移動通信實驗報告

1、序號（學(xué)號）：178840056沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)生實驗報告書實驗類別移動通信實驗學(xué) 院 信息工程學(xué)院專 業(yè)通信工程班 級13級電信二班姓 名 惲星彤指導(dǎo)教師 張大鵬老師 2015年12月10日實驗一：AWGN信道中BPSK調(diào)制系統(tǒng)的BER仿真計算一、實驗?zāi)康? 掌握二相BPSK調(diào)制的工作原理。2 掌握利用MATLAB進行誤比特率測試BER的方法。3 掌握AWGN信道中BPSK調(diào)制系統(tǒng)的BER仿真計算方法。二、實驗原理1. 仿真概述及原理在數(shù)字領(lǐng)域進行的最多的仿真任務(wù)是進行調(diào)制解調(diào)器的誤比特率測試，在相同的條件下進行比較的話，接收器的誤比特率性能是一個十分重要的指標(biāo)。誤比特率的測試需要一個發(fā)送器、

2、一個接收器和一條信道。首先需要產(chǎn)生一個長的隨機比特序列作為發(fā)送器的輸入，發(fā)送器將這些比特調(diào)制成某種形式的信號以便傳送到仿真信道，我們在傳輸信道上加上一定的可調(diào)制噪聲，這些噪聲信號會變成接收器的輸入，接收器解調(diào)信號然后恢復(fù)比特序列，最后比較接收到的比特和傳送的比特并計算錯誤。誤比特率性能常能描述成二維圖像。縱坐標(biāo)是歸一化的信噪比，即每個比特的能量除以噪聲的單邊功率譜密度，單位為分貝。橫坐標(biāo)為誤比特率，沒有量綱。2. 仿真過程及計算 運行發(fā)生器：通過發(fā)送器將偽隨機序列變成數(shù)字化的調(diào)制信號。 設(shè)定信噪比：假定SNR為m dB,則Eb/N0=10(m/10),用MATLAB假設(shè)SNR單位為分貝。 確定

3、Eb。 計算N0。 計算噪聲的方差n。 產(chǎn)生噪聲：因為噪聲具有零均值，所以其功率和方差相等。我們產(chǎn)生一個和信號長度相同的噪聲向量，且該向量方差為n。 加上噪聲，運行接收器。 確定時間延遲。 產(chǎn)生誤差向量。 統(tǒng)計錯誤比特：誤差向量“err”中的每一個非零元素對應(yīng)著一個錯誤的比特。最后計算誤比特率BER：每運行一次誤比特率仿真，就需要傳輸和接收固定數(shù)量的比特，然后確定接收到的比特中有多少錯誤的。使用MATLAB計算BER: ber=te/length(tx)。三、實驗結(jié)果MATLAB仿真程序如下：% Simulation of BPSK AWGNMax_SNR=10;N_trials=1000;N

4、=200;Eb=1;ber_m=0; for trial=1:1:N_trials; trial msg=round(rand(1,N); % 1,0 sequence s=1-msg.*2; %0-1,1-1 n=randn(1,N)+j.*randn(1,N); %generate Guassian white noise ber_v=; for snr_dB=1:2:Max_SNR snr=10.(snr_dB./10); %snr(db)-snr(decimal) N0=Eb./snr; sgma=sqrt(N0./2); y=sqrt(Eb).*s+sgma.*n; y1=sign(

5、real(y); y2=(1-y1)./2; %1, 0 sequence error=sum(abs(msg-y2); %error bits ber_snr=error./N; %ber ber_v=ber_v,ber_snr; end %for snrber_m=ber_m+ber_v;endber=ber_m./N_trials; ber_theory=;for snr_db=1:2:Max_SNR snr=10.(snr_db./10); snr_1=qfunc(sqrt(2*snr); ber_theory=ber_theory,snr_1;end i=1:2:Max_SNR;se

6、milogy(i,ber,-r,i,ber_theory,*b);xlabel(E_b/N_0(dB)ylabel(BER)legend(Monte Carlo,Theoretic)仿真結(jié)果如下：四、實驗小結(jié) 用蒙特卡羅分析方法得到的誤碼率曲線與理論公式 得到的誤碼率曲線吻合，可見蒙特卡羅分析是一種很好的分析誤碼率的方法。從曲線中可以看出，隨著信噪比的增加，誤碼率減小。實驗二： 移動信道建模的仿真分析一、實驗?zāi)康暮鸵饬x1. 無線通信信道的建模與仿真是實現(xiàn)移動通信系統(tǒng)仿真與分析的基礎(chǔ)，寬帶無線通信與移動通信信道屬頻率選擇性瑞利衰落信道模型。2. 通過信道設(shè)計實驗 掌握頻率選擇性信道模型的仿真建模

