通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告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。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)作業(yè)1) 根據(jù)信道參數(shù)，計(jì)算信

2、道相干帶寬和相干時(shí)間。fm=200;t=0 4e-06 8e-06 1.2e-05;p=100 10-0.3 10-0.6 10-0.9;t2=t.2;E1=sum(p.*t2)/sum(p);E2=sum(p.*t)/sum(p);rms=sqrt(E1-E2.2);B=1/(2*pi*rms)T=1/fm2) 設(shè)置較長的仿真時(shí)間（例如10秒），運(yùn)行鏈路，在運(yùn)行過程中，觀察并分析瑞利信道輸出的信道特征圖（觀察Impulse Response(IR)、Frequency Response(FR)、IR Waterfall、Doppler Spectrum、Scattering Function

3、）。（配合截圖來分析）Impulse Response(IR)從沖擊響應(yīng)可以看出，該信道有四條不同時(shí)延的路徑。多徑信道產(chǎn)生隨機(jī)衰落，信道沖擊響應(yīng)幅值隨機(jī)起伏變化?？梢钥闯觯撔诺赖臎_激響應(yīng)是多路沖激響應(yīng)函數(shù)的疊加，產(chǎn)生嚴(yán)重的碼間干擾。Frequency Response(FR)頻率響應(yīng)特性圖不再是平坦的，體現(xiàn)出了多徑信道的頻率選擇性衰落。IR Waterfall頻率展寬后，信號(hào)的沖激響應(yīng)不再平坦，是由于多徑信道中不同信道的疊加影響Doppler Spectrum由于多普勒效應(yīng)，接受信號(hào)的功率譜展寬擴(kuò)展到fc-fm至fc+fm范圍。3) 觀察并分析信號(hào)在經(jīng)過瑞利衰落信道前后的星座圖變化（截圖并解

4、釋）。前 標(biāo)準(zhǔn)的QPSK星座圖，4個(gè)相位后信號(hào)經(jīng)過多徑信道后，相位和幅值均發(fā)生了隨機(jī)變化，信號(hào)不再分布在四個(gè)點(diǎn)附近，可以看出信號(hào)質(zhì)量很差。說明多徑信道對(duì)信號(hào)產(chǎn)生了巨大的干擾。PSK/QPSK通信鏈路搭建與誤碼性能分析1.2BPSK/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) 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

5、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。Bpsk通信鏈路QPSK通信鏈路BPSK AWGN參數(shù)QPSK AWGN參數(shù)用bertool畫出BPSK信號(hào)的誤碼率曲線（010dB）由此可見BPSK和QPSK的在同一Eb/No時(shí)誤比特率基本一樣，這與理論分析一致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。BP

6、SK通信鏈路QPSK通信鏈路瑞利單徑信道參數(shù)QPSK AWGN參數(shù)BPSK AWGN參數(shù)BPSK/QPSK 0-40db誤碼率曲線BPSK和QPSK在同一Eb/No的誤比特率基本一致，這和理論基本一致2、分組題目2.1SIMO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.掌握單發(fā)多收的原理，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

7、單發(fā)多收通信鏈路。3. 比較分析不同接收分集數(shù)、不同合并方式下的誤比特率性能。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號(hào)受到嚴(yán)重的衰落；陰影效應(yīng)會(huì)使接收的信號(hào)過弱而造成信號(hào)的中斷；信道存在噪聲和干擾，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)中需要采取一些數(shù)字信號(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

8、。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。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2.1.4.1實(shí)驗(yàn)框圖系統(tǒng)整體框圖接收分

9、集二分集等增益合并三分集等增益合并二分集選擇合并三分集選擇合并二分集最大比值合并三分集最大比值合并2.1.4.2 仿真結(jié)果從圖中可以看到，通過等增益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；2.1.5 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

10、小組學(xué)習(xí)研究了對(duì)三種不同分集合并技術(shù)在改善系統(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。2.2直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)性能分析2.2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?） 了解直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的原理2） 基于simulink搭建直接序列擴(kuò)頻仿真通信鏈路，仿真分析在不同信道條件下的誤比特率性能。3） 觀察體會(huì)直接序列擴(kuò)頻對(duì)誤碼率的改善程度2.2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1) 搭建基于simulink搭建直接序列擴(kuò)頻仿真通

11、信鏈路，觀察頻譜和波形2）仿真分析在不同信道條件下的誤比特率性能。2.2.3實(shí)驗(yàn)原理所謂直接序列擴(kuò)頻，就是直接用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)送端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。而在接收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始的信息。直擴(kuò)系統(tǒng)的抗干擾能力是由接收機(jī)對(duì)干擾的抑制產(chǎn)生的，如果干擾信號(hào)的帶寬與信息帶寬相同（即窄帶），此干擾信號(hào)經(jīng)過發(fā)送機(jī)偽噪聲碼調(diào)制后將展寬為與發(fā)送信號(hào)相同的帶寬，而其譜密度卻降低了若干倍。相反，直擴(kuò)信號(hào)經(jīng)偽噪聲碼解擴(kuò)后變成了窄帶信息，從而使增益提高了若干倍。實(shí)驗(yàn)原理框圖直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)2.2.4實(shí)驗(yàn)仿真直接序列擴(kuò)頻simulink仿真通信鏈路a.伯努利序列參數(shù)和PN序列參數(shù):伯努利信源10