移動(dòng)通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告-實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電子科技大學(xué)通信抗干擾技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 無線信道特性分析；BPSK/QPSK通信鏈路搭建與誤碼性能分析；SIMO系統(tǒng)性能仿真分析課程教師 胡蘇成員姓名成員學(xué)號(hào)成員分工獨(dú)立完成必做題第二題，參與選做題SIMO仿真中的最大比值合并模型設(shè)計(jì)參與選做題SIMO仿真中的等增益合并模型設(shè)計(jì)獨(dú)立完成必做題第一題參與選做題SIMO仿真中的選擇合并模型設(shè)計(jì)1， 必做題目1.1 無線信道特性分析1.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?) 了解無線信道各種衰落特性；2) 掌握各種描述無線信道特性參數(shù)的物理意義；3) 利用MATLAB中的仿真工具模擬無線信道的衰落特性

2、。1.1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1) 基于simulink搭建一個(gè)QPSK發(fā)送鏈路，QPSK調(diào)制信號(hào)經(jīng)過了瑞利衰落信道，觀察信號(hào)經(jīng)過衰落前后的星座圖，觀察信道特性。仿真參數(shù)：信源比特速率為500kbps，多徑相對(duì)時(shí)延為0 4e-06 8e-06 1.2e-05秒，相對(duì)平均功率為0 -3 -6 -9dB，最大多普勒頻移為200Hz。例如信道設(shè)置如下圖所示：1.1.3 實(shí)驗(yàn)仿真(1)實(shí)驗(yàn)框圖（2） 圖表及說明圖一：Before Rayleigh Fading1#上圖為QPSK相位圖，由圖可以看出2比特碼元有四種。圖二：After Rayleigh Fading#從上圖可以看出，信號(hào)通過瑞利信道后，滿足瑞利分

3、布，相位和幅度發(fā)生隨機(jī)變化，所以圖三中的相位不是集中在四點(diǎn)，而是在四個(gè)點(diǎn)附近隨機(jī)分布。圖三：Impulse Response#從沖激響應(yīng)的圖可以看出相位在時(shí)間上發(fā)生了偏移。圖四：Impulse Response#從頻率響應(yīng)的圖可以看出，信號(hào)的頻率響應(yīng)失真比較嚴(yán)重。（3） 實(shí)驗(yàn)結(jié)論相干時(shí)間 s相干帶寬 Hz根據(jù)題目中給出的參數(shù)，計(jì)算瑞利衰落信道的相干帶寬和相干時(shí)間：1.2 BPSK/QPSK通信鏈路搭建與誤碼性能分析1.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆栈趕imulink的BPSK、QPSK典型通信系統(tǒng)的鏈路實(shí)現(xiàn)，仿真BPSK/QPSK信號(hào)在AWGN信道、單徑瑞利衰落信道下的誤碼性能。1.2.2 實(shí)驗(yàn)作業(yè)1

4、.基于simulink搭建BPSK/QPSK通信鏈路，經(jīng)過AWGN信道，接收端相干解調(diào)，仿真并繪出BPSK和QPSK信號(hào)在為010dB時(shí)（間隔：1dB）誤碼性能曲線。仿真參數(shù)：a) 仿真點(diǎn)數(shù)：106b) 信源比特速率：1Mbps。2.在1的基礎(chǔ)上，信號(hào)先經(jīng)過平坦（單徑）瑞利衰落，再經(jīng)過AWGN信道，假設(shè)接收端通過理想信道估計(jì)獲得了信道衰落值（勾選衰落信道模塊的“Complex path gain port”）。仿真并繪出BPSK和QPSK信號(hào)在為040dB時(shí)（間隔：5dB）誤碼性能曲線。信道仿真參數(shù)：最大多普勒頻移為100Hz。1.2.3 實(shí)驗(yàn)仿真(1) 實(shí)驗(yàn)框圖圖一 經(jīng)過AWGN的BPSK/