7、方法。 掌握模型中瑞利衰落系數(shù)的設(shè)計方法。 掌握多徑數(shù)目、功率和時延參數(shù)的設(shè)計。 學(xué)會采用MATLAB語言對上述參數(shù)進行仿真。二、實驗方案和技術(shù)路線1. 選擇路徑數(shù)。2. 按均勻分布產(chǎn)生各條路徑的延遲。3. 按功率時延譜確定對應(yīng)的各徑的功率。4. 按Jake模型產(chǎn)生各徑的瑞利衰落系數(shù)。5. 對瑞利衰落系數(shù)進行統(tǒng)計分析并與理論值相比較。說明：1 路徑數(shù)目2-4自己確定，或采用某個國際標(biāo)準(zhǔn)。2 每條路徑時間延遲滿足（0，Tmax）范圍內(nèi)均勻分布，Tmax為自己選擇的最大采樣步長數(shù)200-600間比較合適，或采用國際標(biāo)準(zhǔn)。3 功率可以按時延遲譜求得，也可用國際標(biāo)準(zhǔn)測量值。功率延遲譜：若采用等功率分配

8、產(chǎn)生功率：Pi=Pt/M；采用指數(shù)分布的功率延遲譜產(chǎn)生功率：P=1/6*exp(-t/6)。三、實驗結(jié)果MATLAB仿真程序如下：% Simulation of Jakes Modelclear all;f_max=30;M=8; N=4*M+2;Ts=1.024e-04;sq=2/sqrt(N);sigma=1/sqrt(2);theta=0;count=0; t0=0.001; for t=0:Ts:0.5 count=count+1; g(count)=0; for n=1:M+1, if n=M c_i(count,n)=2*sigma*cos(pi*n/M); %Gain assoc

9、iated with inphase component c_q(count,n)=2*sigma*sin(pi*n/M); %Gain associated with quadrature component f_i(count,n)=f_max*cos(2*pi*n/N); %Discrete doppler frequencies of inphase component f_q(count,n)=f_max*cos(2*pi*n/N); %Discrete doppler frequencies of quadrature component else c_i(count,n)=sqr

10、t(2)*cos(pi/4); c_q(count,n)=sqrt(2)*sin(pi/4); f_i(count,n)=f_max; f_q(count,n)=f_max; end; % end if g_i(count,n)= c_i(count,n)*cos(2*pi*f_i(count,n)*(t-t0)+theta); %Inphase component for one oscillator g_q(count,n)= c_q(count,n)*cos(2*pi*f_q(count,n)*(t-t0)+theta); %Quadrature component for one os

11、cillator end; %end n tp(count)= sq*sum(g_i(count,1:M+1); % Total Inphase component tp1(count)= sq*sum(g_q(count,1:M+1); % Total quadrature component end; % end count no nagain envelope=sqrt(tp.2+tp1.2); rmsenv=sqrt(sum(envelope.2)/count); auto_i,lag_i=xcorr(tp,coeff); %Auto-correlation associated wi

12、th inphase component auto_q,lag_q=xcorr(tp1,coeff); %Auto-correlation associated with quadrature component len=length(lag_i); corrx2,lag2=xcorr(tp,tp1,coeff); aa=-(len-1)/2:1:(len-1)/2; %total duration for lag bb=(len-2001)./2; %mid.points for drawing figures cc=bb+1:1:bb+2001; %for getting the mid-

13、values dd=-1000:1:1000;%-tdd=dd*Ts;z=2.*pi.*f_max*tdd;sigma0=1;T_bessel=sigma0.2.*besselj(0,z); % figure;plot(tdd,auto_i(cc),-,tdd,T_bessel,*); %in-phasexlabel(t(Second);ylabel(Auto-correlation);legend(In-component); figure;plot(tdd,auto_q(cc),-,tdd,T_bessel,*); %quadraturexlabel(t(Second);ylabel(Au

14、to-correlation);legend(Q-component); figure;co1=1:1000;semilogy(co1*Ts,envelope(1:1000);xlabel(t(Second);ylabel(Rayleigh Coef.);%-length_r=length(envelope); %-pdf_env=zeros(1,501); count=0;temp=round(100.*envelope);for k=1:length_r if temp(k)=500 count=count+1; pdf_env(1,temp(k)+1)=pdf_env(1,temp(k)

