实验多径衰落信道Word格式.docx
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多径衰落信道实验
实验时间
2014-05-17
实验室
同析楼三栋111
一.实验目的
认识Matlab/Simulink的基本功能。
理解无线多径衰落信道的特征及其产生机理。
观察恒定包络信号通过多径衰落信道后的信号幅值,加深对多径衰落信道的认识和理解。
2.实验内容
在本仿真模型中改变信宿的移动速度、载波频率来观察仿真结果的变化。
将输入信号改为随机二进制数据码元序列,观察信道的输出信号。
在本仿真模型基础上,添加一个直达波来仿真莱斯多径衰落信道,观察信道的输出信号。
三.实验设备及材料
WindowsXP/Windows7
MatlabR2011b
四.实验原理
多径衰落信道模型
多径衰落信道模型假设,信宿接收的信号是发送信号经过多条路径传输后信号的叠加结果。
其中每条传输路径信号具有独立的信号幅度、延迟。
因此,接收信号可表示为
(1)
式中,n对应第n条路径;
g(t)为信号包络;
为第n条路径在t时刻的延迟;
为载波角频率,表示接收信号的等效基带信号,记为Z(t),试验中对该信号进行仿真。
简化模型
下面对式
(1)的模型进行简化,并对该简化模型进行仿真。
实验目的仅仅是观察多路径衰落对信号幅度的影响,而与具体信号无关,所以可以假设发送的是等幅载波信号,即g(t)=1,则Z(t)简化为
(2)
在一个较短时间内基本不发生变化,可假设其为常数,即,下面讨论。
假设的变化主要由信宿的移动引起,那么在时刻附近,对可做如下近似:
(3)
式中,v为时刻信宿的移动速度;
为第n条路径信号时刻信宿的入射角;
c为光速;
为第n条路径长度随时间变化的斜率;
为路径n的时间延迟相对于时刻的变化,那么
(4)
式中,=,为最大多普勒频移;
=,对应时刻的初始相位。
综合上述简化,可以得到
(5)
在假设反射路径均匀分布的情况下,和均为上的均匀分布随机变量。
另外对于,处于简化考虑假设其为0~1的均匀分布。
各条传输路径的、和是独立的,与其他传输路径不相关。
3.实验方案设计
本实验的仿真模型文件名是,打开该文件可以看到如图1所示的仿真模型结构。
整个仿真系统可以分为三个主要的部分:
第一部分在图1的左部,主要完成最大多普勒频移的计算、时间t的计算和产生输入信号;
第二部分是传输路径的计算,仿真了总共40条独立传输路径;
第三部分将40条传输路径的信号进行累加,并统计总的信号幅值和作图。
图1仿真模型结构图
五.实验步骤
打开matlab应用软件,如图2所示。
在图2中右边的命令窗(CommandWindow)的光标处输入:
simulink,回车。
图2Matlab界面
在图2中,选择:
File>
New>
Model新建文件,保存在matlab工作目录下,并取名为
。
在Find命令行处输入:
Ramp,就在窗口的右边找到了该仿真模块图标。
用鼠标右键选择该模块,将其添加到创建的multipath_fading窗口中。
用相同的方法创建零阶保持模块(Zero-OrderHold)、数字函数模块(MathFunction)、子系统模块(Subsystem)、直方图(Histogram)和矢量示波器(VectorScope)等,观察每个设备的连接点,用鼠标左键把设备连接起来,如图1所示。
进行参数设置
1)最大多普勒频移的计算、时间t的计算、输入信号(如图3、图4所示)
该部分实现了最大多普勒频移的计算:
m=。
其中载波频率,光速,信宿的移动速度取(相当于120)。
而仿真计算中用到的时间t是通过一个零阶采样保持器对一个斜率为1的斜坡函数进行采样,可按照后续模块需要的采样速率得到时间t。
根据实验原理的简化假设,输入信号固定为1。
图3最大多普勒频移的计算
图4时间t的计算