5、QPSK通信鏈路圖二 經(jīng)過RAYLEIGH+AWGN的BPSK/QPSK通信鏈路(2)圖表及說明圖三 經(jīng)過AWGN的BPSK/QPSK通信鏈路的誤比特率#由上圖可知，BPSK與QPSK誤比特率表現(xiàn)相一致，且隨著Eb/No的dB數(shù)增加，誤比特率下降速度變快。當(dāng)Eb/No=10dB時(shí)，兩者的誤比特率已經(jīng)下降，說明此時(shí)已經(jīng)能夠保證較高的數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確度。而從總體上來看，BPSK與QPSK的誤比特率性能曲線與理論是相契合的，說明鏈路搭建正確，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象成功。圖四 經(jīng)過RAYLEIGH+AWGN的BPSK/QPSK通信鏈路的誤碼率#由上圖可知，經(jīng)過瑞利平坦衰落后，BPSK/QPSK的誤碼特性發(fā)生了變化：首先

6、是在同等Eb/No的條件下，誤比特率顯著升高，10dB時(shí)為；其次是誤比特曲線呈線性變化，這進(jìn)一步說明了瑞利平坦衰落信道對(duì)信號(hào)的影響。(3)結(jié)論1.BPSK與QPSK的誤比特率表現(xiàn)一致，而在誤符號(hào)率上QPSK是BPSK的兩倍；2.瑞利平坦衰落信道對(duì)誤比特率有一定程度的線性影響。3.瑞利信道的多普勒頻移越大，則最終的誤比特率也會(huì)越大。2， 選作題目2.1 SIMO系統(tǒng)性能仿真分析2.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握基于simulink的單發(fā)多收（SIMO）16QAM仿真通信鏈路2. 仿真SIMO 16QAM信號(hào)在單徑瑞利衰落信道下，不同接收分集數(shù)、不同合并方式下的誤比特率性能。2.1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.掌

7、握單發(fā)多收（SIMO）的原理，利用分集技術(shù)，搭建單發(fā)多收通信系統(tǒng)框圖。2.利用MATLAB中simulink所包含的通信系統(tǒng)模塊搭建基于各種分集技術(shù)類型的單發(fā)多收通信鏈路。3.改變各個(gè)方式的分集數(shù)，搭建新的通信系統(tǒng)鏈路。4.比較上述各鏈路的誤比特率，記錄并分析。2.1.3 實(shí)驗(yàn)原理移動(dòng)信道的多徑傳播引起的瑞利衰落、時(shí)延擴(kuò)展以及伴隨接收機(jī)移動(dòng)過程產(chǎn)生的多普勒頻移使接收信道受到嚴(yán)重的衰落；陰影效應(yīng)會(huì)使接受的信號(hào)過弱而造成通信的中斷；信道存在的噪聲和干擾，也會(huì)使接收信號(hào)失真而造成誤碼。因此，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中需要采取一些信號(hào)處理技術(shù)來改善接收信號(hào)的質(zhì)量。其中，多天線分集接收技術(shù)就是一個(gè)非常重要且常見的

8、方法。分集接收的基本思想就是把接收到的多個(gè)衰落獨(dú)立的信號(hào)加以處理，合理地利用這些信號(hào)的能量來改善接收信號(hào)的質(zhì)量。分集技術(shù)總體來說分為兩類，針對(duì)陰影衰落的宏觀分集和針對(duì)微觀衰落的微觀分集。本實(shí)驗(yàn)主要注重微觀分集。分集技術(shù)對(duì)信號(hào)的處理包含兩個(gè)過程，首先是要獲得M個(gè)相互獨(dú)立的多徑信號(hào)分量，然后對(duì)它們進(jìn)行處理以獲得信噪比的改善，這就是合并技術(shù)。合并方式共分為三種，選擇合并、等增益合并和最大比值合并。選擇合并是最簡(jiǎn)單的一種，在所接收的多路信號(hào)中，合并器選擇信噪比最高的一路輸出。最大比值合并會(huì)將所有路信號(hào)的能量和信息都利用上，會(huì)明顯改善合并器輸出的信噪比?；谶@樣的考慮，最大比值合并把各支路信號(hào)加權(quán)后合并

9、。各路信號(hào)權(quán)值用數(shù)學(xué)方法得出。等增益合并性能上不及最大比值合并，但是卻容易實(shí)現(xiàn)得多，其主要思想是將各路信號(hào)賦予相同權(quán)值相加。2.1.4 實(shí)驗(yàn)仿真總體框圖選擇合并，M=2選擇合并，M=3#在選擇合并時(shí)，將兩路獨(dú)立信號(hào)的幅度作對(duì)比，以此作為功率判決來決定選取哪一路信號(hào)等增益合并，M=2等增益合并，M=3#在等增益合并當(dāng)中，由于調(diào)制解調(diào)與信號(hào)的幅度有關(guān)，所以對(duì)信號(hào)賦予相同的權(quán)值要使最后信號(hào)的幅度歸一，故增益都為1/M。最大比值合并，M=3#最大比值合并現(xiàn)實(shí)中不太容易實(shí)現(xiàn)，但在仿真情況下，卻可以將每路信號(hào)幅度提取出來作為權(quán)值的參照，由于噪聲功率都一樣，所以只需權(quán)值與相應(yīng)信號(hào)幅度成正比。此外，同樣也要進(jìn)

