第四章 信道
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第四章
信道
第四章 信道
信道通常可分为加性高斯白噪声信道、多径Rayleigh衰落信道和 Rician衰落信道等。
4.1 加性高斯白噪声信道
加性高斯白噪声是最常见的一种噪声，表现为信号围绕平均值的 一种随机波动过程。它的均值为0，方差为噪声功率的大小。 噪声功率越大，信号的波动幅度就越大,接收端接收到的信号的
由下图可知随着SNR的增加，QPSK的BER和SER都降低，并且BER要小 于相应的SER。
第四章 信道
4.1.4 Simulink中的AWGN模块仿真
AWGN信道的作用是在输入信号中加入高斯白噪声，它有一个输入端和输出端。
对话框中有Initial Seed、
SNR、Mode、Input
signal power几个参数。
从右图可以看出， QPSK 信号经过衰 落信道后的误比特率和误符号率大大高 于AWGN。
MATLAB 中也提供了实现瑞利分布的函数 chan=rayleighchan().
第四章 信道
4.2.3 Simulink中的多径衰落信道模块仿真
多径衰落信道模块主要包括以下几 个参数：最大多普勒频移、各路径相 对时延、各路径相对增益、增益矢量 归一化等。
d r。 基站
移动台
第四章 信道
编写代码运行结果如下：
从图中可以看出，即使 移动台静止，由于反射径 存在，使接收的信号最大
值小与直射径信号。
第四章 信道
由此可得，同一位置，由 于有反射径信号存在，产生 了频率选择性衰落。
第四章 信道
1
相干带宽
2
平坦衰落
若信号带宽较窄，小于相干带宽，则信号在频带内受到的衰落是一致的， 这样的衰落称为平坦衰落。
第四章 信道
3
awgn （ x ， snr ， ... , state ）
MATLAB 将 随 机 数 种 子 设 置 为 state ， 其 中 ‘ … ’ 可 以 是 sigpower 或
‘measured’。
例4.4 分别设state=10和state=5，观察噪声结果。
程序运行结果：
第四章 信道
误比特率就越高。
第四章 信道
4.1.1 awgn函数
MATALAB中通过awgn函数在信号中叠加加性高斯白噪声。 1. 1 awgn（x，snr） 函数awgn（x，snr）把高斯白噪声叠加到信号x中，snr以dB的 形式指定信号的噪声功率。
第四章 信道
例4.1 在正弦信号上叠加功率为 -20dBW的高斯白噪声。
率小于10dBW.
第四章 信道
3 awgn（x，snr，’measured’）
先计算信号的功率，再添加相应功率的高斯白噪声。
例4.3 计算例4.1中输入信号的功率，根据snr添加高斯白噪声。
从图中可看出，信号失真要小 于图4.1和4.2。因为实际信号功率 为0.5，因此添加的噪声功率为 0.005。
3 4
第四章 信道
例4.7
用Simulink重做例4.6。
系统结构框图
第四章 信道
1.TX模块
TX模块由随机数产生模块、比特到整数转换模块、数据映射模块、
QPSK基带调制模块、理想矩形脉冲滤波器模块以及三个输出端口。
TX模块结构框图
第四章 信道
2.Rx模块
Rx模块由输入端口、积分清除模块、增益模块、QPSK基带解调模块、 数据映射模块、符号到比特转换模块、输出端口模块等组成。
第四章 信道
MODE的设置
1
设置为Signal to Noise Ratio（E/S）时，需要确定E/N、输入信号功率、符号 持续时间。
2
设置为Signal to Noise Ratio（SNR）时，需要确定SNR、输入信号功率。 设置为Variance from Mask时，需要确定Variance 。 设置为Variance from Port时，有两个输入，分别为输入信号和噪声方差。
3
频率选择性衰落
若信号带宽大于相干带宽，则信号在频带内受到的衰落是不同的，这样的 衰落称为频率选择性衰落。
第四章 信道
现在让移动台向反射墙运动， 设置相关参数后，运行结果为：
将接收信号单独画出来，如下 图所示：
第四章 信道
4.4.2多径衰落信道的仿真
仿真多径衰落信道时，另两个最重要的参数就是多径扩展和多普勒带宽。
Rx模块结构图
第四章 信道
3.AWGN信道模块 AWGN信道模块作用是将噪声叠加到信号中。参数设置如下图所示。
第四章 信道
建成系统模型后，将
Stop time设置为
Simulation Time并保存. 系统运行结果如图所示。
第四章 信道
4.2 多径衰落信道
4.2.1多径衰落信道的特点:频率选择性和时间选择性。
第四章 信道
例4.5 用randn函数实现例4.3.
