1、#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*實(shí)踐教學(xué)#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*蘭州理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院2013年春季學(xué)期通信系統(tǒng)仿真訓(xùn)練課程設(shè)計(jì)題目多徑時(shí)變信道模型的仿真與性能分析專業(yè)班級(jí)：通信工程（1）班姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：成績(jī)：摘要本課程設(shè)計(jì)從信道的隨機(jī)過(guò)程特征出發(fā)，分析了多徑衰落信道的時(shí)間選擇性和頻率選擇性，討論信道的衰落特征，并重點(diǎn)針對(duì)服從瑞利分布的多徑衰落信道模型在matlab環(huán)境下進(jìn)行模擬仿真，然后觀察單頻信號(hào)、數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑時(shí)變

2、信道后的時(shí)域波形和頻譜，通過(guò)仿真分析了多徑效應(yīng)和多普勒效應(yīng)對(duì)信道以及信號(hào)的影響,有助于對(duì)信道的進(jìn)一步理解和掌握以及工程實(shí)踐提供一定的借鑒。關(guān)鍵詞：多徑效應(yīng)；時(shí)變信道；瑞利衰落；matlaba目錄前言1一、多徑時(shí)變信道概述21.1 多徑衰落信道的分類21.1.1平坦衰落和頻率選擇性衰落21.1.2快衰落和慢衰落31.1.3時(shí)不變多徑衰落信道31.1.4時(shí)變多徑衰落信道31.2 多徑衰落信道基本特性41.2.1 時(shí)間選擇性與頻率選擇性41.2.2多徑效應(yīng)與頻率選擇性41.3 瑞利衰落信道51.3.1 瑞利衰落信道簡(jiǎn)介51.3.2 瑞利衰落信道基本模型61.3.3 產(chǎn)生服從瑞利分布的路徑衰落r(t)

3、61.3.4 產(chǎn)生多徑延時(shí)71.3.5仿真框架8二、時(shí)變多徑信道仿真程序設(shè)計(jì)92.1 時(shí)變多徑信道仿真模塊92.2 瑞利信道仿真模塊92.3 單頻信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑信道仿真模塊102.4 數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑信道仿真模塊10三、設(shè)計(jì)結(jié)果與測(cè)試113.1 時(shí)變多徑信道仿真113.1.1 仿真移動(dòng)臺(tái)在不同位置的多徑信號(hào)113.1.2 仿真不同頻率的信號(hào)的多徑信號(hào)改變123.1.3 仿真移動(dòng)臺(tái)不同速度的信號(hào)的多徑信號(hào)改變133.2 瑞利信道仿真133.3 多徑信道對(duì)單音頻信號(hào)的影響仿真143.4 多徑信道對(duì)數(shù)字信號(hào)影響15總結(jié)17參考文獻(xiàn)18附錄19致謝25前言由于信道中電磁波受到反射、繞射、散射、多徑傳播等

4、因素的影響，接收端所接收到的信號(hào)是各個(gè)方向到達(dá)電磁波的疊加，使信號(hào)在小范圍內(nèi)引起劇烈的波動(dòng)，稱之為多徑衰落，亦稱為小尺度衰落。小尺度衰落直接體現(xiàn)了無(wú)線信道的復(fù)雜性和隨機(jī)性，是決定無(wú)線通信系統(tǒng)性能的基本問(wèn)題。小尺度衰落信道按相干帶寬分為平坦衰落信道和頻率選擇性衰落信道，按相干時(shí)間與信號(hào)周期的關(guān)系分為慢衰落信道和快衰落信道。由于頻率選擇性信道可以通過(guò)平坦衰落信道實(shí)現(xiàn)，因此，平坦衰落信道的計(jì)算機(jī)仿真是研究多徑信道、MIMO信道的重要方法，更是進(jìn)一步研究信道容量、信道編碼及均衡器等模型的前提。一般而言，在市區(qū)內(nèi)，平坦衰落信道響應(yīng)的包絡(luò)服從瑞利分布，而相位服從均勻分布。因此，無(wú)線信道建模的核心與關(guān)鍵即是

5、如何簡(jiǎn)單有效地產(chǎn)生瑞利衰落包絡(luò)，這也是研究與分析各種移動(dòng)通信系統(tǒng)的首要任務(wù)。當(dāng)信號(hào)的多徑發(fā)生在發(fā)送信號(hào)經(jīng)由傳播路徑以不同的延遲到達(dá)接收機(jī)的時(shí)候,一般會(huì)引起數(shù)字通訊系統(tǒng)中的符號(hào)間干擾。而且,由不同傳播路徑到達(dá)的各信號(hào)分量會(huì)相互削弱,導(dǎo)致信號(hào)能量衰減,造成信噪比降低。多徑傳播導(dǎo)致信號(hào)在不同域中的擴(kuò)展,包括角度（或空間）擴(kuò)展、時(shí)延（或時(shí)間）擴(kuò)展和多普勒（或頻率）擴(kuò)展,這些擴(kuò)展對(duì)信號(hào)有顯著影響。研究多徑衰落信道的特性有利于找到適合不同通訊要求的數(shù)字通訊方式,特別是針對(duì)軍事領(lǐng)域電子對(duì)抗的通訊設(shè)計(jì)和有限信道資源的合理使用。25、多徑時(shí)變信道概述多徑時(shí)變信道是指信道參數(shù)隨時(shí)間變化，它對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懯禽斎胄?/p>

