移动通信原理课程设计_实验报告_321321

1、电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室实验报告课程名称移动通信原理实验内容 无线信道特性分析；BPSK/QPSK!信链路搭建与误码性能分析；SIMO系统性能仿真分析课程教师胡苏成员姓名成员学号成员分工独立完成必做题第二题，参与选做题 SIMO仿真中的最大比值合并模型设计参与选做题SIMO仿真中的等增益合并模型设计独立完成必做题第一题参与选做题SIMO仿真中的选择合并模型设计1,必做题目1.1无线信道特性分析实验目的1）了解无线信道各种衰落特性；2）掌握各种描述无线信道特性参数的物理意义；3）利用MATLAB的仿真工具模拟无线信道的衰落特性。实验内容1）基于simulink搭建一个QPSI发

2、送链路，QPSK调制信号经过了瑞利衰落 信道，观察信号经过衰落前后的星座图，观察信道特性。仿真参数：信 源比特速率为500kbps，多径相对时延为0 4e-06 8e-06 1.2e-05 秒， 相对平均功率为0 -3 -6 -9dB，最大多普勒频移为 200Hz,例如信道设置如下图所示：氏 F'jnchon Bljck5： Multipath Rayleigh Fading Chai.Wialt ipith Estyl pighlOhsmnpL (nsk) (1 i lak)*Apply i aiult Lpathi* zig chai Lie 丄 nuclei £口工c

3、mpl &« bisebrnd signala.Ths nujibr of paths equals th# length sf th# 11 Discret* path die 17 瞽色ctmif parameter,Yju can check the box *0uen charmel visualiarticn at3tart of simulaticn to enable the channelvi sualizatinn.ParzmelersMoximuiL Dupplm sldft 血)；200fDorr la r soct ruwi type; Jzk 恵応*

4、Discreie path delay vtet ar (s):0 4e-0S Sb-06 7. 2b-0SAveiaj? path gain vector (dB)1 s0 -3 -6 -珂土 N*r!haliE> gatn vtetisr t & 0 dE o-erall jainInitial seed:laSlE$ Open channel visualize i an at si art of simulation_： Complex path gainx port豎0ECancelHelpApply实验仿真(1)实验框图Rfl 開ln|jr W4>1#HLTtl

5、AM 右*.訂吟:Mt4b4«Mrrr=uad啊Mi TTBTIJhCf*inn*<VjVFlF|. QFfah *CI=T=bPlB(2)图表及说明Scattei 尸 ot2 10 12 3 »p5_-duj<ajrqupnfno-2 -1 0 1 2tn-phase Amplitude图一：Before Rayleigh Fading1#上图为QPSKf位图，由图可以看出2比特码元有四种。Sc ait or Plot图二： After Rayleigh Fadi ng#从上图可以看出，信号通过瑞利信道后，满足瑞利分布，相位和幅度发生随机变化，所以图三中的相位

6、不是集中在四点，而是在四个点附近随机分布。WinLJHliyntnn- impub Resinjnsj (R1 寸inimnlnn' Interfiian&orily Frame count: 69Ss&rrple index:二ftwe 图三：Impulse Response#从冲激响应的图可以看出相位在时间上发生了偏移。ATinator： hterframe only Vsdaiizsticn: Fluency Respcnje(F.卜Fingquancy nsspomsFrarrw caunt: 1722100-102-304C-2.5-2-1.5-0.50.51

7、1.5225Frcquoncy (Hz)狡 m4图四：Impulse Response#从频率响应的图可以看出，信号的频率响应失真比较严重。(3)实验结论根据题目中给出的参数，计算瑞利衰落信道的相干带宽和相干时间:相干带宽Be44.2787*10 Hz相干时间Tc0.005 s1.2 BPSK/QPS通信链路搭建与误码性能分析实验目的掌握基于simulink 的BPSK QPSK典型通信系统的链路实现，仿真 BPSK/QPSK 信号在AWG信道、单径瑞利衰落信道下的误码性能。实验作业1. 基于simulink搭建BPSK/QPS通信链路，经过AWG信道，接收端相干解调， 仿真并绘出BPSK和Q

8、PSK言号在Eb N。为010dB时（间隔：1dB）误码性能曲线。 仿真参数：a）仿真点数：106b）信源比特速率：1Mbps2. 在1的基础上，信号先经过平坦（单径）瑞利衰落，再经过AWG信道，假设接收端通过理想信道估计获得了信道衰落值（勾选衰落信道模块的“Complexpath gain port ”）。仿真并绘出BPSK和QPSK言号在Eb N。为040dB时（间 隔：5dB）误码性能曲线。信道仿真参数：最大多普勒频移为100Hz。实验仿真（1）实验框图图一经过AWGI的BPSK/QPS通信链路l*8iOF5KDfifiCWV骨 ETUT>图二经过 RAYLEIGH+AWGNBPS

