通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告(共14頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 魯東大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)題目 連續(xù)信道的仿真 班級 電信1201 姓名 張麗英 學(xué)號 指導(dǎo)教師 謝艷輝 摘要本次課程設(shè)計(jì)介紹了移動通信信道的基本理論，對移動通信中的衰減信道，如線性非時(shí)變信道、多徑時(shí)變信道和多徑非時(shí)變信道進(jìn)行了分析和建模，并討論了隨參信道和恒參信道的傳輸特性以及對傳輸信號的影響。在此基礎(chǔ)上通過MATLAB仿真軟件使信號經(jīng)幅頻失真信道、相頻失真信道和多徑信道后得到輸出的波形和頻譜。通過MATLAB搭建仿真平臺，對線性非時(shí)變信道、多徑時(shí)變信道和多徑非時(shí)變信道的基本方法進(jìn)行了研究，就幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)的變化為出發(fā)點(diǎn)，對比輸入與輸

2、出信號波形以分析總結(jié)。就幅頻響應(yīng)而言，是否是常數(shù)，輸入信號經(jīng)過信道后，頻率分量衰減如何變化，輸出信號是否有幅度失真。就信道的相頻響應(yīng)而言，相頻響應(yīng)是否是 ，信號經(jīng)過信道后的時(shí)延性如何變化，輸出信號是否產(chǎn)生相位失真。1、 課程設(shè)計(jì)的目的與意義（1） 理解連續(xù)信道建模仿真的原理及實(shí)驗(yàn)流程（2） 掌握matlab連續(xù)信道建模仿真編程并理解語句含義（3） 輸出仿真圖像并分析其幅頻響應(yīng)的變化2、 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容（一）、線性非時(shí)變信道 1、線性非時(shí)變信道的定義 發(fā)送信號經(jīng)過一個(gè)線性非時(shí)變系統(tǒng) 圖1 線性非時(shí)變信道模型 （1） 信道的頻率響應(yīng)函數(shù)為 （2） 其中是信道的幅頻響應(yīng)，是相頻響應(yīng)。 當(dāng)幅頻響應(yīng)不是

3、常數(shù)時(shí)，輸入信號經(jīng)過信道后，不同的頻率分量衰減 不同，輸出信號有幅度失真。當(dāng)信道的相頻響應(yīng)時(shí)，信號經(jīng)過信道后的時(shí)延不同，信道輸出信號產(chǎn)生相位失真，稱為信道的時(shí)延性。 2、線性非時(shí)變信道的建模仿真輸入信號：，其中，。經(jīng)過的信道：（1）（2）；（3）當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，。（相位失真 信道）；（4） 3、MATLAB 程序?qū)崿F(xiàn)：%信道失真示意clear all; %清除了所有的變量，包括全局變量close all; %關(guān)閉所有窗口 Ts=1; N_sample = 8; %每個(gè)碼元的抽樣點(diǎn)數(shù)dt = Ts/N_sample; %抽樣時(shí)間間隔N = 1000; %碼元數(shù)t = 0:dt:(N*N_sample

4、-1)*dt; gt1 = ones(1,N_sample); %NRZ非歸零波形 數(shù)組產(chǎn)生1行8列的權(quán)1矩陣d = ( sign( randn(1,N) ) +1 )/2;% 產(chǎn)生一行1000個(gè)隨機(jī)數(shù) data = sigexpand(d,N_sample); %對序列間隔插入N_sample-1個(gè)0st1 = conv(data,gt1); %卷積后長度為8000+8-1 xt = st1; %無失真信道f,xf = T2F(t,xt); 傅里葉變換hf1 = exp(-j*pi*f); 無失真函數(shù)yf1 = xf.*hf1;t1,yt1 = F2T(f,yf1); %幅頻失真信道hf2

5、= sinc(f).*exp(-j*pi*f);yf2 = xf.*hf2;t2,yt2 = F2T(f,yf2);%相頻失真、群時(shí)延無失真信道f1 = find(f<0); hf3 = exp( -j*pi*f+j*pi ); 當(dāng)f0時(shí)的情況hf3(f1) = exp( -j*pi*f(f1)-j*pi ); f0時(shí)的函數(shù)yf3 = xf.*hf3;t3,yt3=F2T(f,yf3); 頻域時(shí)域轉(zhuǎn)換for iii=1:8007 if f(iii)>=0 uu(iii)=f(iii)-1; else if f(iii)<0 uu(iii)=f(iii)+1; endenden

