实验多径衰落信道.docx

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实验多径衰落信道

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

实验课程名称现代通信原理实验

教师及职称金争

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

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。

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。

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。

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