6、號(hào)的頻率彌散。當(dāng)輸入信號(hào)為單頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)時(shí)變信道后的輸出不再是單頻信號(hào)，而是一個(gè)窄帶信號(hào)，帶寬大小視時(shí)變因素的快慢而定。多徑時(shí)變信道是信號(hào)傳輸?shù)穆窂讲恢挂粭l，接收端同時(shí)受到來(lái)自多條傳輸路徑的信號(hào)，這些信號(hào)可能同相相加或反向相消。信號(hào)經(jīng)多徑時(shí)變信道后，會(huì)產(chǎn)生碼間干擾和衰落。其中衰落快慢取決于信道隨時(shí)間變化的快慢，碼間干擾的嚴(yán)重程度取決于碼元間隔和多徑間的時(shí)延差的相對(duì)關(guān)系。1.1多徑衰落信道的分類移動(dòng)通信中的時(shí)間色散和頻率色散可能產(chǎn)生4種衰落效應(yīng)1,這是由信號(hào)、信道以及相對(duì)運(yùn)動(dòng)的特性引起的。根據(jù)信號(hào)帶寬和信道帶寬的比較,可將信道分為平坦衰落信道和頻率選擇性衰落信道;而根據(jù)發(fā)送信號(hào)與信道變化快慢程度

7、的比較,可以將信道分為快衰落和慢衰落信道。1.1.1平坦衰落和頻率選擇性衰落如果信道帶寬大于發(fā)送信號(hào)帶寬,且在帶寬范圍內(nèi)有恒定增益,且線性相關(guān),則接收機(jī)信號(hào)就會(huì)經(jīng)歷平坦衰落過(guò)程。在平坦衰落情況下,信道的多徑結(jié)構(gòu)使發(fā)送信號(hào)的頻譜特性在接收機(jī)內(nèi)仍能保持不變,所以平坦衰落也稱為頻率非選擇性衰落。平坦衰落信道的條件可以概括為:Bs<<BC,Ts>>A其中，Ts為信號(hào)周期（信號(hào)帶寬Bs的倒數(shù)）；At為時(shí)延擴(kuò)展；BC為相關(guān)如果信道具有恒定增益和線性相位的帶寬范圍小于發(fā)送信號(hào)帶寬,則該信道特性會(huì)導(dǎo)致接收信號(hào)產(chǎn)生頻率選擇性衰落。此時(shí),信道沖激響應(yīng)具有多徑時(shí)延擴(kuò)展,其值大于發(fā)送信號(hào)帶寬的

8、倒數(shù)。在這種情況下,接收信號(hào)中包含經(jīng)歷了衰減和時(shí)延的發(fā)送信號(hào)的多徑波,因而產(chǎn)生接收信號(hào)失真。頻率選擇性衰落是由信道中發(fā)送信號(hào)的時(shí)間色散引起的,這種色散會(huì)引起符號(hào)間干擾。對(duì)于頻率選擇性衰落而言,發(fā)送信號(hào)的帶寬大于信道的相關(guān)帶寬,有頻域可以看出,不同頻率信號(hào)獲得不同增益,產(chǎn)生頻率選擇性衰落，其條件是:Bs>BC,Ts<A1.1.2快衰落和慢衰落當(dāng)信道的相關(guān)時(shí)間比發(fā)送信號(hào)周期短,且信號(hào)的帶寬Bs小于多普勒擴(kuò)展BD時(shí),信道沖激響應(yīng)在符號(hào)周期內(nèi)變化很快,從而導(dǎo)致信號(hào)失真,產(chǎn)生衰落,此衰落為快衰落1。當(dāng)信號(hào)的相關(guān)時(shí)間遠(yuǎn)大于發(fā)送信號(hào)的周期，且信號(hào)的帶寬Bs遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于多普勒擴(kuò)展BD時(shí)，信道沖激響應(yīng)變

