实验2多径衰落信道.docx
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实验2多径衰落信道
YUNNANNORMALUNIVERSITY
本科学生实验报告
学号简安文
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
开课学期2013至2014学年下学期
填报时间2014年05月18日
师大学教务处编印
实验序号
实盼—
实验名称
多径衰落信道实验
实验时间
2014-05-17
实盼宰
同析楼三栋行1
1.实验目的
1.1认识Matlab/Simulink的基本功能。
1.2理解无线多径衰落信道的特征及其产生机理。
1.3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.实验容
2.1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。
2.2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。
2.3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。
3.实验设备及材料
3.1WindowsXP/Windows7
3.2MatlabR2011b
4.实验原理
4.1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
©（/））
n
=Re2X（r）g（r-M））』g（”
Ln」・
Flr、
=Re0”（/产叫（7（”）严'
IL”」丿⑴
式中，n对应第n条路径；g（t）为信r„（z）号包络；为第n条路径在t时刻的延迟；驴""叫（r“））叫"/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。
4.2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）
%"）在一个较短时间基本不发生变化，可假设其为常数，即务⑴二％,下面讨论『办）。
假设「”⑴的变化主要由信宿的移动引起，那么在G时刻附近，对©（'）可做如下近似：
G（/）aJ仏）+VcosQ（/-心）/C（3）
式中，V为厲时刻信宿的移动速度；乞为第n条路径信号G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；”osq（r-/（J/c为路径n的时间延迟相对于G时刻的变化，那么
⑷乩（/）=2<[r„（r0）+vcos^（t-5）/c]
=（2=%cos&”/+0”（4）
式中，叽2血/c,为最大多普勒频移；^=2<[rn（r0）-（v/c）cos^0]j对
应山时刻的初始相位。
综合上述简化，可以得到
咚cos如+%）
（5）
在假设反射路径均匀分布的情况下，©和耳均为°~2"上的均匀分布随机变
量。
另外对于久，处于简化考虑假设其为0T的均匀分布。
各条传输路径的°”、◎和几是独立的，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multipath-fading.mdl,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
5.1打开matlab应用软件，如图2所示。
5.2在图2中右边的命令窗（CommandWindow）的光标处输入：
simulink,回车。
（MATIAS7^3関翅
E图2Matlab界面
5.3在图2中，选择：
File>New>Model新建文件，保存在matlabI作目录下,并取名为
multipath_fading.mdl。
5.4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。
5.5用相同的方法创建零阶保持模块（Zero・OrderHold）、数字函数模块（MathFunction）x子系统模块（Subsystem）s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。
5.6进行参数设責
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：
Om=iTTVfJco其中载波频率fc=900MHz,光速c=3xlOS/s,信宿的移动速度卩取33.33m/s（相当于nOkm/h）0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，输入信号固定为仁
ComputoMaximumDopplerFrequencyShift
velocityofreceiver3333m/sequalto120km/h
fraquancyofcam&r900MMs
velocityoflight
Constsnt4<2-pi）
图3最大多普勒频移的计算
timet
RampZero-Order
Hold
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2（图5中Angle模块）设为0~2兀上的随机值，初始相位常数久（图5中的Phase模块）设为0~2兀的随机值，路径的增益乙（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1o
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。
sum
图6求和、统计和显示
5.7用鼠标点击“运行仿真模型按钮”即可运行multipath.fading.mdl,观察实验结果。
6.实验现象与结果
运行multipathfading.mdl,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，X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40dBo
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0.006s,对应33.33m/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
7.实验数据处理方法
图像法
8.参考文献
（1）现代通信原理实验及仿真教程何文学，金争，景艳梅，毛慰民编著
（2）现代通信技术讲义PPT
（3）通信原理（第六版）樊昌信，丽娜编暑
9.思考题
9.1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。
9.2分析仿真中各模块的作用并结合实验容得岀相关结果，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Qm=2M「/c。
Constantl为信宿的移动速度卩取33.33m/s,Constant2为载波频率人=900MHz,Constant3为光速c=3xl08/n/5,Constant4为2龙,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40dBo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0.006s,对应33.33m/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。
十.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40dBo
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