計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)4課件

第4章信道8/9/20231第4章信道8/3/20231本章內(nèi)容4.1加性高斯白噪聲信道4.1.1awgn函數(shù)4.1.2randn函數(shù)4.1.3AWGN信道仿真示例4.1.4Simulink中的AWGN模塊仿真4.2多徑衰落信道4.2.1多徑衰落信道的特點(diǎn)4.2.2多徑衰落信道的仿真4.2.3Simulink中的多徑衰落信道模塊仿真8/9/20232本章內(nèi)容4.1加性高斯白噪聲信道8/3/202324.1.1awgn函數(shù)

1.awgn(x,snr)函數(shù)awgn(x,snr)把加性高斯白噪聲疊加到輸入信號x中，snr以dB的形式指定了噪聲的功率。在這種情況下，信號x的功率假定為0dBW，因此噪聲的功率實(shí)際上就等于-snrdBW。如果x是復(fù)數(shù)，那么awgn將添加復(fù)數(shù)噪聲。2.awgn(x,snr,sigpower)這種方法與1不同的是，假定了輸入信號的功率為sigpower（單位：dBW）。

3.awgn(x,snr,'measured')首先計(jì)算輸入信號x的功率，然后按照snr添加相應(yīng)功率的高斯白噪聲。4.awgn(x,snr,…,state)在這種調(diào)用中，MATLAB將隨機(jī)數(shù)種子設(shè)置為state，其中…可以是sigpower或者'measured'。8/9/202334.1.1awgn函數(shù)1.awgn(x,snr)8/34.1.2randn函數(shù)1.randn(n)randn(n)返還一個n行n列的隨機(jī)矩陣，其中每一行和每1列都服從均值為0，方差為1的正態(tài)分布。2.randn(m,n)randn(m,n)返還一個m行n列的隨機(jī)矩陣，其中每一行和每1列都服從均值為0，方差為1的正態(tài)分布。3.randn('state',seed)randn('state',seed)把隨機(jī)數(shù)種子設(shè)定為seed，相同的state產(chǎn)生相同的隨機(jī)數(shù)序列。8/9/202344.1.2randn函數(shù)1.randn(n)8/3/2024.1.3AWGN信道仿真示例仿真正交相移鍵控（QuarterraryPhaseShiftKeying,QPSK）調(diào)制的基帶數(shù)字通信系統(tǒng)通過AWGN信道的誤符號率（SymbolErrorRate，SER）和誤比特率（BitErrorRate，BER）。假設(shè)發(fā)射端信息比特采用Gray編碼映射，基帶脈沖采用矩形脈沖，仿真時每個脈沖的抽樣點(diǎn)數(shù)為8，接收端采用匹配濾波器進(jìn)行相干解調(diào)。8/9/202354.1.3AWGN信道仿真示例仿真正交相移鍵控（Quart4.1.3AWGN信道仿真示例系統(tǒng)框圖8/9/202364.1.3AWGN信道仿真示例系統(tǒng)框圖8/3/202364.1.3AWGN信道仿真示例Tx模塊結(jié)構(gòu)框圖8/9/202374.1.3AWGN信道仿真示例Tx模塊結(jié)構(gòu)框圖8/3/204.1.3AWGN信道仿真示例Rx模塊結(jié)構(gòu)框圖8/9/202384.1.3AWGN信道仿真示例Rx模塊結(jié)構(gòu)框圖8/3/204.1.3AWGN信道仿真示例系統(tǒng)框圖中模塊參數(shù)設(shè)置AWGN信道模塊將噪聲疊加到Tx模塊產(chǎn)生的調(diào)制信號中。參數(shù)設(shè)置：SNR（dB）設(shè)為“SNR”，將在工作區(qū)中創(chuàng)建相應(yīng)的變量，并通過腳本程序完成對它的賦值。8/9/202394.1.3AWGN信道仿真示例系統(tǒng)框圖中模塊參數(shù)設(shè)置AWG4.1.3AWGN信道仿真示例系統(tǒng)框圖中模塊參數(shù)設(shè)置誤比特率與誤符號率計(jì)算模塊（ErrorRateCalculation）完成解調(diào)后的比特、符號與原始數(shù)據(jù)比特、符號的比較，并計(jì)算比較的結(jié)果，計(jì)算誤比特率和誤符號率。參數(shù)設(shè)置：Variablename命名為BER和SER。8/9/2023104.1.3AWGN信道仿真示例系統(tǒng)框圖中模塊參數(shù)設(shè)置誤比特4.1.3AWGN信道仿真示例Tx框圖中模塊參數(shù)設(shè)置隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生模塊（RandomIntegerGenerator）：產(chǎn)生原始數(shù)據(jù)比特。參數(shù)設(shè)置：M-arynumber表示產(chǎn)生的隨機(jī)整數(shù)范圍，設(shè)為2，表示產(chǎn)生值為0，1的隨機(jī)整數(shù)，代表信源產(chǎn)生的比特。Initialseed是產(chǎn)生隨機(jī)整數(shù)的種子Sampletime表示信源產(chǎn)生數(shù)據(jù)的時間間隔，設(shè)定為1/400000表示每1/400000s信源產(chǎn)生一個比特Frame-basedoutputs表示產(chǎn)生的比特以幀的形式輸出，每個幀包含的比特個數(shù)由Samplesperframe指定設(shè)定Samplesperframe為400000，每秒內(nèi)恰好輸出一幀數(shù)據(jù)。8/9/2023114.1.3AWGN信道仿真示例Tx框圖中模塊參數(shù)設(shè)置隨機(jī)數(shù)4.1.3AWGN信道仿真示例Tx框圖中模塊參數(shù)設(shè)置比特到整數(shù)轉(zhuǎn)換模塊把產(chǎn)生的比特轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的符號。參數(shù)設(shè)置：M-arynumber表示產(chǎn)生的隨機(jī)整數(shù)范圍，設(shè)為2，表示產(chǎn)生值為0，1的隨機(jī)整數(shù)，代表信源產(chǎn)生的比特。數(shù)據(jù)映射模塊完成原始數(shù)據(jù)符號向Gray編碼映射的過程。