15、+1)+1; endendcountpdf_env=pdf_env./count./0.01; sgma2=0.5;x=0:0.01:5;pdf_theory=(x./sgma2).*exp(-1.*x.2./(2.*sgma2); figure;plot(x,pdf_env,-,x,pdf_theory,*);legend(Simulated,Theoretic);xlabel(r);ylabel(PDF of r);仿真結(jié)果如下：四、實驗小結(jié)從圖中可以看出，當(dāng)t=0即沒有時延差的時候，每條路經(jīng)包絡(luò)的同向分量與正交分量的自相關(guān)系數(shù)為1，這是最理想的情況。包絡(luò)的大小隨時延差的改變發(fā)生波動，包絡(luò)

16、概率密度曲線的統(tǒng)計值與理論值相近，滿足瑞利分布。實驗三： CDMA通信系統(tǒng)仿真一、實驗?zāi)康暮鸵饬x1. CDMA通信具有很多通信特點，不僅被IS-95移動通信系統(tǒng)使用，目前已成為3G的主要技術(shù)。2. 通過實驗：掌握直接序列擴頻發(fā)射機與接收機的組成與仿真；仿真驗證AWGN信道下單用戶直接序列擴頻系統(tǒng)的BER性能；仿真驗證平坦瑞利信道下單用戶直接序列擴頻系統(tǒng)的BER性能；觀察存在干擾用戶時的系統(tǒng)性能變化。二、基本原理與方案仿真基帶直接序列擴頻系統(tǒng)：1. 采用BPSK或QPSK映射。2. 擴頻序列可以是隨機產(chǎn)生，可以是m序列，也可以是Gold碼，長度自選。3. 最后對BER或SER隨信噪比變化畫圖與理

17、論單用戶的結(jié)果比較，并對仿真結(jié)果進行分析。三、實驗方案與技術(shù)路線1. 確定用戶數(shù)目、信道特征以及調(diào)制方式。2. 確定基帶擴頻仿真系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)圖，按照框圖設(shè)計一個CDMA系統(tǒng)，并進行仿真。信源卷積編碼交織編碼加擾碼擴頻調(diào)制AWGN信道調(diào)制解擴信宿解卷積解交織去擾碼3. 用MATLAB進行仿真，統(tǒng)計BER或SER隨信噪比的關(guān)系，繪出曲線。4. 對統(tǒng)計試驗的結(jié)果與單用戶的理論值進行比較。5. 對仿真結(jié)果進行分析。四、實驗結(jié)果MATLAB仿真程序如下：%main_IS95_forward.m %此函數(shù)用于IS-95前向鏈路系統(tǒng)的仿真，包括擴%頻調(diào)制，匹配濾波，RAKE接收等相關(guān)通信模塊。 %仿真環(huán)境

18、: 加性高斯白噪聲信道. %數(shù)據(jù)速率 = 9600 KBps % clear allclose allclcdisp(-start-); global Zi Zq Zs show R Gi Gq clear j; show = 0; %控制程序運行中的顯示SD = 0; % 選擇軟/硬判決接收 %-主要的仿真參數(shù)設(shè)置-BitRate = 9600; %比特率ChipRate = 1228800; %碼片速率N = 184; %源數(shù)據(jù)數(shù)MFType = 1; % 匹配濾波器類型-升余弦R = 5; %+Viterbi生成多項式+G_Vit = 1 1 1 1 0 1 0 1 1; 1 0 1 1

19、 1 0 0 0 1;%Viterbi生成多項式矩陣K = size(G_Vit, 2); %列數(shù) L = size(G_Vit, 1); %行數(shù) %+ %+Walsh矩陣+WLen = 64; %walsh碼的長度Walsh = reshape(1;0*ones(1, WLen/2), WLen , 1); %32個1 0行%Walsh = zeros(WLen ,1); %+ %+擴頻調(diào)制PN碼的生成多項式+%Gi = 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1; %Gq = 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1; Gi_ind = 15, 1