9、化比要傳送的信號(hào)碼元的周期低的多，可以認(rèn)為該信道是慢衰落信道1。1.1.3 時(shí)不變多徑衰落信道在沒(méi)有多普勒效應(yīng)的情況下（收發(fā)兩端不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)）,信道為時(shí)不變多徑信道2,信道的轉(zhuǎn)移函數(shù)只是頻率的函數(shù),對(duì)于時(shí)不變多徑信道,信道轉(zhuǎn)移函數(shù)隨著頻率的變化而改變。因?yàn)槎鄰讲ǚ群偷竭_(dá)時(shí)間取決于收發(fā)兩端的距離,所以信號(hào)接收強(qiáng)度同樣取決于收發(fā)兩端的距離。轉(zhuǎn)移函數(shù)隨著距離增加衰落加劇,它同樣是距離的函數(shù)?？梢钥闯鰧?duì)于時(shí)不變多徑衰落信道而言,如果信道的時(shí)延擴(kuò)展越大,則輸入信號(hào)衰落越嚴(yán)重。1.1.4 時(shí)變多徑衰落信道在此種情況下,由于存在多條到達(dá)路徑,所以每條路徑的到達(dá)角度和到達(dá)時(shí)間都不相同,并且各自相互獨(dú)立。當(dāng)

10、收發(fā)兩端存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),則信道變?yōu)榱藭r(shí)變信道2。下面以正弦信號(hào)舉例說(shuō)明時(shí)不變信道與時(shí)變信道對(duì)信號(hào)的影響。信號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)變信道后產(chǎn)生很大的衰落,其幅度隨著時(shí)間的變化而變化,而時(shí)不變信道對(duì)信號(hào)基本沒(méi)有改變。時(shí)變信道對(duì)信號(hào)的衰落隨著多普勒擴(kuò)展的增大而加劇。1.2多徑衰落信道基本特性1.2.1時(shí)間選擇性與頻率選擇性由于移動(dòng)臺(tái)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的多普勒2(Doppler)效應(yīng)引起的信道頻率色散,造成了傳播信道的時(shí)間選擇性衰落;而微區(qū)環(huán)境使信號(hào)傳播多徑時(shí)延引起的信道時(shí)間色散,造成了傳播信道的頻率選擇性衰落。多普勒效應(yīng)2與時(shí)間選擇性信道的時(shí)變特性是通過(guò)頻率色散參數(shù)來(lái)描述的。這種時(shí)變特性或是由移動(dòng)臺(tái)和基站之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起

11、的,或是由信道中物體運(yùn)動(dòng)引起的。當(dāng)信道是時(shí)變的,則這種信道具有時(shí)間選擇性衰落。時(shí)間選擇性衰落會(huì)造成信號(hào)的失真,這是由于信號(hào)的接收端和發(fā)送端的信道特性改變所致,信號(hào)在時(shí)刻改變的信道中傳輸自然會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的失真。由于移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng),產(chǎn)生了多普勒頻移,也就是頻率色散,使得信道是時(shí)變的。如果信號(hào)持續(xù)的時(shí)間比較短,以至于信道在信持續(xù)的時(shí)間里沒(méi)有顯著的變化,那么信號(hào)受信道時(shí)間選擇性衰落較小;但隨著信號(hào)持續(xù)時(shí)間的增加,信道的特性產(chǎn)生較為顯著的變化,那么信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生時(shí)間選擇性衰落,產(chǎn)生失真。信號(hào)的失真會(huì)隨著持續(xù)時(shí)間的增加而加劇。1.2.2多徑效應(yīng)與頻率選擇性時(shí)間色散和頻率選擇性是同時(shí)出現(xiàn)的,只是表現(xiàn)的形式不同,都

12、是依賴與所處的環(huán)境中的因素變化,具體來(lái)說(shuō)就是因?yàn)椴煌瑫r(shí)延的多徑波疊加的結(jié)果。從時(shí)域上說(shuō),由于經(jīng)歷了多徑效應(yīng)的影響,導(dǎo)致在接收端不同分量的疊加,展寬了時(shí)域。從頻域上說(shuō),由于信道也就是起到了濾波的作用,當(dāng)發(fā)送信號(hào)的帶寬極窄時(shí),那么接收端的信號(hào)的所有頻率成分都經(jīng)歷了相同的衰減,也就是頻率非選擇性衰落(平坦衰落)。隨著發(fā)送信號(hào)的帶寬增加,那么接收信號(hào)在傳輸過(guò)程中,頻率接近的分量經(jīng)歷了相似的衰減,而頻率相差很遠(yuǎn)的分量就會(huì)經(jīng)歷不同的衰減。也就是頻率選擇性衰落。當(dāng)發(fā)送信號(hào)的帶寬非常大的時(shí)候,那么在接收端接收到的信號(hào)會(huì)與發(fā)送信號(hào)大相徑庭,接收機(jī)會(huì)受到時(shí)間色散的影響,產(chǎn)生嚴(yán)重的衰落。在數(shù)字通信系統(tǒng)中,會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重