2)无线传输路径的仿真(如图5所示)
路径的入射角度常数(图5中Angle模块)设为0~2上的随机值,初始相位常数(图5中的Phase模块)设为0~2的随机值,路径的增益(图5中的Gainl模块)设为0~1的随机值。
输入信号为常数1,表示输入信号复包络为1。
图5每条无线路径的仿真模型
3)求和、统计和显示(如图6所示)
该部分实现了40条路径的复包络求和,将求和之后的信号幅值取绝对值,然后一起被送去直方图统计,并显示其直方图;
另一支路换算成dB单位,并显示其时域波形。
图6求和、统计和显示
用鼠标点击“运行仿真模型按钮”即可运行,观察实验结果。
6.实验现象与结果
运行,可以得到以下的仿真结果。
图7显示了仿真1s得到的时域波形,该时域波形反映了信号经过多径衰落信道传输,1s内信宿接收到的信号幅值的变化情况。
可以看到信号幅值随时间发生剧烈变化(衰落),最高幅值和最低幅度之间相差超过了40dB。
经过局部放大,可以看到如图8所示的细节。
从图8可以看到信号幅值的波动具有一定的周期规律,相邻的深衰落之间的时间间隔比较稳定,经过测量大致是,对应s的信宿移动速度,信宿大致移动了20cm,对应900MHz的载波频率,20cm大致相当于1/2波长。
图7经过多径衰落信道接收到的信号幅值
图8图7的局部
恒定幅度信号经过多径衰落信道后幅值统计结果如图9所示,
图9直方图统计结果
七.实验数据处理方法
图像法
八.参考文献
(1)现代通信原理实验及仿真教程何文学,金争,景艳梅,毛慰民编着
(2)现代通信技术讲义PPT
(3)通信原理(第六版)樊昌信,曹丽娜编着
九.思考题
综述无线多径衰落信道的特征及其产生机理。
答:
在通信系统中,由于通信地面站天线波束较宽,受地物、地貌和海况等诸多因素的影响,使接收机收到经折射、反射和直射等几条路径到达的电磁波,这种现象就是多径效应。
这些不同路径到达的电磁波射线相位不一致且具有时变性,导致接收信号呈衰落状态;
这些电磁波射线到达的时延不同,又导致码间干扰。
若多射线强度较大,且时延差不能忽略,则会产生误码,这种误码靠增加发射功率是不能消除的,而由此多径效应产生的衰落叫多径衰落,它也是产生码间干扰的根源。
分析仿真中各模块的作用并结合实验内容得出相关结果,综述你的见解。
仿真模型中左上角四个Constant模块以及一个Divide模块实现了最大多普勒频移的计算,即m=。
Constant1为信宿的移动速度取,Constant2为载波频率,Constant3为光速,Constant4为,Divide模块实现了以上数据的乘除;
Ramp模块为一个斜率为1的斜坡函数和Zero-OrderHold模块为一个零阶采样保持器,这两个模块可以按照后续模块需要的采样速率得到时间t;
每一个Subsystem模块中,都是一个无线路径的仿真模型,最后通过Sum模块求和再经Abs模块、MathFunction模块、Gain模块、Scope模块和Histogram模块、VectorScope模块进行统计和显示功能的实现。
仿真结果的时域波形反映了信号经过多径衰落信道传输,1s内信宿接收到的信号幅值的变化情况。
可以看到信号幅值随时间发生剧烈变化即衰落,最高幅值和最低幅度之间相差超过了40dB。
经局部放大可以看到信号幅值的波动具有一定的周期规律,相邻的深衰落之间的时间间隔比较稳定,经过测量大致是,对应s的信宿移动速度,信宿大致移动了20cm,对应900MHz的载波频率,20cm大致相当于1/2波长。
10.实验总结
通过本次实验可知若要得到随机一个数可用rand随机产生;
此外,可以得到的时域波形,该时域波形反映了信号经过多径衰落信道传输,1s内信宿接收到的信号幅值的变化情况。
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- 实验 衰落 信道