20、3, 9, 8, 7, 5, 0; %i路PN碼生成多項式參數(shù)Gq_ind = 15, 12, 11, 10, 6, 5, 4, 3, 0; %q路PN碼生成多項式參數(shù)Gi = zeros(16, 1); %161的0矩陣Gi(16-Gi_ind) = ones(size(Gi_ind);%根據(jù)Gi_ind配置i路PN碼生成多項式Zi = zeros(length(Gi)-1, 1); 1; % I路信道PN碼生成器的初始狀態(tài)Gq = zeros(16, 1); %161的0矩陣Gq(16-Gq_ind) = ones(size(Gq_ind); %根據(jù)Gq_ind配置q路PN碼生成多項式Zq

21、 = zeros(length(Gq)-1, 1); 1; % Q路信道PN碼生成器的初始狀態(tài)%+ %+擾碼生成多項式+Gs_ind = 42, 35, 33, 31, 27, 26, 25, 22, 21, 19, 18, 17, 16, 10, 7, 6, 5, 3, 2, 1, 0; Gs = zeros(43, 1); %431的0矩陣Gs(43-Gs_ind) = ones(size(Gs_ind); %根據(jù)Gs_ind配置擾碼生成多項式Zs = zeros(length(Gs)-1, 1); 1; % 長序列生成器的初始狀態(tài)%+%+AWGN信道+ EbEc = 10*log10(C

22、hipRate/BitRate);%處理增益 EbEcVit = 10*log10(L); EbNo = -1: 0.5 : 1; %仿真信噪比范圍(dB) %EbNo = -2 : 0.5 : -1.5; %+%-%-主程序-ErrorsB = ; ErrorsC = ; NN = ; if (SD = 1) % 判斷軟/硬判決接收 fprintf(n SOFT Decision Viterbi Decodernn); else fprintf(n HARD Decision Viterbi Decodernn); end for i=1:length(EbNo) %根據(jù)EbNo多次運行 f

23、printf(nProcessing %1.1f (dB), EbNo(i);%輸出當(dāng)前EbNo值 iter = 0; ErrB = 0; ErrC = 0; while (ErrB 300) & (iter 0);%生成源數(shù)據(jù) % 速率為19.2Kcps TxChips, Scrambler = PacketBuilder(TxData, G_Vit, Gs); %產(chǎn)生IS-95前向鏈路系統(tǒng)的發(fā)送數(shù)據(jù)包 % 速率為1.2288Mcps x PN MF = Modulator(TxChips, MFType, Walsh);%實現(xiàn)IS-95前向鏈路系統(tǒng)的數(shù)據(jù)調(diào)制 %+ %+信道+ noise

24、= 1/sqrt(2)*sqrt(R/2)*( randn(size(x) + j*randn(size(x)*10(-(EbNo(i) - EbEc)/20);%生成噪聲序列 r = x+noise;%加入噪聲 %+ %+接收機+ RxSD = Demodulator(r, PN, MF, Walsh); %軟判決，速率為19.2 Kcps RxHD = (RxSD0); % 定義接收碼片的硬判決 if (SD) RxData Metric= ReceiverSD(RxSD, G_Vit, Scrambler); %軟判決 else RxData Metric= ReceiverHD(RxH

25、D, G_Vit, Scrambler); %硬判決 end %+ if(show) subplot(311); plot(RxSD, -o); title(Soft Decisions); %軟判決結(jié)果圖 subplot(312); plot(xor(TxChips, RxHD), -o); title(Chip Errors);%RAKE接收機輸入符號與發(fā)送碼相比出錯的碼 subplot(313); plot(xor(TxData, RxData), -o); %硬判決接收機與發(fā)送數(shù)據(jù)相比的出錯碼 title(Data Bit Errors. Metric = , num2str(Metr

26、ic); pause; end if(mod(iter, 50)=0) %每50次保存一次 fprintf(.); save TempResults ErrB ErrC N iter %保存結(jié)果 end ErrB = ErrB + sum(xor(RxData, TxData);%求出錯比特數(shù) ErrC = ErrC + sum(xor(RxHD, TxChips); %求出錯碼數(shù) iter = iter+ 1;%迭代次數(shù) end ErrorsB = ErrorsB; ErrB; %存儲各EbNo值下的出錯比特數(shù) ErrorsC = ErrorsC; ErrC; %存儲各EbNo值下的出錯碼數(shù) NN = NN; N*iter; %存儲各EbNo值下的總數(shù)據(jù)碼數(shù)目 save SimData * %保存當(dāng)前迭代的數(shù)據(jù)end %+誤碼率計算+ PerrB = ErrorsB./NN; %出錯比特比例%PerrB1 = Er