13、的符號(hào)間干擾。時(shí)延擴(kuò)展:用來(lái)描述時(shí)延擴(kuò)展的參數(shù)有:平均附加時(shí)延,rms時(shí)延擴(kuò)展和附加時(shí)延擴(kuò)展。相關(guān)帶寬:相關(guān)帶寬BC表示信號(hào)包絡(luò)相關(guān)度為某一特定值時(shí)的信號(hào)帶寬。也就是說(shuō)，當(dāng)頻率間隔小于BC時(shí)，信號(hào)包絡(luò)（幅度）具有很強(qiáng)的相關(guān)性，當(dāng)頻率間隔大于BC時(shí)，信號(hào)包絡(luò)（幅度）相關(guān)性很小。1.3瑞利衰落信道1.3.1瑞利衰落信道簡(jiǎn)介瑞利衰落信道3（Rayleighfadingchannel）是一種無(wú)線電信號(hào)傳播環(huán)境的統(tǒng)計(jì)模型。這種模型假設(shè)信號(hào)通過(guò)無(wú)線信道之后，其信號(hào)幅度是隨機(jī)的，表現(xiàn)為“衰落”特性，并且多徑衰落的信號(hào)包絡(luò)服從瑞利分布。由此，這種多徑衰落也稱為瑞利衰落。（1）環(huán)境條件：通常在離基站較遠(yuǎn)、反射物

14、較多的地區(qū)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間沒(méi)有直射波路徑，存在大量反射波；到達(dá)接收天線的方向角隨機(jī)且在（02n）均勻分布；各反射波的幅度和相位都統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。（2）幅度、相位的分布特性：包絡(luò)r服從瑞利分布，0在02n內(nèi)服從均勻分布。瑞利分布的概率分布密度如圖1-1所示：圖1-1瑞利分布的概率分布密度1.3.2瑞利衰落信道基本模型根據(jù)ITU-RM.1125標(biāo)準(zhǔn)，離散多徑衰落信道模型為(1-1)(t)止rk(t)(t-Tk)k=1是多徑時(shí)延。多徑衰落信道模型k其中r(t)復(fù)路徑衰落，服從瑞利分布;k框圖如圖1-2所示：圖1-2多徑衰落信道模型框圖假設(shè)經(jīng)反射(或散射)到達(dá)接收天線的信號(hào)為N個(gè)幅值和相位均隨機(jī)的且統(tǒng)計(jì)

15、獨(dú)立的信號(hào)之和。信號(hào)振幅為r,相位為9,則信號(hào)經(jīng)過(guò)瑞利衰落信道其包絡(luò)概率密度函數(shù)為rr2P(r)=e26(r>0)(1-2)b2相位概率密度函數(shù)為：P(9)=1/2兀(02兀)(1-3)1.3.3產(chǎn)生服從瑞利分布的路徑衰落r(t)利用窄帶高斯過(guò)程的特性，其振幅服從瑞利分布4，即r(t)=、n(t)2+n(t)2(1-4)cs上式中，n(t)、n(t)分別為窄帶高斯過(guò)程的同相和正交支路的基帶信號(hào)。cs首先產(chǎn)生獨(dú)立的復(fù)高斯噪聲的樣本，并經(jīng)過(guò)FFT后形成頻域的樣本，然后與S(f)開(kāi)方后的值相乘，以獲得滿足多普勒頻譜特性要求的信號(hào)，經(jīng)IFFT后變換成時(shí)域波形，再經(jīng)過(guò)平方，將兩路的信號(hào)相加并進(jìn)行開(kāi)

16、方運(yùn)算后，形成瑞利衰落的信號(hào)r(t)。如下圖1-3所示：n：(tpifft+Jr(tp/nE(tpifft+J0o2+fmAAA水4AAsqrt(S(f)p/、/</-fm*E+fm*獨(dú)立的復(fù)高斯樣本卜丿/-f*O+J+酩屮圖1-3瑞利衰落的產(chǎn)生示意圖其中，s(f)='1.ff(1-5)兀f'】(c)2mfm+fl1.3.4產(chǎn)生多徑延時(shí)多徑/延時(shí)參數(shù)5如表1-1所示：表1-1多徑延時(shí)參數(shù)TapRelativedelay(ns)Averagepower(dB)1002310-1.03710-9.041090-10.051730-15.062510-20.01.3.5仿真框架

17、根據(jù)多徑衰落信道模型5（見(jiàn)圖1-2）,利用瑞利分布的路徑衰落r（t）（見(jiàn)圖1-3）和多徑延時(shí)參數(shù)（見(jiàn)表1-1），我們可以得到多徑信道的仿真框圖，如圖k1-4所示：二、時(shí)變多徑信道仿真程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)分為三大模塊：時(shí)變多徑信道仿真模塊，瑞利信道仿真，單頻信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑信道模塊，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑信道模塊2.1時(shí)變多徑信道仿真模塊圖2-1時(shí)變多徑信道仿真模塊設(shè)計(jì)流程圖2.2瑞利信道仿真模塊圖2-2瑞利信道仿真模塊設(shè)計(jì)流程圖2.3單頻信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑信道仿真模塊圖2-3單頻信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑信道仿真模塊設(shè)計(jì)流程圖2.4數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑信道仿真模塊圖2-4數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑信道仿真模塊設(shè)計(jì)流程圖三、設(shè)計(jì)結(jié)果與測(cè)試3.1