參數(shù)設(shè)置：Mappingmode設(shè)置為“BinarytoGray”Symbolsetsize（M)設(shè)置為4。8/9/2023124.1.3AWGN信道仿真示例Tx框圖中模塊參數(shù)設(shè)置比特到4.1.3AWGN信道仿真示例Tx框圖中模塊參數(shù)設(shè)置QPSK基帶調(diào)制模塊完成QPSK調(diào)制。參數(shù)設(shè)置：Inputtype設(shè)為“Integer”Phaseoffset（rad）為0Samplespersymbol為18/9/2023134.1.3AWGN信道仿真示例Tx框圖中模塊參數(shù)設(shè)置QPS4.1.3AWGN信道仿真示例Tx框圖中模塊參數(shù)設(shè)置理想矩形脈沖成形濾波器模塊完成矩形脈沖成形。8/9/2023144.1.3AWGN信道仿真示例Tx框圖中模塊參數(shù)設(shè)置理想矩4.1.3AWGN信道仿真示例Rx框圖中模塊參數(shù)設(shè)置積分清除模塊完成對一個符號的抽樣數(shù)據(jù)進(jìn)行累加。參數(shù)設(shè)置：Integrationperiod（numberofsamples設(shè)定為8Offset（numberofsamples）設(shè)為0積分清除模塊只是完成對數(shù)據(jù)的累加，并沒有歸一化。增益模塊對累加的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化。參數(shù)設(shè)置：設(shè)置Gain為1/88/9/2023154.1.3AWGN信道仿真示例Rx框圖中模塊參數(shù)設(shè)置積分清4.1.3AWGN信道仿真示例Rx框圖中模塊參數(shù)設(shè)置QPSK基帶解調(diào)模塊完成QPSK調(diào)制。參數(shù)設(shè)置：Inputtype設(shè)為“Integer”Phaseoffset（rad）為0Samplespersymbol為18/9/2023164.1.3AWGN信道仿真示例Rx框圖中模塊參數(shù)設(shè)置QPS4.1.3AWGN信道仿真示例Rx框圖中模塊參數(shù)設(shè)置符號到比特轉(zhuǎn)換模塊把對應(yīng)的符號還原為原始的比特。參數(shù)設(shè)置：Numberofbitsperinteger設(shè)為2，表示每個整數(shù)符號對應(yīng)兩個bit。數(shù)據(jù)逆映射模塊完成Gray編碼向原始數(shù)據(jù)符號映射的過程。參數(shù)設(shè)置：Mappingmode設(shè)置為“GraytoBinary”Symbolsetsize（M)設(shè)置為4。8/9/2023174.1.3AWGN信道仿真示例Rx框圖中模塊參數(shù)設(shè)置符號到4.1.3AWGN信道仿真示例腳本程序：clearallsnr=-3:3;%SNR的范圍SimulationTime=10;%仿真結(jié)束時間forii=1:length(snr)SNR=snr(ii);%賦值給AWGN信道模塊中的SNRsim('ex7');%運(yùn)行仿真模型ber(ii)=BER(1);%保存本次仿真得到的BERser(ii)=SER(1);%保存本次仿真得到的SERendfiguresemilogy(snr,ber,'-ro',snr,ser,'-r*')legend('BER','SER')title('QPSK在AWGN信道下的性能')xlabel('信噪比（dB）')ylabel('誤符號率和誤比特率')8/9/2023184.1.3AWGN信道仿真示例腳本程序：8/3/202314.2.1多徑衰落信道的特點(diǎn)頻率選擇性時間選擇性多徑衰落信道的模擬8/9/2023194.2.1多徑衰落信道的特點(diǎn)頻率選擇性8/3/2023194.2.1多徑衰落信道的特點(diǎn)頻率選擇性（多徑導(dǎo)致）clearallf=1; %發(fā)射信號頻率v=0; %移動臺速度，靜止情況為0c=3e8;%電磁波速度，光速r0=3;%移動臺距離基站初始距離d=10;%基站距離反射墻的距離t1=0.1:0.0001:12; %時間E1=cos(2*pi*f*((1-v/c).*t1-r0/c))./(r0+v.*t1);%直射徑信號E2=cos(2*pi*f*((1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c))./(2*d-r0-v*t1);%反射徑信號figureplot(t1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r')%畫出直射徑、反射徑和總的接收信號legend('直射徑信號','反射徑信號','移動臺接收的合成信號')axis([012-0.50.5])f=1r0=9f=1r0=38/9/2023204.2.1多徑衰落信道的特點(diǎn)頻率選擇性（多徑導(dǎo)致）clea4.2.1多徑衰落信道的特點(diǎn)頻率選擇性（多徑導(dǎo)致）clearallf=100000000; %發(fā)射信號頻率v=0; %移動臺速度，靜止情況為0c=3e8;%電磁波速度，光速r0=3;%移動臺距離基站初始距離d=10;%基站距離反射墻的距離t1=0.000001:0.00000000001:0.0000011; %時間E1=cos(2*pi*f*((1-v/c).*t1-r0/c))./(r0+v.*t1);%直射徑信號E2=cos(2*pi*f*((1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c))./(2*d-r0-v*t1);%反射徑信號figureplot(t1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r')%畫出直射徑、反射徑和總的接收信號legend('直射徑信號','反射徑信號','移動臺接收的合成信號')axis([0.0000010.0000011-0.50.5])f=108r0=38/9/2023214.2.1多徑衰落信道的特點(diǎn)頻率選擇性（多徑導(dǎo)致）cle4.2.1多徑衰落信道的特點(diǎn)結(jié)論在同一位置，由于反射信號的存在，發(fā)射不同頻率信號時，在接收機(jī)處接收到的信號有的頻率是被增強(qiáng)了，有的頻率是被削弱了?！l率選擇性衰落（多徑導(dǎo)致）

