信道仿真实验

信道仿真实验

一、实验目的

1、了解通信系统信道模型的基本概念。

2、掌握高斯白噪声的统计特性及其对通信系统的影响。

3、掌握带限线性滤波器信道模型的特性和对通信系统的影响。

4、掌握瑞利衰落信道的统计特性及其对通信系统的影响。

二、实验仪器

1、移动通信实验箱一台；

2、台式计算机一台；

三、实验步骤

1、通过串行口将实验箱和电脑连接，给实验箱上电。将与实验箱相连的电脑上的学生平台程序打开。在主界面上双击“信道仿真”实验图标，进入此实验界面。

2、先点击“初始化”键，再点击“输入数据”键，用于产生信道仿真所需的输入数据。界面显示输入数据窗口，“数据长度”对话框可输入1～16 之间的数，产生相应个数的字节，如果学生想手动输入数据，可在窗口正下方以16 进制方式输入数据，如“12 bc ae 3e”等，中间以空格键分隔，输入完毕后按“手动输入”键，这时便可以从界面上看到手动输入的数据对应的二进制代码；如果学生不想手动输入数据，只需按动“随机生成”键，便可以生成实验所需要的输入数据。然后按动“返回”键，输入数据窗口自动关闭，输入数据工作结束。这里需要注意的是，如果不按动“返回”键而人工关闭此窗口，输入数据工作并未完成。

3、输入数据产生后就可以进行下面的信道仿真实验。首先进行高斯白噪信道模型实验。（1）在信道选择栏中选中“高斯”。（2）在高斯信道参数信噪比一栏中输入一个数值，然后点击“仿真－>GO”键，波形显示区将显示本信噪比下的输入信号波形、输出信号波形以及噪声波形。（3）修改信噪比的值，可重复以上实验。若输入为0，则表示信噪比为0dB，0dB 意味着输入信号的功率和噪声功率的大小相当，由于噪声功率过大，因此输出信号与输入信号的相似程度很低。将信噪比提高到一定的值（如：40dB），再点击“仿真”键再观察输入信号和输出信号。完成实验报告的第 1 题。

4、下面进行带限线性滤波器信道模型实验，这个信道模型是对存在码间干扰的信道的建模，反映信道特性的信道参数由学生自定义输入。（1）首先，在信道选择栏中点击“自定义”。（2）找到自定义信道参数设定区域，在信道参数一栏中输入奇数个数值，作为信道单位冲激响应中各冲激的强度，并按旁边的“OK”键确认。这奇数个数值中，中间的一个数值的值最大，对应着经过信道后的输出信号中原输入信号的能量还是最大的，两边小的数值表示的是输入信号经过信道后受到的若干相邻信号码间干扰的大小。为了仿真码间干扰延伸到相邻的2～3 个码元，所以要求输入的信道参数的个数要超过17 个，最中间的参数为1，两边的参数可以是较小的数，如0.2、0.05 等，也可以是0。如果输入的信道参数个数小于8

个的话，这时由信道引起的码间干扰就会局限在一个码元内部，这时从实验结果上来看信道对波形的影响不会太大。为了方便起见，界面上还有“选择预设信道”对话框，其中有“恶劣信道”、“良好信道”以及“理想信道”。它们分别对应的信道特性为：恶劣信道：

[-0.1,0,0,-0.5,0,0.01,0,0,0.03,0,0,0,1,0,0,0.05,0,0,0.1,0,0.2,0,0,0,0.01] ；良好信道：

[-0.2,0,0,0,0.1,0,0,0,1,0,0,0,0.2,0,0,0,0.2]；理想信道：[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]。直接选中这三个选项之一，就不必手动输入信道参数了。（3）观察参数下面的信道特性，若选中旁边的“频域”选项，显示的就是信道的频域特性，否则为时域特性。（4）点击“仿真－>GO”键，界面下方将出现此信道特性下对应的信号波形：包括“发送波形”、“经过信道波形”、“经过信道再成型的波形”，分别对应图 6.2.2-1 的C、E、D 三点波形。对于预设信道，“恶劣信道”是一个码间干扰严重的信道，选择这个信道时，经过信道的波形会发生改变，由于波形改变得非常厉害，所以接收端抽样判决后会出现较多的误码。“较恶劣信道”是一个码间干扰不太严重的信道，选择这个信道时，经过信道的波形会发生改变，这可以从界面上看出来，由于本实验未考虑加性噪声对信号判决的影响，所以虽然接收波形发生了改变，但是抽样判决不会出现误码。原因是我们采用的BPSK 调制欧氏距离较大，有很好的抗噪声和波形形变的能力。“理想信道”是一个没有码间干扰的信道，所以可以看出来，这个信道对信号没有任何影响，经过信道后的信号与之前的信号波形完全相同。（5）观察界面右侧关于错误比特的统计。它是同信道的恶劣程度成正比的。（5）改变信道参数，重复（2）（3）（4）（5）步实验。完成实验报告的第2、3题。

5、下面进行瑞利衰落信道模型实验。（1）首先，在信道选择栏中点击“瑞利”。（2）找到瑞利信道参数设定区域，首先在界面上输入移动通信系统的特征参数：移动终端运动速度、载频、波特率。（3）点击“仿真－>GO”键。界面上将出现相应的波形：包括“GMSK信号”，即输入信号；“经过瑞利衰落的信号”即GMSK 信号经过瑞利信道之后的时域波形；“瑞利信道时域衰减包络图”，即信道本身的时域特性；“瑞利信道频域特性”，从这个频域特性上能看出多普勒频移现象。由于瑞利信道对输入信号具有乘性干扰，因此输入信号经过信道后的波形同输入信号将有很大的不同。完成实验报告的第4题。

四、实验记录与思考

1、简述随着信噪比的改变，通过高斯信道的输出信号与原输入信号在幅度上相似程度做怎样的变化。画出当信噪比为20dB 时，输入信号和输出信号的波形。

答：0dB时意味着输入信号的功率和噪声功率的大小相当，由于噪声功率过大，因此输出信号与输入信号的相似程度很低。信噪比越大，意味着信号功率相对于噪声功率越大，因此输出信号与输入信号的相似程度越大。

2、画出当信道特性为：-0.3,0,0,0.03,0,-0.3,0,1,0,0,0.2,0,0,0.1,0 时，对应的信道时域特性和信道频域特性。

3、比较选择预设信道“恶劣信道”和“良好信道”时，输出信号相对于输入信号的畸变程度，以及误码的个数，并说明原因。