18、時(shí)變多徑信道仿真3.1.1仿真移動(dòng)臺(tái)在不同位置的多徑信號(hào)r0=3000、9000時(shí)的直射信號(hào)、反射信號(hào)與合成信號(hào)如圖3-1、3-2圖3-1r0=3000時(shí)的直射信號(hào)、反射信號(hào)與合成信號(hào)圖3-2r0=9000時(shí)的直射信號(hào)、反射信號(hào)與合成信號(hào)從圖3-1、3-2中可以看出，即使移動(dòng)臺(tái)是靜止的，由于反射徑的存在，使得接收到的合成信號(hào)最大值要小于直射徑的信號(hào)。r0=9000由于靠近反射墻的位置，直射信號(hào)要比rO=3OOO處要弱一些，反射信號(hào)要比r0=3000位置處的信號(hào)要強(qiáng)一些，但移動(dòng)臺(tái)接收到的合成信號(hào)更弱了。不僅要小于直射徑的信號(hào)更小于反射徑的信號(hào)。結(jié)論，即使移動(dòng)臺(tái)靜止，由于反射徑的存在，使接收信號(hào)要

19、比沒(méi)有反射徑時(shí)的信號(hào)弱，衰落由此產(chǎn)生7。3.1.2仿真不同頻率的信號(hào)的多徑信號(hào)改變分別讓f=1和f=5,畫(huà)出的圖形分別如圖3-3、圖3-4所示:圖3-3f=1，c=10時(shí)的直射信號(hào)、反射信號(hào)與合成信號(hào)從結(jié)果我們明顯可以看出，這次是f=1的信號(hào)得到增強(qiáng)，而f=5的信號(hào)得到削弱。這就是頻率選擇性衰落。在同一位置，由于反射徑信號(hào)的存在，發(fā)射不同頻率的信號(hào)時(shí)，在接收機(jī)處接收到信號(hào)有的頻率是被增強(qiáng)了，有的頻率是被削弱了。頻率選擇性由此產(chǎn)生7。3.1.3仿真移動(dòng)臺(tái)不同速度的信號(hào)的多徑信號(hào)改變移動(dòng)臺(tái)向反射墻運(yùn)動(dòng)，速度為v圖3-5移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)的直射信號(hào)、反射信號(hào)與合成信號(hào)當(dāng)移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)起來(lái)以后，我們發(fā)現(xiàn)即使同一

20、頻率，在不同的時(shí)間點(diǎn)，合成信號(hào)的強(qiáng)度也是不一樣的。在圖3-5中，我們可以看到在t=2,4.5,7,9.5s時(shí)，接收信號(hào)的強(qiáng)度相對(duì)處于波谷位置，特別是在t=9.5s時(shí)，接收的合成信號(hào)幾乎為0，而我們對(duì)照一下t=9.5s時(shí)的直射信號(hào)和反射信號(hào)，它們都比合成信號(hào)大很多。而在t=3，5.5，8，10.5位置，接收信號(hào)的強(qiáng)度相對(duì)處于波峰位置。這種由于移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的信號(hào)增強(qiáng)或削弱的情況就是時(shí)間選擇性衰落8。3.2瑞利信道仿真瑞麗分布的概率密度函數(shù)如圖所示：圖3-6瑞利分布的概率密度函數(shù)圖分析：包絡(luò)r服從瑞利分布，0在02n內(nèi)服從均勻分布。瑞利分布的概率分布密度8如圖3-6，經(jīng)過(guò)分析對(duì)照可以發(fā)現(xiàn)，輸出的

21、的統(tǒng)計(jì)特性完全符合要求。3.3多徑信道對(duì)單音頻信號(hào)的影響仿真多徑效應(yīng)總的來(lái)說(shuō)有三點(diǎn)，即對(duì)單一正弦波產(chǎn)生頻域彌散，寬帶信號(hào)頻率選擇性衰落以及對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生時(shí)域彌散。程序見(jiàn)附錄2(1) 輸入的單頻正弦信號(hào)時(shí)域及頻域圖像如下圖3-7,單頻信號(hào),時(shí)域圖0)t(sahAMAnAhAHAN.H.VHvJ/JIL1HvHvnVin”，HvAMAHn.hvAnlhvaJIJ00.81.82f/Hz圖3-7單頻正弦信號(hào)時(shí)域及頻域圖像分析：由圖可知，原信號(hào)為單一正弦信號(hào)，時(shí)域標(biāo)準(zhǔn)正弦，頻域單一沖激。(2) 信號(hào)經(jīng)多徑傳播后在接收端所得信號(hào)時(shí)域及頻域圖像如下圖3-8051015