第四章 信道
例4.6 仿真正交相移键控调制的基带数字通信系统通过AWGN信道的误符号率和误比 特率， 假设发射端信息比特采用Gray编码映射， 基带脉冲采用矩形脉冲， 仿真时 每个脉冲的抽样点数为8 。
发射信号星座图
接收信号星座图
第四章 信道
第四章 信道
例4.11 在例4.6中加入多径瑞利衰落信道模块，重新运行仿真， 并与AWGN信道下的误比特率和误符号率进行对比。
系统模型图
第四章 信道
编写程序后运行，结果如下：
和例4.7仿真结果对比可发现，
两者的结果基本是一致的。
感谢聆听
百度文库
1.多径扩展
1
2
第四章 信道
2.多普勒带宽
例4.9 分别产生最大多普勒平移为10 和20的单径瑞利衰落信道，假设抽样间 隔为1/1000。
注意：信号经过瑞利衰落信道后，不仅有 信道衰落，还有噪声干扰，因此还要加入高斯 白噪声。
第四章 信道
例4.10 仿真例4.6中QPSK信号经过衰落信道后的误比特率和误符号率。
4.1.2. randn函数
1
randn（n）
返回一个n行n列的随机矩阵，每行每列都服从均值为0，方差为1的正态分布。
2
randn（m，n）
返回一个m行n列的随机矩阵，每行每列都服从均值为0，方差为1的正态分布。
3
randn（‘state’，seed）
randn （‘ state ’， seed ）把随机数种子设为 seed ，相同的 state 产生相同 的随机数 序列。
从图中可看出，叠加噪声 后的信号出现了失真，并且计 算的噪声功率为0.01。
第四章 信道
2
awgn （ x ， snr ， sigpower ）， Sigpower为输入信号的功率。
例4.2 假设信号功率为10dBW，snr不变，重新求解。
与例1的仿真图比较可看出，左
图的失真更大，因为输入信号的功
信道
第四章 信道
信道通常可分为加性高斯白噪声信道、多径Rayleigh衰落信道和 Rician衰落信道等。
4.1 加性高斯白噪声信道
加性高斯白噪声是最常见的一种噪声，表现为信号围绕平均值的 一种随机波动过程。它的均值为0，方差为噪声功率的大小。 噪声功率越大，信号的波动幅度就越大,接收端接收到的信号的
由下图可知随着SNR的增加，QPSK的BER和SER都降低，并且BER要小 于相应的SER。
第四章 信道
4.1.4 Simulink中的AWGN模块仿真
AWGN信道的作用是在输入信号中加入高斯白噪声，它有一个输入端和输出端。
对话框中有Initial Seed、
SNR、Mode、Input
signal power几个参数。
从右图可以看出， QPSK 信号经过衰 落信道后的误比特率和误符号率大大高 于AWGN。
MATLAB 中也提供了实现瑞利分布的函数 chan=rayleighchan().
第四章 信道
4.2.3 Simulink中的多径衰落信道模块仿真
多径衰落信道模块主要包括以下几 个参数：最大多普勒频移、各路径相 对时延、各路径相对增益、增益矢量 归一化等。
d r。 基站
移动台
第四章 信道
编写代码运行结果如下：
从图中可以看出，即使 移动台静止，由于反射径 存在，使接收的信号最大
值小与直射径信号。
第四章 信道
由此可得，同一位置，由 于有反射径信号存在，产生 了频率选择性衰落。
第四章 信道
1
相干带宽
2
平坦衰落
若信号带宽较窄，小于相干带宽，则信号在频带内受到的衰落是一致的， 这样的衰落称为平坦衰落。
第四章 信道
3
awgn （ x ， snr ， ... , state ）
MATLAB 将 随 机 数 种 子 设 置 为 state ， 其 中 ‘ … ’ 可 以 是 sigpower 或
‘measured’。
例4.4 分别设state=10和state=5，观察噪声结果。
程序运行结果：
第四章 信道
误比特率就越高。
第四章 信道
4.1.1 awgn函数
MATALAB中通过awgn函数在信号中叠加加性高斯白噪声。 1. 1 awgn（x，snr） 函数awgn（x，snr）把高斯白噪声叠加到信号x中，snr以dB的 形式指定信号的噪声功率。
第四章 信道
例4.1 在正弦信号上叠加功率为 -20dBW的高斯白噪声。
率小于10dBW.
