标准实验报告六 无线信道性能测试实验

电子科技大学

实验报告

学生姓名：学号：指导教师：

一、实验室名称：通信信号处理及传输实验室

二、实验项目名称：无线信道性能测试实验

三、实验原理：

1、影响无线信道性能的主要因素

影响无线信道性能的因素有很多，本实验分别从高斯白噪声、频率偏移、多径传播、多经衰落以及相位噪声等方面来理解这些因素对无线信道性能的影响。（1）高斯白噪声

加性高斯白噪声（AWGN）从统计上而言是随机无线噪声，其特点是其通信信道上的信号分布在很宽的频带范围内。

高斯白噪声中的高斯是指概率分布是正态函数，而白噪声是指它的二阶矩不相关，一阶矩为常数，是指先后信号在时间上的相关性。

加性噪声是叠加在传输信号上的噪声。起伏噪声是加性噪声的典型代表，主要包括热噪声、散弹噪声和宇宙噪声，它们均是高斯白噪声。信道中的加性噪声经过接收端带通滤波器的滤波后，成为加性高斯窄带噪声。

加性高斯白噪声会改变接收信号的幅度和相位的数值，从而对解调积分器的输出产生影响，导致解调发生错误形成误码。

（2）频率偏移

频率偏移是指调频波的瞬时频率对于载波频率的最大偏离量。主要由本地振荡器的频率偏移导致，在发射端的上混频和接收端的下变频在合成本地振荡频率

时都会产生偏移，从而形成相对载波频率的偏移。

频率偏移会导致接收信号的相位发生变化，对相位调制发生的信号，例如PSK调制会产生比较严重的影响。如果进行相干解调，必须估计并补偿频率偏移。（3）多径传播

多径传播是指同一个传输信号沿两个或者多个路径传播，形成多个相同信号的模版，以微小的时间差到达接收机的信号相互干涉所引起的，这些波又成为多径波。这些多径波携带了相同的信息，但是到达接收天线的时间不同、携带的信号能量不同、载波的相位也发生了变化。

（4）多经衰落

多径衰落是指接收机天线将接收的多径信号合成一个幅度和相位都剧烈变化的信号，其变化程度取决于多径波的强度、相对传播时间，以及传播信号的带宽。

无线多径衰落信道的主要效应表现为：

1）经过短距或者短时传播后信号强度的急速变化；

2）在不同多径信号上，存在着时变的多普勒频移引起的随机频率调制；

3）多径传播时延引起的时间扩展。

（5）相位噪声

信号源热噪声,内部损耗电阻热噪声,混频器件电流散弹噪声及本振相位噪声,具体是温度过热关系，都是产生相位噪声的原因。相位噪声通常定义为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处1Hz带宽内的信号功率与信号的总功率比值。相位噪声是指单位Hz的噪声密度与信号总功率之比,表现为载波相位的随机漂移,是评价频率源(振荡器)频谱纯度的重要指标。

2. 信道编码的基本原理

我们从以下三种不同方式的编码，来分析编码对无线信道解调性能的影响。（1）BCH码

BCH码具有多种码比率，可以获得很大的编码增益，并能够在高速方式下实现，因而BCH码是最重要的分组码之一。码长为n=2^m-1，其中m>2，可被纠正的错误数为t<(2^m-1)/2。

（2）Hamming码

Hamming码是一种纠错码，它及由其衍生的编码以被用于数字通信系统的差错控制中。二进制码具有如下特征：(n,k) = (2^m-1,2^m-1-m)。其中，k是生成一个n位的码字所需的信息位的数目，m是一个正整数。检测位的数目是n-k=m。（3）卷积编码

卷积码是由连续输入的信息序列得到连续输出的已编码序列。这种映射关系使得其译码方法与分组码的译码方法有很大的区别，并且在同样的复杂度下，卷积码可以比分组码获得更大的编码增益。

3、无线信道性能测试系统结构

对无线信道的性能测试，主要配置结构如图1所示。整个测试系统主要包括三部分：PC机、基带信号发生器以及软件无线电实验平台。

图1 无线信道性能测试结构

（1）PC机：基带信号发生器用户图形界面（GUI）

根据测试的不同需求，设置所需信号的信号发生器用户图形界面（GUI）。如图2所示。在该界面可以选择不同的调制方式、模拟多种无线信道环境以及改变发送数据的编码方式等等。

图2 基带信号发生器用户图形界面

（2）基带信号发生器（BSG）

这里的基带信号发生器是一款基于包传输格式的基带信号发生器。它的主要特点是：能够产生FSK、MPSK、BPSK、DBPSK、MSK、GMSK等多种调制方式的基带发送信号；并能够模拟多种具体实现产生的系统影响和实际信道影响模型，来帮助构建真实的无线通信网络环境。从而使不可控制且又存在系统和信道影响的复杂通讯环境，能够根据实际测试需要人为加以控制。

基带信号发生器I/Q两路发射信号端口采用的是标准BNC接口。（详细的使用说明请参考附录）

（3）软件无线电实验平台

软件无线电实验平台相当于一解调系统，对上述基带信号发生器产生的信号进行解调，并对接收到的数据帧进行统计分析，得出误码率。

测试系统工作流程如下：

A.将BSG的网口与PC机的网口通过以太网线连接好。

B.将BSG的I/Q两路发射信号端与软件无线电解调系统通过所配的屏蔽线连接。

C.将GUI安装在PC机上，并运行GUI。

D.通过BSG GUI对BSG硬件进行网络设备配置，确保BSG硬件能与PC机正常通

信（具体方法参见基带信号发生器用户图形界面（GUI）使用简介）。

E.根据测试需求，在GUI上设置所需测试环境信号的参数。

F.发送信号，BSG根据GUI上设置的参数产生响应的I/Q两路发射信号，在GUI

上可以观察到统计的发射数据帧情况以及PPDU的内容。

G.在软件无线电解调系统的液晶屏上观察接收到的数据帧以及误码率、误包

率。

四、实验目的：

1.熟悉高斯白噪声产生原理；分析高斯白噪声对信道解调方式的影响；

2.熟悉频率偏移产生原理；分析频率偏移对信道调制方式的影响；

3.熟悉无线多径信道产生原理；分析无线多径信道对调制方式的影响；

4.熟悉无线衰落信道产生原理；分析无线衰落信道对调制方式的影响；

5.熟悉相位噪声产生原理；分析相位噪声对调制方式的影响。

6.熟悉信道编码的产生原理和方法；熟悉BCH码、Hamming码和卷积编码的原理及方法；分析编码对解调性能的影响。

五、实验内容：

（1）无线信道性能测试配置，熟悉基带信号发生器及其配套软件的使用；

（2）无线信道性能测试实验，观察不同信道条件下的系统解调误码率，总结高斯白噪声、频率偏移、无线多径信道、无线衰落信道、相位噪声、以及不同编码方式对信道调制解调方式的影响。

六、实验器材（设备、元器件）：