。上例中，f=1,2,3,….1000,這些頻率基本上都是被削弱的，只有f充分大，f=108，才會看出信號被增強(qiáng)了。那么把那些受到影響基本一致的頻率范圍稱為相干帶寬。，是反射徑與直射徑的傳播延時之差。稱為相干帶寬。8/9/2023224.2.1多徑衰落信道的特點(diǎn)結(jié)論8/3/2023224.2.1多徑衰落信道的特點(diǎn)結(jié)論信號脈沖周期大于傳播延時Td（信號帶寬小于相干帶寬），信號的頻帶內(nèi)受到的衰落影響基本一致，稱為平坦衰落。脈沖周期越長，碼間干擾就越小。信號脈沖周期小于傳播延時Td（信號頻率大于相干帶寬），頻率受到的影響是不一樣的，稱為頻率選擇性衰落。碼間干擾嚴(yán)重。8/9/2023234.2.1多徑衰落信道的特點(diǎn)結(jié)論8/3/2023234.2.1多徑衰落信道的特點(diǎn)時間選擇性（多普勒頻移導(dǎo)致）clearallf=2; %發(fā)射信號頻率v=1;

%移動臺速度，靜止情況為0c=10;%電磁波速度，光速r0=3;%移動臺距離基站初始距離d=15;%基站距離反射墻的距離t1=0.1:0.001:12; %時間E1=cos(2*pi*f*((1-v/c).*t1-r0/c))./(r0+v.*t1);%直射徑信號E2=cos(2*pi*f*((1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c))./(2*d-r0-v*t1);%反射徑信號figureplot(t1,E1