10、行歸一化處理。產(chǎn)生獨(dú)立信號(hào)#由于合并技術(shù)要求得到多個(gè)衰落獨(dú)立的信號(hào)，故選取不同高斯信道并對(duì)瑞麗信道設(shè)置不同的initial seed 來使信號(hào)的衰落獨(dú)立。2.1.5 性能分析選擇合并性噪比：其中是無分集平均性噪比，是的概率密度函數(shù)，M是分集數(shù)。最大比值合并信噪比：其中，是每一路信號(hào)平均性噪比，是無分集平均性噪比，M是分集數(shù)。等增益合并信噪比：其中，b與信號(hào)幅度和瑞利分布相關(guān)，是無分集平均性噪比，M是分集數(shù)?；谏鲜龇旨旁氡雀纳?，實(shí)驗(yàn)的誤碼率也從側(cè)面予以印證：#從#圖中可以看到，通過選擇合并方式能夠顯著的減小誤碼率，并且隨著Eb/N0的增加而更好的顯示出性能優(yōu)越；相對(duì)比不同的分集數(shù)可看出，分集

11、數(shù)的增加能有效地減小誤碼率。#由圖可看到，三種合并方式都能顯著地減小誤碼率，在分集數(shù)為二的情況下，效果最好的是最大比值合并，等增益次之，都優(yōu)于選擇合并；而與上圖相比，可以看出二重分集下的最大比值合并性能甚至優(yōu)于三重分集的選擇合并。誤碼率分析：在這兩張反應(yīng)誤碼率的曲線圖中，很好的符合了理論公式中由信噪比的改善所帶來的誤碼率的降低，也反應(yīng)了分集數(shù)的增加對(duì)系統(tǒng)性能的改善。2.1.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)論移動(dòng)信道的多徑傳播引起的瑞利衰落、時(shí)延擴(kuò)展以及伴隨接收機(jī)移動(dòng)過程產(chǎn)生的多普勒頻移使接收信道受到嚴(yán)重的衰落，所以必須采取相應(yīng)的抗衰落的措施來提高系統(tǒng)性能。在本次課程設(shè)計(jì)中，我們小組學(xué)習(xí)研究了對(duì)三種不同分集合并技術(shù)在

12、改善系統(tǒng)性能方面的效果的課題實(shí)驗(yàn)。通過仿真實(shí)驗(yàn)得出的不同分集的誤碼率，分集技術(shù)能有效地減小誤碼率從而提高系統(tǒng)性能；而通過對(duì)誤碼率曲線的分析，可以看出：對(duì)于三種分集合并技術(shù)，等分集前提下，最大比值合并優(yōu)于等增益合并優(yōu)于選擇合并；而對(duì)于同一合并技術(shù)，增加分集數(shù)能優(yōu)化其性能。3 實(shí)驗(yàn)總結(jié)與體會(huì) 經(jīng)過本次課程設(shè)計(jì)，小組成員都得到了不小的收獲：第一，熟悉了simulink模塊并初步掌握了如何構(gòu)建仿真系統(tǒng)；第二，通過對(duì)無線信道以及BPSK、QPSK典型通信系統(tǒng)的鏈路的仿真，了解了無線信道各種衰落特性，掌握了各種描述無線信道特性參數(shù)的物理意義，通過仿真數(shù)據(jù)以及計(jì)算得到了BPSK/QPSK信號(hào)在AWGN信道、