22、202530f/Hz圖3-9信道幅頻和相頻響應(yīng)500400)300f(H2001000圖3-8單頻正弦信號(hào)經(jīng)多徑傳播后在接收端所得信號(hào)時(shí)域及頻域圖像分析：由圖可知，過(guò)多徑后，不同路徑時(shí)延不同。不同時(shí)延的信號(hào)疊加,導(dǎo)致時(shí)域圖形不再是單一正弦。(由于采樣頻率的關(guān)系，看起來(lái)還是光滑曲線)頻域出現(xiàn)了毛刺，即頻域擴(kuò)散3.4多徑信道對(duì)數(shù)字信號(hào)影響程序見(jiàn)附錄3信道幅頻和相頻響應(yīng)如圖3-9所示分析：通過(guò)該信道的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)可以看出，信道的幅度和頻率響應(yīng)都不理想，輸入信號(hào)過(guò)信道會(huì)造成幅度頻率失真。信號(hào)進(jìn)入多徑信道前后的時(shí)域頻域圖如圖3-10所示輸入信號(hào)輸出信號(hào)圖3-10信號(hào)進(jìn)入多徑信道前后的時(shí)域頻域圖分析

23、：如圖3-10所示，因?yàn)樾诺婪l特性不理想，會(huì)造成輸入信號(hào)失真，針對(duì)模擬信號(hào)體現(xiàn)在波形失真，針對(duì)數(shù)字信號(hào)體現(xiàn)為碼間干擾。由于各徑時(shí)延差不同，通過(guò)各路徑的信號(hào)衰減不同，信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑后形成碼間干擾90?？偨Y(jié)本課程設(shè)計(jì)從信道的隨機(jī)過(guò)程特征出發(fā)，研究信道的平穩(wěn)過(guò)程,討論信道衰落特征，并重點(diǎn)針對(duì)服從瑞利分布的多徑衰落信道模型在matlab環(huán)境下進(jìn)行模擬仿真，觀察了單頻信號(hào)、數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑時(shí)變信道后的時(shí)域波形和頻譜。首先我們查閱了許多有關(guān)多徑時(shí)變信道、瑞利信道的資料，了解了多徑時(shí)變信道的特點(diǎn)，掌握獨(dú)立瑞利衰落的多徑信道的模型，然后我們用matlab軟件仿真出瑞利衰落衰落的多徑信道，看到了這種信道的瑞利分

24、布圖，接著我們?cè)趍atlab環(huán)境下，將單頻信號(hào)通過(guò)我們所設(shè)計(jì)的多徑時(shí)變信道，然后在接收端觀察接收信號(hào)的時(shí)域及頻域波形，看到了時(shí)域波形出現(xiàn)彌散的結(jié)果，最后我們將數(shù)字信號(hào)通過(guò)多徑時(shí)變信道，并觀察起輸出信號(hào)的波形和頻譜，發(fā)現(xiàn)它產(chǎn)生了碼間干擾并造成誤碼，這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合我們?cè)诶碚撋戏治龅慕Y(jié)果。在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中我鍛煉了自己的思考能力和動(dòng)手能力。通過(guò)對(duì)課題的分析和仿真設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我思考問(wèn)題的完整性和實(shí)際生活聯(lián)系的可行性。在方案設(shè)計(jì)選擇和衰落的選擇上，培養(yǎng)了我們對(duì)各種衰落的認(rèn)識(shí)。也進(jìn)一步鍛煉了我們個(gè)人查閱技術(shù)資料的能力，動(dòng)手能力，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力?？傊@次課程設(shè)計(jì)中我學(xué)到了很多知識(shí)，拓展了我的

25、思維，而且讓我明白了怎樣理論聯(lián)系實(shí)際，在實(shí)踐過(guò)程中遇到的問(wèn)題怎樣用理論來(lái)解決，為以后的工作積累了經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)了信心。參考文獻(xiàn)1BELLO.P.A.Characterizationofrandomlytimevariantlin2earchannelsJ.IEEETrans.CommunicationsSystems,1963,11(4):360-393.2CLARKE,R.H.AstatisticaltheoryofmobileradioreceptionJ.BellSystemsTechnicalJoumal,1968,47(6):957-1000.3 樊昌信，曹麗娜編著，通信原理，北京：國(guó)防

26、工業(yè)出版社，2010：73-844 樊昌信，通信原理，北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2002:70-80:67-905曹志剛等著，現(xiàn)代通信原理，北京：清華大學(xué)出版社，2001.5。：65-786吳偉陵等著，移動(dòng)通信原理，北京：電子工業(yè)出版社，2005：30-577.李建新，現(xiàn)代通信系統(tǒng)分析與仿真-MATLAB通信工具箱，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000：13-45潘子宇，Matlab通信仿真設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)，南京工程學(xué)院，2011：24-369劉敏，MATLAB通信仿真與應(yīng)用，北京：國(guó)防工業(yè)出版社：56-60附錄源程序代碼如下源代碼1：時(shí)變多徑信道仿真(1)移動(dòng)臺(tái)在不同位置的多徑信號(hào)clearallf

