基于matlab的通信信道及眼图的仿真 通信原理课程设计

通信原理课程设计

基于matlab的通信信道及眼图的仿真

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摘要

由于多径效应和移动台运动等影响因素，使得移动信道对传输信号在时间、频率和角度上造成了色散，即时间色散、频率色散、角度色散等等，因此多径信道的特性对通信质量有着重要的影响，而多径信道的包络统计特性则是我们研究的焦点。根据不同无线环境，接收信号包络一般服从几种典型分布，如瑞利分布、莱斯分布等。因此我们对瑞利信道、莱斯信道进行了仿真并针对服从瑞利分布的多径信道进行模拟仿真。由于眼图是实验室中常用的一种评价基带传输系统的一种定性而方便的方法，“眼睛”的张开程度可以作为基带传输系统性能的一种度量，它不但反映串扰的大小，而且也可以反映信道噪声的影响。为此，我们在matlab上进行了仿真,加深对眼图的理解。

关键词：瑞利信道莱斯信道多径效应眼图

一、瑞利信道

在移动通信系统中，发射端和接收端都可能处于不停的运动状态之中，这种相对运动将产生多普勒频移。在多径信道中，发射端发出的信号通过多条路径到达接收端，这些路径具有不同的延迟和接收强度，它们之间的相互作用就形成了衰落。MATLAB中的多径瑞利衰落信道模块可以用于上述条件下的信道仿真。

多径瑞利衰落信道模块用于多径瑞利衰落信道的基带仿真，该模块的输入信号为复信号，可以为离散信号或基于帧结构的列向量信号。无线系统中接收机与发射机之间的相对运动将引起信号频率的多普勒频移，多普勒频移值由下式决定：

其中v是发射端与接收端的相对速度，θ是相对速度与二者连线的夹角，λ是信号的波长。

Fd的值可以在该模块的多普勒平移项中设置。由于多径信道反映了信号在多条路径中的传输，传输的信号经过不同的路径到达接收端，因此产生了不同的时间延迟。当信号沿着不同路径传输并相互干扰时，就会产生多径衰落现象。在模块的参数设置表中，Delay vector（延迟向量）项中，可以为每条传输路径设置不同的延迟。如果激活模块中的Normalize gain vector to 0 dB overall gain,则表示将所有路径接收信号之和定为0分贝。信号通过的路径的数量和Delay vector（延迟向量）或Gain vector(增益向量)的长度对应。Sample time(采样时间)项为采样周期。离散的Initial seed(初始化种子)参数用于设置随机数的产生。

1.1、Multipath Rayleigh Fading Channel(多径瑞利衰落信道)模块的主要参数

参数名称参数值

Doppler frequency(Hz) 40/60/80

Sample time 1e-6

Delay vector(s) [0 1e-6]

Gain vector(dB) [0 -6]

Initial seed 12345

使能

Normalize gain vector to 0 dB

overall gain

Bernoulli Random Binary Generator(伯努利二进制随机数产生器)的主要参数

参数名称参数值

Probability of a zero0.5

Initial seed54321

Sample time1e-4

Sample per frame(每帧采样)1e4

M-FSK Modulator/Demodulator Baseband(基带M-FSK调制/解调器)的主要参数

参数名称参数值

M-ary number(元数) 2

Input type Bit

Symbol set ordering(符号秩序) Binary(二进制)

Frequency Seperation(Hz) 1e3

Phase continuity Continuous

Sample per Symbol 16

瑞利信道仿真系统

使用不同的多径设置，可以得到不同的传输特性（体现在误码率上）。

多普勒最大频偏值分别为40Hz,60Hz,80Hz时的多径设置以及显示出的误码率分别如下：

1、40Hz时：

2、60Hz时：

3、80Hz时：

可以看出随着多普勒最大频偏值的增大(40->60->80)，误码率(误码仪输出结

果第一行的值)也随之增大。

1.2、多径衰落信道基本模型

根据ITU-RM.1125标准，离散多径衰落信道模型为

()

1

()()()N t k k k y

t r t x t τ==-∑ (1)

其中,()k r t 复路径衰落，服从瑞利分布; k τ是多径时延。 多径衰落信道模型框图如图2所示：

图2 多径衰落信道模型框图

下面我们通过程序来研究

function [h]=rayleigh(fd,t) %产生瑞利衰落信道

fc=900*10^6; %选取载波频率

v1=50*1000/3600; %移动速度v1=50km/h c=3*10^8; %定义光速

fd=v1*fc/c; %多普勒频移

ts=1/12000; %信道抽样时间间隔

t=0:ts:1; %生成时间序列

h1=rayleigh(fd,t); %产生信道数据

v2=150*1000/3600; %移动速度v2=150km/h fd=v2*fc/c; %多普勒频移

h2=rayleigh(fd,t); %产生信道数据

subplot(2,1,1),plot(20*log10(abs(h1(1:10000))))

title('v=50km/h时的信道曲线')

xlabel('时间');ylabel('功率')

subplot(2,1,2),plot(20*log10(abs(h2(1:10000))))

title('v=150km/h时的信道曲线')

xlabel('时间');ylabel('功率')

function [h]=rayleigh(fd,t)

%该程序利用改进的jakes模型来产生单径的平坦型瑞型瑞利衰落信道

%输入变量说明：

%fd信道的最大多普勒频移单位Hz

%t:信号的抽样时间序列，抽样间隔单位s

%h为输出的瑞利信道函数，是一个时间函数复序列

N=60; %假设的入射波数目

wm=2*pi*fd;

M=N/4; %每象限的入射波数目即振荡器数目

Tc=zeros(1,length(t)); %信道函数的实部

Ts=zeros(1,length(t)); %信道函数的虚部

P_nor=sqrt(1/M); %归一化功率系

theta=2*pi*rand(1,1)-pi; %区别个条路径的均匀分布随机相位

for n=1:M %第i条入射波的入射角alfa(n)=(2*pi*n-pi+theta)/N;

fi_tc=2*pi*rand(1,1)-pi; %对每个子载波而言在(-pi,pi)之间均匀分布的随机相位