9、K/QPS通信链路(2)图表及说明11AWG勺信道TDPWIV二F即:误阿性龍曲髓1D沪 I11111151235678910EB/N0(dBO图三 经过AWG的BPSK/QPS通信链路的误比特率#由上图可知，BPSK与 QPSI误比特率表现相一致，且随着 Eb/No的dB数增加，5误比特率下降速度变快。当 Eb/No=10dB时，两者的误比特率已经下降10 ，说 明此时已经能够保证较高的数据传输准确度。而从总体上来看， BPSK与 QPSK 的误比特率性能曲线与理论是相契合的，说明链路搭建正确，实验现象成功。图四经过RAYLEIGH+AWGNBPSK/QPS通信链路的误码率#由上图可知，经过

10、瑞利平坦衰落后，BPSK/QPS的误码特性发生了变化：首先 是在同等Eb/No的条件下，误比特率显著升高，10dB时为10 2 ；其次是误比特曲 线呈线性变化，这进一步说明了瑞利平坦衰落信道对信号的影响。结论1. BPSK与 QPSK勺误比特率表现一致，而在误符号率上 QPSI是BPSK勺两倍；2. 瑞利平坦衰落信道对误比特率有一定程度的线性影响。3. 瑞利信道的多普勒频移越大，则最终的误比特率也会越大。2,选作题目2.1 SIMO系统性能仿真分析实验目的1. 掌握基于simulink的单发多收（SIMO 16QAM&真通信链路2. 仿真SIMO 16QAM&号在单径瑞利衰落信

11、道下，不同接收分集数、不同合并方 式下的误比特率性能。实验内容1. 掌握单发多收（SIMO的原理，利用分集技术，搭建单发多收通信系统框图。2. 利用MATLAB simulink所包含的通信系统模块搭建基于各种分集技术类型的 单发多收通信链路。3. 改变各个方式的分集数，搭建新的通信系统链路。4. 比较上述各链路的误比特率，记录并分析。实验原理移动信道的多径传播引起的瑞利衰落、时延扩展以及伴随接收机移动过程产 生的多普勒频移使接收信道受到严重的衰落；阴影效应会使接受的信号过弱而造 成通信的中断；信道存在的噪声和干扰，也会使接收信号失真而造成误码。因此， 在移动通信系统中需要采取一些信号处理技术

12、来改善接收信号的质量。其中，多天线分集接收技术就是一个非常重要且常见的方法。分集接收的基本思想就是把接收到的多个衰落独立的信号加以处理，合理地利用这些信号的能量来改善接收信号的质量。分集技术总体来说分为两类，针对阴影衰落的宏观分集和针对微观衰落的 微观分集。本实验主要注重微观分集。分集技术对信号的处理包含两个过程， 首 先是要获得M个相互独立的多径信号分量，然后对它们进行处理以获得信噪比的 改善，这就是合并技术。合并方式共分为三种，选择合并、等增益合并和最大比 值合并。选择合并是最简单的一种，在所接收的多路信号中，合并器选择信噪比最 高的一路输出。最大比值合并会将所有路信号的能量和信息都利用上

13、，会明显改善合并器输出的信噪比。基于这样的考虑，最大比值合并把各支路信号加权后合 并。各路信号权值用数学方法得出。等增益合并性能上不及最大比值合并， 但是却容易实现得多，其主要思想是将各路信号赋予相同权值相加。实验仿真总体框图选择合并，M=2选择合并，M=3#在选择合并时，将两路独立信号的幅度作对比，以此作为功率判决来决定选取 哪一路信号等增益合并，M=2CC" In1Gsii4 Ractangblar1-QAMCJt1AodQArh1DerYHxiulatorDaBEzand 1等增益合并，M=3#在等增益合并当中，由于调制解调与信号的幅度有关，所以对信号赋予相同的 权值要使最后信

14、号的幅度归一，故增益都为1/M。iiansl"4+升织呻.刖口 iJHiT+1心3讷P血和尸4回DiWT rid山I酉仲 曰至3自*1最大比值合并，M=3#最大比值合并现实中不太容易实现，但在仿真情况下，却可以将每路信号幅度 提取出来作为权值的参照，由于噪声功率都一样，所以只需权值与相应信号幅度 成正比。此外，同样也要进行归一化处理。产生独立信号#由于合并技术要求得到多个衰落独立的信号，故选取不同高斯信道并对瑞丽信 道设置不同的initial seed来使信号的衰落独立。性能分析选择合并性噪比：_ M issP( s)d s-0k 1 k其中一是无分集平均性噪比，p( s)是s的概率

15、密度函数，M是分集数。最大比值合并信噪比：Mmr其中，-是每一路信号平均性噪比，一是无分集平均性噪比，M是分集数等增益合并信噪比:12beq2MN2Mb M(M 1T 1 (M 1)7其中，b与信号幅度和瑞利分布相关，一是无分集平均性噪比，M是分集数基于上述分集信噪比改善，实验的误码率也从侧面予以印证:#从 #图中可以看到，通过选择合并方式能够显著的减小误码率，并且随着Eb/NO的增加而更好的显示出性能优越；相对比不同的分集数可看出，分集数的增加能 有效地减小误码率。生LLICO不同育并方式下接收误阳性能曲线101520EB/N0(dB)无分崖二重分集选擡合并 二重分集等增益合并 二重分集最大