6、d %相頻、群時(shí)延失真信道hf4 = exp(-j*pi*f.*f-j*pi*f+j*pi);yf4 = xf.*hf4;t4,yt4=F2T(f,yf4); figure(1)subplot(2,2,1)plotyy(f,abs(hf1),f,pi*f);ylabel('幅頻、相頻特性');%plot(f,abs(hf1);ylabel('幅頻、相頻特性');title('線性無失真信道');grid on; subplot(2,2,2)%plot(f,angle(hf1)/pi);ylabel('幅頻、相頻特性');plot(

7、t1,real(yt1) );title('經(jīng)過信道后的輸出信號');axis(0,20,-1.2 1.2);grid on; subplot(223)plotyy(f,abs(hf2),f,pi*f);ylabel('幅頻、相頻特性');title('幅頻失真信道');grid on; xlabel('f') subplot(224)plot(t2,real(yt2); axis(0,20,-1.2 1.2);grid on;xlabel('t'); figure(2)subplot(221);plotyy(f,

8、abs(hf3),f,uu);ylabel('幅頻、相頻特性');title('相頻失真、群時(shí)延無失真信道');grid on;subplot(222);plot(t3,real(yt3);title('經(jīng)過信道后的輸出信號');axis(0,20,-1.2 1.2);grid on; subplot(223)plotyy(f,abs(hf4),f,pi*(f.2+f-1);ylabel('幅頻、相頻特性');title('相頻失真、群時(shí)延失真信道');grid on;xlabel('f');sub

9、plot(224);plot(t4,real(yt4);axis(0,20,-1.2 1.2);grid on;xlabel('t'); 4、仿真結(jié)果 5、仿真結(jié)果的分析數(shù)字信號無論經(jīng)過幅頻失真還是相頻失真信道，都會對信號的接收產(chǎn)生影響。幅頻失真影響信號中不同頻率分量的接收幅度，造成接收信號幅度的畸變；相頻失真影響信號中不同頻率分量經(jīng)過信道時(shí)的時(shí)延，造成接收信號的畸變。（二）、單頻信號經(jīng)過多徑時(shí)變信道 1、多徑時(shí)變信道的定義 發(fā)送單頻信號 （3） 經(jīng)過多徑信道，設(shè)信道數(shù)為n,則接收信號為： （4） 其中，、是第i徑的幅度、相位隨時(shí)間變化而隨機(jī)變化，從大 量的結(jié)果而言，、變化是緩

10、慢的。 （5） （6）則 （7）從公式（10）和（11）我們可以看出，一個(gè)單頻信號經(jīng)過信道數(shù)為n的多徑信道會變成幅度服從瑞利分布，相位服從均勻分布的信號，且r(t)是一個(gè)高斯窄帶信號。 2、多徑時(shí)變信道的建模仿真一個(gè)幅度為1v、頻率為10Hz的單頻信號經(jīng)過20條路徑傳輸，這20條路徑的衰減是一樣的，但時(shí)延的大小是隨機(jī)變化的，每徑時(shí)延的變化規(guī)律為正弦型，變化的頻率為0-2HZ隨機(jī)均勻抽取。3、Matlab程序?qū)崿F(xiàn)： %多徑時(shí)變 djshb.m clear all; close all; f = 10; %輸入的單頻信號頻率 dt = 0.01; t = 0:dt:1000; %時(shí)間 L = 20

11、; %徑數(shù) taof =2*rand(1,L); %時(shí)延變化頻率變化的頻率為0-2HZ隨機(jī)均勻抽取。 fai0 = rand(1,L)*2*pi; %路徑的初始相位 st = cos(2*pi*f*t); for i=1:L %當(dāng)1至L間取值 進(jìn)行循環(huán) fai(i,: ) = sin(2*pi*taof(i)*t); s(i, : ) = cos(2*pi*f*t-fai(i,: )+fai0(i); end rt = sum(s) /L; %將信號經(jīng)過20徑的結(jié)果相加 igure(1) subplot(211) plot(t, st); xlabel('t'); ylabel

12、('s(t)'); title('輸入單頻信號'); axis(0 2 -2.5 2.5); subplot(212) plot(t,rt); xlabel('t'); ylabel('s(t)'); title('經(jīng)過20徑后接收信號'); axis(0 15 -0.5 0.5); figure(2) ff sf=T2F(t,st); ff rf=T2F(t,rt); subplot(211); plot(ff,abs( sf ) ); xlabel('f'); ylabel('s(f)&