27、=9e8;%發(fā)射信號(hào)頻率v=0;%移動(dòng)臺(tái)速度，靜止情況為0c=3e8;%電磁波速度，光速r0=1000;%移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離d=15000;%基站距離反射墻的距離t1=0:0.0000000000005:0.00000001;%時(shí)間E1=cos(2*pi*f*(1-v/c).*t1-r0/c)./(r0+v.*t1);%直射徑信號(hào)E2=cos(2*pi*f*(1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c)./(2*d-r0-v*t1);%反射徑信號(hào)subplot(2,3,1)plot(t1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r')%畫(huà)出直射徑、反

28、射徑和總的接收信號(hào)legend('直射徑信號(hào)','反射徑信號(hào)'，'移動(dòng)臺(tái)接收的合成信號(hào)')%axis(012-0.50.5)subplot(2,3,4)plot(t1,E1-E2)f=9e8;%發(fā)射信號(hào)頻率v=0;%移動(dòng)臺(tái)速度，靜止情況為0c=3e8;%電磁波速度，光速r0=3000;%移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離d=15000;%基站距離反射墻的距離t1=0:0.0000000000005:0.00000001;%時(shí)間E1=cos(2*pi*f*(1-v/c).*t1-r0/c)./(r0+v.*t1);%直射徑信號(hào)E2=cos(2*pi*f*(1+

29、v/c)*t1+(r0-2*d)/c)./(2*d-r0-v*t1);%反射徑信號(hào)subplot(2,3,2)plot(t1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r')%畫(huà)出直射徑、反射徑和總的接收信號(hào)%axis(012-0.50.5)subplot(2,3,5)plot(t1,E1-E2)f=9e8;%發(fā)射信號(hào)頻率v=0;%移動(dòng)臺(tái)速度，靜止情況為0c=3e8;%電磁波速度，光速r0=9000;%移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離d=15000;%基站距離反射墻的距離t1=0:0.0000000000005:0.00000001;%時(shí)間E1=cos(2*pi*

30、f*(1-v/c).*t1-r0/c)./(r0+v.*t1);%直射徑信號(hào)E2=cos(2*pi*f*(1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c)./(2*d-r0-v*t1);%反射徑信號(hào)subplot(2,3,3)plot(t1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r')%畫(huà)出直射徑、反射徑和總的接收信號(hào)%axis(012-0.50.5)subplot(2,3,6)plot(t1,E1-E2)2)仿真不同頻率的信號(hào)的多徑信號(hào)改變clearallf=3e8;%發(fā)射信號(hào)頻率v=0;%移動(dòng)臺(tái)速度，靜止情況為0c=3e8;%電磁波速度，光速r0=30

31、00;%移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離d=15000;%基站距離反射墻的距離t1=0:0.0000000000005:0.00000001;%時(shí)間E1=cos(2*pi*f*(1-v/c).*t1-r0/c)./(r0+v.*t1);%直射徑信號(hào)E2=cos(2*pi*f*(1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c)./(2*d-r0-v*t1);%反射徑信號(hào)subplot(2,3,1)plot(t1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r')%畫(huà)出直射徑、反射徑和總的接收信號(hào)legend('直射徑信號(hào)','反射徑信號(hào)'，&

32、#39;移動(dòng)臺(tái)接收的合成信號(hào)')%axis(012-0.50.5)subplot(2,3,4)plot(t1,E1-E2)f=9e8;%發(fā)射信號(hào)頻率v=0;%移動(dòng)臺(tái)速度，靜止情況為0c=3e8;%電磁波速度，光速r0=3000;%移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離d=15000;%基站距離反射墻的距離t1=0:0.0000000000005:0.00000001;%時(shí)間E1=cos(2*pi*f*(1-v/c).*t1-r0/c)./(r0+v.*t1);%直射徑信號(hào)E2=cos(2*pi*f*(1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c)./(2*d-r0-v*t1);%反射徑信號(hào)subplot(

33、2,3,2)plot(t1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r')%畫(huà)出直射徑、反射徑和總的接收信號(hào)%axis(012-0.50.5)subplot(2,3,5)plot(t1,E1-E2)f=27e8;%發(fā)射信號(hào)頻率v=0;%移動(dòng)臺(tái)速度，靜止情況為0c=3e8;%電磁波速度，光速r0=3000;%移動(dòng)臺(tái)距離基站初始距離d=15000;%基站距離反射墻的距離t1=0:0.0000000000005:0.00000001;%時(shí)間E1=cos(2*pi*f*(1-v/c).*t1-r0/c)./(r0+v.*t1);%直射徑信號(hào)E2=cos(2*p