13、單徑瑞利衰落信道下的誤碼性能；第三，通過仿真SIMO 16QAM信號(hào)在單徑瑞利衰落信道下，不同接收分集數(shù)、不同合并方式下的誤比特率性能的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)一步了解到分集技術(shù)是一種有效的抗信道衰落技術(shù),本此仿真對(duì)simo系統(tǒng)采用的3種常見的分集合并技術(shù)選擇合并,等增益合并和最大比值合并進(jìn)行分析研究,對(duì)系統(tǒng)采用162QAM 調(diào)制、平坦瑞利衰落信道的情況下,仿真結(jié)果表明3種分集合并方式對(duì)改善系統(tǒng)性能都有很大貢獻(xiàn)，具體來說：分集數(shù)越多系統(tǒng)性能越好；且在等分集下最大比值效果最優(yōu)，選擇合并效果較差，但三種合并技術(shù)的算法復(fù)雜度正好相反，經(jīng)過反復(fù)分析比較，等增益合并是一種復(fù)雜度與性能折中較好的一種分集合并方式。附錄

14、：SIMO系統(tǒng)仿真模塊詳解（1） 無分集模型：#其中瑞利信道參數(shù)如下所示：#設(shè)置成100Hz多普勒頻移以便于后期對(duì)誤碼率的觀察更為容易，題目中要求此瑞利衰落為平坦衰落，故選擇Flat多普勒頻譜類型，將Initial seed設(shè)置成19或者也可以為其他任意值。在通過高斯信道后有一個(gè)增益補(bǔ)償?shù)倪^程，這是因?yàn)槿鹄诺乐饕菍?duì)信號(hào)幅度的衰落，如果不進(jìn)行補(bǔ)償則會(huì)造成極高的誤碼率，使實(shí)驗(yàn)無法正常運(yùn)行。#其中高斯信道參數(shù)如下所示：#其中符號(hào)周期取2倍碼元周期，Initial seed設(shè)為隨機(jī)值以保證噪聲隨機(jī)性（2） 接收分集模型：#其中，有三個(gè)獨(dú)立的瑞利平坦衰落信道，并分別加入高斯白噪聲和進(jìn)行增益補(bǔ)償，最后

15、輸出三路獨(dú)立的衰落信號(hào)，受到的主要影響是多普勒頻移。三路瑞利平坦衰落的參數(shù)為：#這樣就可以保證瑞利衰落相互獨(dú)立，高斯信道同理，只需將Inital seed設(shè)為不同值即可。#值得注意的是，瑞利信道輸出的Gain值（增益/衰落值）經(jīng)過了一個(gè)幅度平方模塊，這是為了在之后的選擇合并與最大合并中作為重要參考元素而如此使用。三個(gè)Display模塊在本模型中沒有特殊的含義，只是為了輔助觀察每一路瑞利衰落信道幅度平方值大小。（3） 等增益合并模型（以二重等增益合并為例）：#其中，兩路獨(dú)立衰落的信號(hào)被賦予1:1的權(quán)重相加，解調(diào)輸出。需要注意的是，每一路信號(hào)增益為1/2而非1是因?yàn)檎{(diào)制解調(diào)使用的是16QAM模塊，

16、幅度是代表了信號(hào)信息的，所以不能將信號(hào)單純地乘1相加。#三重等增益原理與二重等增益相同，只是三路信號(hào)分別乘上1/3的權(quán)重再相加，解調(diào)輸出。（4） 選擇合并模型（以二重選擇合并為例）：#選擇合并這一模型的核心理念是選擇信噪比最高的一路輸出，然而在simulink中去實(shí)現(xiàn)純信噪比的計(jì)算并不容易，所以本模型中采用的方案是用瑞利衰落輸出Gain幅度平方值代替信噪比，所以就變成：選擇Gain值最大（即誤碼率最?。┑囊宦份敵?。接下來介紹其中每一個(gè)重要的模塊的作用。#Add模塊和Switch模塊共同組成了信號(hào)判決輸出器，其中，Add負(fù)責(zé)將兩路獨(dú)立衰落的信號(hào)Gain幅度平方值相減，將結(jié)果輸入到Switch模塊的中間一路輸入，如果結(jié)果大于0（即第一路信號(hào)Gain較大），就輸出第一路信號(hào)，反之輸出第二路信號(hào)。#Switch1模塊在本模型中并非必需的，它為了使三重選擇合并的實(shí)現(xiàn)更為簡(jiǎn)捷，主要作用是輸出較高一路的Gain平方值，作為Bigger Abs（BA），BS代表Bigger Signal。#三重選擇合并即在此基礎(chǔ)上多引入一路信號(hào)的Gain平方值作比較，選擇輸出，可不贅述。（5）