)%axis(0 1

38、2 -0.5 0.5)subplot(2,3,5); plot(t1,E1-E2)f=9e8;v=0;c=3e8;r0=9000;d=15000;t1=0:0.0000000000005:0.00000001;%電磁波速度，光速%移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離%基站距離反射墻的距離%時(shí)間%直射徑信號(hào)%反射徑信號(hào)%畫(huà)出直射徑、反射徑和總的接收信號(hào)%發(fā)射信號(hào)頻率%移動(dòng)臺(tái)速度，靜止情況為0%電磁波速度，光速%移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離%基站距離反射墻的距離%時(shí)間E1=cos(2*pi*f*(1-v/c).*t1-r0/c)./(r0+v.*t1);% 直射徑信號(hào)E2=cos(2*pi*f*(1+v/c)*t1+

39、(r0-2*d)/c)./(2*d-r0-v*t1); % 反射徑信號(hào)subplot(2,3,3)plot(t1,E1,t1,E2,-g,t1,E1-E2,-r)%axis(0 12 -0.5 0.5)subplot(2,3,6)plot(t1,E1-E2)clear allf=3e8;v=0;c=3e8;r0=3000;%畫(huà)出直射徑、反射徑和總的接收信號(hào)%發(fā)射信號(hào)頻率%移動(dòng)臺(tái)速度，靜止情況為0%電磁波速度，光速%移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離%基站距離反射墻的距離d=15000;t1=0:0.0000000000005:0.00000001;% 時(shí)間E1=cos(2*pi*f*(1-v/c).*t1

40、-r0/c)./(r0+v.*t1);% 直射徑信號(hào)E2=cos(2*pi*f*(1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c)./(2*d-r0-v*t1);% 反射徑信號(hào)subplot(2,3,1)plot(t1,E1,t1,E2,-g,t1,E1-E2,-r)%畫(huà)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))%axis(0 12 -0.5 0.5)subplot(2,3,4)plot(t1,E1-E2)f=9e8;%發(fā)射信號(hào)頻率v=0;%移動(dòng)臺(tái)速度，靜止情況為0c=3e8;%電磁波速度，光速r0=3000;%移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離d=15000;%

41、基站距離反射墻的距離t1=0:0.0000000000005:0.00000001;%時(shí)間E1=cos(2*pi*f*(1-v/c).*t1-r0/c)./(r0+v.*t1);%直射徑信號(hào)E2=cos(2*pi*f*(1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c)./(2*d-r0-v*t1); % 反射徑信號(hào)subplot(2,3,2)plot(t1,E1,t1,E2,-g,t1,E1-E2,-r)%畫(huà)出直射徑、反射徑和總的接收信號(hào)%axis(0 12 -0.5 0.5)subplot(2,3,5)； plot(t1,E1-E2)f=27e8;%發(fā)射信號(hào)頻率v=0;%移動(dòng)臺(tái)速度，靜止情況為0c

42、=3e8;%電磁波速度，光速r0=3000;%移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離d=15000;%基站距離反射墻的距離t1=0:0.0000000000005:0.00000001;%時(shí)間E1=cos(2*pi*f*(1-v/c).*t1-r0/c)./(r0+v.*t1);%直射徑信號(hào)E2=cos(2*pi*f*(1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c)./(2*d-r0-v*t1); % 反射徑信號(hào)subplot(2,3,3)%畫(huà)出直射徑、反射徑和總的接收信號(hào)plot(t1,E1,t1,E2,-g,t1,E1-E2,-r)%axis(0 12 -0.5 0.5)subplot(2,3,6)plot(

43、t1,E1-E2)clear allf=90;%發(fā)射信號(hào)頻率v=0;%移動(dòng)臺(tái)速度，靜止情況為0c=3e8;%移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離d=150;%基站距離反射墻的距離t1=0:0.0005:0.1;%時(shí)間E1=cos(2*pi*f*(1-v/c).*t1-r0/c)./(r0+v.*t1);% 直射徑信號(hào)E2=cos(2*pi*f*(1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c)./(2*d-r0-v*t1);% 反射徑信號(hào)subplot(2,2,1)plot(t1,E1,t1,E2,-g,t1,E1-E2,-r)%畫(huà)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

44、成信號(hào))subplot(2,2,2)plot(t1,E1-E2)clear allf=90;%發(fā)射信號(hào)頻率v=300;%移動(dòng)臺(tái)速度，靜止情況為0c=3e8;%電磁波速度，光速r0=30;%移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離d=150;%基站距離反射墻的距離t1=0:0.0005:0.1;%時(shí)間E1=cos(2*pi*f*(1-v/c).*t1-r0/c)./(r0+v.*t1);% 直射徑信號(hào)E2=cos(2*pi*f*(1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c)./(2*d-r0-v*t1);% 反射徑信號(hào)subplot(2,2,3)plot(t1,E1,t1,E2,-g,t1,E1-E2,-r)%畫(huà)出

45、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))subplot(2,2,4)plot(t1,E1-E2)clc;close all;clear all;A=1;f=10;decay=0.8;dt=0.01;t=0:dt:10;L=20;fdelay=2*rand(1,L);wdelay0=rand(1,L)*2*pi;x=cos(2*pi*f*t);for i=1:Lwdelay(i,:)=cos(2*pi*fdelay(i)*t);s(i,:)=decay*cos(2*pi*f*t+wdelay(i,:)+wdelay0(i);endy=sum(s)/

46、sqrt(L);figure(1);subplot(211);plot(t,x);xlabel(t/s);ylabel(x(t);title(單頻信號(hào)時(shí)域圖);axis(0 2 -1.5 1.5);subplot(212);f1=abs(fft(x,1024);plot(0:100/1024:100-100/1024,f1);xlabel(f/Hz);ylabel(H(f);title(單頻信號(hào)頻域圖);axis(0 30 0 500);figure(2);subplot(211);plot(t,y);xlabel(t/s);ylabel(y(t);title(經(jīng)過(guò)20徑后信號(hào)時(shí)域圖);subplot(212);f2=abs(fft(y,1024);plot(0:100/1024:100-100/1024,f2);xlabel(f/Hz);ylabel(H(f);title(經(jīng)過(guò)20徑后信號(hào)頻域圖);axi