13、#39;); title('輸入單頻信號頻譜'); axis(-20 20 0 5); subplot(212); plot(ff,abs( rf ) ); xlabel('f'); ylabel('r(f)'); axis(-20 20 0 30);title('多徑信道輸出信號頻譜'); 4、仿真結(jié)果5、 仿真結(jié)果的分析通過圖我們可以看到，一個(gè)單頻信號經(jīng)過20徑時(shí)變路徑后，輸出信號的包絡(luò)會隨機(jī)發(fā)生變化，但是信號的頻譜會從原來在10HZ的沖擊頻譜變?yōu)樵?0HZ處的窄帶頻譜。6、 比較分析改變程序中的時(shí)延變化頻率參數(shù)taof來改變

14、衰落的速度，觀察輸出信號的變化。當(dāng)taof=0.1時(shí)，MATLAB程序如下%多徑時(shí)變 djshb.mclear all;close all; f = 10; %輸入的單頻信號頻率 dt = 0.01; t = 0:dt:1000; %時(shí)間 L = 20; %徑數(shù) taof =0.1*rand(1,L); %時(shí)延變化頻率 fai0 = rand(1,L)*2*pi; %路徑的初始相位 st = cos(2*pi*f*t); for i=1:L fai(i,: ) = sin(2*pi*taof(i)*t); s(i, : ) = cos(2*pi*f*t-fai(i,: )+fai0(i); e

15、nd rt = sum(s) /L; %將信號經(jīng)過20徑的結(jié)果相加 figure(1) subplot(221) plot(t, st); xlabel('t'); ylabel('s(t)'); title('輸入單頻信號'); axis(0 2 -2.5 2.5); subplot(223) plot(t,rt); xlabel('t');ylabel('s(t)');title('經(jīng)過20徑后接收信號'); axis(0 6 -0.5 0.5); ff sf=T2F(t,st); ff rf=

16、T2F(t,rt); subplot(222); plot(ff,abs( sf ) ); xlabel('f'); ylabel('s(f)'); title('輸入單頻信號頻譜'); axis(-20 20 0 5); subplot(224); plot(ff,abs( rf ) ); xlabel('f'); ylabel('r(f)'); axis(-20 20 0 30);title('多徑信道輸出信號頻譜'); 輸出信號的波形仿真結(jié)果分析 此時(shí)衰落的時(shí)變頻率最大為0.1Hz，載頻為10

17、Hz，因此相對于輸入信號而言是慢衰落情況，可以看到，此時(shí)接收信號的包絡(luò)起伏是緩慢變化，但由于路徑數(shù)夠多，因此從長時(shí)間來看信號包絡(luò)仍呈隨機(jī)起伏的特點(diǎn)；當(dāng)路徑數(shù)為2時(shí)，且時(shí)延變化頻率taof=100時(shí)。MATLAB程序如下：%多徑時(shí)變 djshb.mclear all;close all; f = 10; %輸入的單頻信號頻率 dt = 0.01; t = 0:dt:1000; %時(shí)間 L = 2; %徑數(shù) taof =100*rand(1,L); %時(shí)延變化頻率 fai0 = rand(1,L)*2*pi; %路徑的初始相位 st = cos(2*pi*f*t); for i=1:L fai(i

18、,: ) = sin(2*pi*taof(i)*t); s(i, : ) = cos(2*pi*f*t-fai(i,: )+fai0(i); end rt = sum(s) /L; %將信號經(jīng)過20徑的結(jié)果相加 figure(1) subplot(221) plot(t, st); xlabel('t'); ylabel('s(t)'); title('輸入單頻信號'); axis(0 2 -2.5 2.5); subplot(223) plot(t,rt);xlabel('t'); ylabel('s(t)');

19、title('經(jīng)過20徑后接收信號'); axis(0 3 -0.5 0.5); ff sf=T2F(t,st); ff rf=T2F(t,rt); subplot(222); plot(ff,abs( sf ) ); xlabel('f'); ylabel('s(f)'); title('輸入單頻信號頻譜'); axis(-20 20 0 5); subplot(224); plot(ff,abs( rf ) ); xlabel('f'); ylabel('r(f)'); axis(-20 20

20、0 30);title('多徑信道輸出信號頻譜'); 輸出信號的波形 仿真結(jié)果分析 接收包絡(luò)快速起伏，但由于路徑數(shù)不多，接收信號的包絡(luò)呈現(xiàn)出周期性。（3） 數(shù)字信號經(jīng)過多徑非時(shí)變信道 1、多徑非時(shí)變信道的定義 信號輸入一個(gè)非單頻信號時(shí)，經(jīng)多徑傳輸，輸出信號為 （8）頻域上看 （9）信道輸入信號的不同頻率分量遭受了不同的衰落，即頻率選擇性。 2、多徑非時(shí)變信道的建模仿真三徑信道： 。輸入信號：，其中。 3、Matlab程序?qū)崿F(xiàn)：%數(shù)字信號經(jīng)過多徑信道clear all;close all; Ts=1;N_sample = 8; %每個(gè)碼元的抽樣點(diǎn)數(shù)dt = Ts/N_sample