34、i*f*(1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c)./(2*d-r0-v*t1);%反射徑信號(hào)subplot(2,3,3)plot(t1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r')%畫(huà)出直射徑、反射徑和總的接收信號(hào)%axis(012-0.50.5)subplot(2,3,6)plot(t1,E1-E2)源代碼2：瑞利信道仿真functionh=rayleigh(fd,t)%產(chǎn)生瑞利衰落信道fc=900*10入6;%選取載波頻率v1=30*1000/3600;%移動(dòng)速度v1=30km/hc=3*10入8;%定義光速fd=v1*fc/c;%多普勒頻移

35、ts=1/10000;%信道抽樣時(shí)間間隔t=0:ts:1;%生成時(shí)間序列h1=rayleigh(fd,t);%產(chǎn)生信道數(shù)據(jù)v2=120*1000/3600;%移動(dòng)速度v2=120km/hfd=v2*fc/c;%多普勒頻移h2=rayleigh(fd,t);%產(chǎn)生信道數(shù)據(jù)subplot(2,1,1),plot(20*log10(abs(h1(1:10000)title('v=30km/h時(shí)的信道曲線')xlabel('時(shí)間');ylabel('功率')subplot(2,1,2),plot(20*log10(abs(h2(1:10000)title

36、('v=120km/h時(shí)的信道曲線')xlabel('時(shí)間');ylabel('功率')functionh=rayleigh(fd,t)%該程序利用改進(jìn)的jakes模型來(lái)產(chǎn)生單徑的平坦型瑞利衰落信道%輸入變量說(shuō)明：%fd:信道的最大多普勒頻移單位Hz%t:信號(hào)的抽樣時(shí)間序列，抽樣間隔單位s%h為輸出的瑞利信道函數(shù)，是一個(gè)時(shí)間函數(shù)復(fù)序列N=40;%假設(shè)的入射波數(shù)目wm=2*pi*fd;M=N/4;%每象限的入射波數(shù)目即振蕩器數(shù)目Tc=zeros(1,length(t);%信道函數(shù)的實(shí)部Ts=zeros(1,length(t);%信道函數(shù)的虛部P_n

37、or=sqrt(1/M);%歸一化功率系theta=2*pi*rand(1,1)-pi;%區(qū)別個(gè)條路徑的均勻分布隨機(jī)相位forn=1:M%第匚條入射波的入射角alfa(n)=(2*pi*n-pi+theta)/N;fi_tc=2*pi*rand(1,1)-pi;%對(duì)每個(gè)子載波而言在(-pi,pi)之間均勻分布的隨機(jī)相位fi_ts=2*pi*rand(1,1)-pi;Tc=Tc+2*cos(wm*t*cos(alfa(n)+fi_tc);Ts=Ts+2*cos(wm*t*sin(alfa(n)+fi_ts);%計(jì)算沖激響應(yīng)函數(shù)end;h=P_nor*(Tc+j*Ts);%乘歸一化功率系數(shù)得到傳輸

38、函數(shù)源代碼3：多徑信道對(duì)單音頻信號(hào)的影響仿真clc;closeall;clearall;%參數(shù)定義A=1;f=10;decay=0.8;dt=0.01;t=0:dt:10;L=20;fdelay=2*rand(1,L);wdelay0=rand(1,L)*2*pi;x=cos(2*pi*f*t);fori=1:Lwdelay(i,:)=cos(2*pi*fdelay(i)*t);s(i,:)=decay*cos(2*pi*f*t+wdelay(i,:)+wdelay0(i);endy=sum(s)/sqrt(L);%原始單頻信號(hào)figure(1);subplot(211);plot(t,x);

39、xlabel('t/s');ylabel('x(t)');title('單頻信號(hào)時(shí)域圖');axis(02-1.51.5);subplot(212);f1=abs(fft(x,1024);plot(0:100/1024:100-100/1024,f1);xlabel('f/Hz');ylabel('H(f)');title('單頻信號(hào)頻域圖')；axis(0300500);%經(jīng)過(guò)多徑信道的單頻信號(hào)figure(2);subplot(211);plot(t,y);xlabel('t/s'

40、;);ylabel('y(t)');title('經(jīng)過(guò)20徑后的時(shí)域圖');subplot(212);f2=abs(fft(y,1024);plot(0:100/1024:100-100/1024,f2);xlabel('f/Hz');ylabel('H(f)');title('經(jīng)過(guò)20徑后的頻域圖');axis(0300500);源代碼4：多徑信道對(duì)數(shù)字信號(hào)影響(1).作出信道的幅頻響應(yīng)以及相頻響應(yīng)clc;clearall;f=-2:0.001:2;h1=0.5*exp(-j*2*pi*f*0);h2=0.707*exp(-j*2*pi*f*1);h3=0.5*exp(-j*2*pi*f*2);h=h1+h2+h3;subplot(2,1,1);plot(f,h);gridon;axis(-22-0.52);%定義f的范圍%信道的響應(yīng)%定義坐標(biāo)范圍subplot(2,1,2);plot(f,angle(h)/pi);grid