16、比值合并r: t 1 r a1r11s:ri；ie 1r 11b 11B. «1. dIbJ- mb.>* S_.1K 厶：_ JL1E1 1 <1 r11C1 13 1M1 E1,1 11C 11*!1 r1 1iIka Ji: LdaE d b J - a. da .1. >4 ISMlii r1asirilei r 11c 1i4Ld Tagg4aaLJL"亠-JIM： r ri r v r 9 rr b""i壮 I 1 a 5， 11 ® 1 11 '： r -X；#由图可看到，三种合并方式都能显著地减小误码率

17、，在分集数为二的情况下, 效果最好的是最大比值合并，等增益次之，都优于选择合并；而与上图相比， 可以看出二重分集下的最大比值合并性能甚至优于三重分集的选择合并。误码率分析：在这两张反应误码率的曲线图中，很好的符合了理论公式中由 信噪比的改善所带来的误码率的降低，也反应了分集数的增加对系统性能的改 善。实验结论移动信道的多径传播引起的瑞利衰落、时延扩展以及伴随接收机移动过程产 生的多普勒频移使接收信道受到严重的衰落，所以必须采取相应的抗衰落的措施 来提高系统性能。在本次课程设计中，我们小组学习研究了对三种不同分集合并 技术在改善系统性能方面的效果的课题实验。通过仿真实验得出的不同分集的误 码率，

18、分集技术能有效地减小误码率从而提高系统性能； 而通过对误码率曲线的 分析，可以看出：对于三种分集合并技术，等分集前提下，最大比值合并优于等 增益合并优于选择合并；而对于同一合并技术，增加分集数能优化其性能。3实验总结与体会经过本次课程设计，小组成员都得到了不小的收获：第一，熟悉了 simulink模块并初步掌握了如何构建仿真系统；第二，通过对无线信道以及BPSK QPSK典型通信系统的链路的仿真，了解了无线信道各种衰落特性，掌握了各种描述无 线信道特性参数的物理意义，通过仿真数据以及计算得到了BPSK/QPSI信号在AWG信道、单径瑞利衰落信道下的误码性能；第三，通过仿真SIM016QAM言号

19、在单径瑞利衰落信道下，不同接收分集数、不同合并方式下的误比特率性能的实 验系统，进一步了解到分集技术是一种有效的抗信道衰落技术，本此仿真对simo 系统采用的3种常见的分集合并技术选择合并，等增益合并和最大比值合并进行 分析研究,对系统采用162QAM调制、平坦瑞利衰落信道的情况下,仿真结果表明 3种分集合并方式对改善系统性能都有很大贡献，具体来说：分集数越多系统性 能越好；且在等分集下最大比值效果最优， 选择合并效果较差，但三种合并技术 的算法复杂度正好相反，经过反复分析比较，等增益合并是一种复杂度与性能折 中较好的一种分集合并方式。附录：SIMO系统仿真模块详解（1）无分集模型：#其中瑞利

20、信道参数如下所示:#设置成100Hz多普勒频移以便于后期对误码率的观察更为容易，题目中要求此瑞利衰落为平坦衰落，故选择 Flat多普勒频谱类型，将Initial seed 设置成19或者也可以为其他任意值。在通过高斯信道后有一个增益补偿的过程，这是因为瑞利信道主要是对信号幅度的衰落，如果不进行补偿则会造成极高的误码率，使实验无法正常运行。#其中高斯信道参数如下所示：#其中符号周期取 2倍码元周期，Ini tial seed设为随机值以保证噪声随机性(2) 接收分集模型:&LirdiDH2#其中，有三个独立的瑞利平坦衰落信道，并分别加入高斯白噪声和进行增益补偿，最后输出三路独立的衰落信号

21、，受到的主要影响是多普勒频移。三路瑞利平坦衰落的参数为:Initial seed:12345#这样就可以保证瑞利衰落相互独立，高斯信道同理，只需将Inital seed设为不同值即可。#值得注意的是，瑞利信道输出的Gain值（增益/衰落值）经过了一个幅度平方模块，这是为了在之后的选择合并与最大合并中作为重要参考元素而如此使用。三个Display模块在本模型中没有特殊的含义，只是为了辅助观察每一路瑞利衰落信道幅度平方值大小。（3）等增益合并模型（以二重等增益合并为例）：Demodulatofnd1#其中，两路独立衰落的信号被赋予1:1的权重相加，解调输出。需要注意的是，每一路信号增益为1/2而非1是因为调制解调使用的是16QAM莫块，幅度是代表了信号信息的，所以不能将信号单纯地乘 1相加。#三重等增益原理与二重等增益相同,只是