21、; %抽樣時(shí)間間隔N = 1000; %碼元數(shù)t = 0:dt:(N*N_sample-1)*dt;dLen = length(t); gt1 = ones(1,N_sample); %NRZ非歸零波形d = ( sign( randn(1,N) ) +1 )/2;data = sigexpand(d,N_sample); %對序列間隔插入N_sample-1個(gè)0st1 = conv(data,gt1);f sf1 = T2F(t,st1(1:dLen);%3徑信道m(xù)=0.5 0.707 0.5; %衰減tao = 0 1 2; %時(shí)延hf = m(1)*exp(-j*2*pi*f*tao(1

22、) +m(2)* exp(-j*2*pi*f*tao(2)+. m(3)* exp(-j*2*pi*f*tao(3);%信號經(jīng)過3徑信道yt1 = m(1)*st1(1:dLen)+m(2)*zeros(1,N_sample), st1(1:dLen-N_sample)+. m(3)*zeros(1,2*N_sample), st1(1:dLen-2*N_sample);f yf1 = T2F(t,yt1);figure(1)subplot(221)plot(t,st1(1:dLen),'LineWidth',2);axis(20 40 0 1.2);title('輸入

23、信號');subplot(223)plot(t,yt1,'LineWidth',2);axis(20 40 0 2);title('經(jīng)過信道輸出信號');xlabel('t');subplot(222);plot(f,abs(sf1),'LineWidth',2);axis(-5 5 0 300);title('輸入信號幅度譜');subplot(224);plot(f,abs(yf1),'LineWidth',2);axis(-5 5 0 300);title('輸出信號幅度譜&#

24、39;);xlabel('f');figure(2)subplot(211)plot(f,abs(hf),'LineWidth',2);axis(-2 2 0 2);title('信道幅頻特性');xlabel('f');subplot(212)plot(f,angle(hf)/pi);title('信道相頻特性');xlabel('f');axis(-2 2 -1 1); 4、仿真結(jié)果 5、仿真結(jié)果的分析 我們可以得出，由于是多徑信道，信道幅頻特性不是常數(shù)，在某些頻率處會產(chǎn)生較大的衰落，但是對某些

25、頻率會產(chǎn)生較小的衰落，由此我們得出信道具有頻率選擇性。 三、課程設(shè)計(jì)小結(jié)本次課程設(shè)計(jì)的目的在于使我們學(xué)以致用，在學(xué)習(xí)了通信原理理論課程的基礎(chǔ)上，結(jié)合以往的matlab編程知識，理解原程序，繼而得到仿真結(jié)果。 一次成功的課程設(shè)計(jì)源于對仿真系統(tǒng)原理的認(rèn)識，因此，僅僅在課堂上聽過見過是不夠的，查閱資料是本次課程設(shè)計(jì)中不可或缺的一環(huán)。我們應(yīng)該選擇合適的多本資料，比較相同原理的不同解釋從而達(dá)到理解并應(yīng)用的目的。在理解原理的基礎(chǔ)上，對照既有的主程序和程序框圖，我們應(yīng)該將各個(gè)成分的作用在腦海里回憶梳理，深化對連續(xù)信道建模仿真運(yùn)作過程的了解，為接下來的編碼做鋪墊。在編碼過程中，遇到錯(cuò)誤先檢查是否是拼寫錯(cuò)誤，再檢查是否是函數(shù)選擇錯(cuò)誤以及是否有沒有定義的參數(shù)，最后檢查主程序和加入程序間的關(guān)系。在這個(gè)過程中，原本學(xué)習(xí)matlab時(shí)的微薄經(jīng)驗(yàn)簡直微不足道，很多函數(shù)的用法都是臨時(shí)搜索才知道的。 本次課程設(shè)計(jì)并非同以往一樣僅僅只是照書編程，而是面對幾個(gè)不熟悉的題目，一開始就要做出選擇，一周的時(shí)間從查資料到梳理出自己的思路，制定計(jì)劃。最難的就是編程和修改，在時(shí)限內(nèi)完成編程，實(shí)現(xiàn)仿真。有些時(shí)候，即使仿真能夠進(jìn)行，