第四章 信道
3 awgn（x，snr，’measured’）
先计算信号的功率，再添加相应功率的高斯白噪声。
例4.3 计算例4.1中输入信号的功率，根据snr添加高斯白噪声。
从图中可看出，信号失真要小 于图4.1和4.2。因为实际信号功率 为0.5，因此添加的噪声功率为 0.005。
3 4
第四章 信道
例4.7
用Simulink重做例4.6。
系统结构框图
第四章 信道
1.TX模块
TX模块由随机数产生模块、比特到整数转换模块、数据映射模块、
QPSK基带调制模块、理想矩形脉冲滤波器模块以及三个输出端口。
TX模块结构框图
第四章 信道
2.Rx模块
Rx模块由输入端口、积分清除模块、增益模块、QPSK基带解调模块、 数据映射模块、符号到比特转换模块、输出端口模块等组成。
第四章 信道
MODE的设置
1
设置为Signal to Noise Ratio（E/S）时，需要确定E/N、输入信号功率、符号 持续时间。
2
设置为Signal to Noise Ratio（SNR）时，需要确定SNR、输入信号功率。 设置为Variance from Mask时，需要确定Variance 。 设置为Variance from Port时，有两个输入，分别为输入信号和噪声方差。
3
频率选择性衰落
若信号带宽大于相干带宽，则信号在频带内受到的衰落是不同的，这样的 衰落称为频率选择性衰落。
第四章 信道
现在让移动台向反射墙运动， 设置相关参数后，运行结果为：
将接收信号单独画出来，如下 图所示：
第四章 信道
4.4.2多径衰落信道的仿真
仿真多径衰落信道时，另两个最重要的参数就是多径扩展和多普勒带宽。
Rx模块结构图
第四章 信道
3.AWGN信道模块 AWGN信道模块作用是将噪声叠加到信号中。参数设置如下图所示。
第四章 信道
建成系统模型后，将
Stop time设置为
Simulation Time并保存. 系统运行结果如图所示。
第四章 信道
4.2 多径衰落信道
4.2.1多径衰落信道的特点:频率选择性和时间选择性。
第四章 信道
例4.5 用randn函数实现例4.3.
第四章 信道
例4.6 仿真正交相移键控调制的基带数字通信系统通过AWGN信道的误符号率和误比 特率， 假设发射端信息比特采用Gray编码映射， 基带脉冲采用矩形脉冲， 仿真时 每个脉冲的抽样点数为8 。
发射信号星座图
接收信号星座图
第四章 信道
第四章 信道
例4.11 在例4.6中加入多径瑞利衰落信道模块，重新运行仿真， 并与AWGN信道下的误比特率和误符号率进行对比。
系统模型图
第四章 信道
编写程序后运行，结果如下：
和例4.7仿真结果对比可发现，
两者的结果基本是一致的。
感谢聆听
百度文库
1.多径扩展
1
2
第四章 信道
2.多普勒带宽
例4.9 分别产生最大多普勒平移为10 和20的单径瑞利衰落信道，假设抽样间 隔为1/1000。
注意：信号经过瑞利衰落信道后，不仅有 信道衰落，还有噪声干扰，因此还要加入高斯 白噪声。
第四章 信道
例4.10 仿真例4.6中QPSK信号经过衰落信道后的误比特率和误符号率。
4.1.2. randn函数
1
randn（n）
返回一个n行n列的随机矩阵，每行每列都服从均值为0，方差为1的正态分布。
2
randn（m，n）
返回一个m行n列的随机矩阵，每行每列都服从均值为0，方差为1的正态分布。
3
randn（‘state’，seed）
randn （‘ state ’， seed ）把随机数种子设为 seed ，相同的 state 产生相同 的随机数 序列。
从图中可看出，叠加噪声 后的信号出现了失真，并且计 算的噪声功率为0.01。
第四章 信道
2
awgn （ x ， snr ， sigpower ）， Sigpower为输入信号的功率。
例4.2 假设信号功率为10dBW，snr不变，重新求解。
与例1的仿真图比较可看出，左
图的失真更大，因为输入信号的功