实验多径衰落信道

1、本科学生实验报告学号9 姓名 简安文学院物电学院 专业、班级 11电子实验课程名称教师及职称开课学期2013 至2014学年下学期填报时间2014 年 05 月 18 日云南师范大学教务处编印实验序号实验二实验名称多径衰落信道实验实验时间2014-05-17实验室同析楼三栋111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。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

2、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。实验设备及材料Windows XP/Windows 7Matlab R2011b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 r (t )=Sa n M-t . (t)n=Ree jw (t y (t)c nZa (t认-t (t)n nn -=Ree jwctZa (t)e-jwT(t)g(t-t (t)n n -式中，n对应第n条路径；g(t)为tn(t)信号包络；为第n条路径在t时 刻的延迟；:

3、气G)e-j阻内(t-tn(t) w = 2矿为载波角频率，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 Z)=& )e-n(t) n na “Q在一个较短时间内基本不发生变化，可假设其为常数，即a(t)=a卞面长胃企t (t) 彳四祐T G)献1海刁/主柬山彳主涪献1赦丹已|主f w/zn n，下面讨论n 。1假设n 的变1 化土要出信宿的移动引起，那么在10时刻附近，对T

4、n Q可做如下近似：Q“tn (t0)+ Vcos9n (t -10)/c式中入射角;v为时刻信宿的移动速度；9n为第n条路径信号时刻信宿的 c为光速；Vcos9为第n条路径长度随时间变化的斜率;nW T G)= 2酒 c n c n=2f v / c )cos 9c=w cos9Vcos9 T。)/c为路径n的时间延迟相对于时刻的变化，那么T )+v cos 9 -1 )/ cn 0 一一任、，0 一、八 1)t + 2nf T )一侦 / c)cos 9 t Jnc n 0n 0t +中式中，W =2兀八/c，为最大多普勒频移；中=2nf T)-&/c)cos9 t ，m c ，/ J八

5、I/； n c n 0n 0 ，对应时刻的初始相位。综合上述简化，可以得到Z()=& e-血 cos9j +n ) nn在假设反射路径均匀分布的情况下，览和9 n均为0 2兀上的均匀分布随 机变量。另外对于气，处于简化考虑假设其为01的均匀分布。各条传输 路径的a n、9 n和气是独立的，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

6、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(Command Window)的光标处输入：simulink,回车。图2 Matlab界面在图2中，选择：FileNewModel新建文件，保存在matlab工作目录 下，并取名为O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-Order Hold）、数字函数模块（Math Function）、子系统模块（Subsystem）

7、、直方图（Histogram）和矢量 示波器（Vector Scope）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：o = 2,vf c。其中载波频率 mf = 900MHz，光速c = 3 x 108 ms ,信宿的移动速度v取ms （相当于 120kmh ）o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。of receiver 33.

8、33nV5eq us I t-o 1 NJ宜m/hfTBqLLGm 可 c-f tzsrriE-T MO MHzof IightCompute- Maximum Dc-ppler FrcquEnizy ShiftCon-glsntAIZ-pl)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0 （图5中Angle模块）设为02兀上的随机值， 初始相位常数中（图5中的Phase模块）设为02兀的随机值，路径的增 益a （图5中的Gainl模块）设为0 1的随机值。输入信号为常数1，表 示辅入信号复包络为1。&aln1File Edit Vig Sim

9、ulation Fofmat TqqIs Help际| multipaih_adi b ty m厢雨一，用址固参mi鼻回r图5每条无线路径的仿真模型出毛鳗4命乎口 .注I 11T f i mnncrrw i uQanklunl ；Argl*iin o-den sngi CJ-Zp ur ritmrty dl&MlbiiEbO-Doi-iiAnt|FhMifciExdc-h-iU hIInttiold-2pi uni tcrrnJy 、丐E乳膈uniforrnly dlsidbuCMdel3）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

10、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。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，

11、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直方图统计结果实验数据处理方法图像法八参考文献现代通信原理实验及仿真教程 何文学，金争，景艳梅，毛慰民编着现代通信技术讲义PPT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

12、致接收信号呈衰落状态；这些电磁波射线 到达的时延不同，乂导致码间干扰。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。答：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o m = 2wfjc。Constant 1为信宿的移动速度 V 取 m/s， Constant2 为载波频率 f = 900MHz， Constants 为光速 .cc = 3X108 ms, Constant4

13、为2兀，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-Order Hold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、Math Function模块、Gain模块、Scope 模块和Histogram模块、Vector Scope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