課程設(shè)計(jì)報(bào)告——matlab瑞利衰落信道仿真

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要 ···························

2、····································

3、3;····································&#

4、183;························ 1</p><p>　　1、設(shè)計(jì)原理 ······

5、3;····································&#

6、183;····································

7、······························· 2</p><p>　　1.1設(shè)計(jì)目的 &

8、#183;····································

9、;····································

10、83;····································&

11、#183; 2</p><p>　　1.2仿真原理 ······························&#

12、183;····································

13、····································

14、3;······· 2</p><p>　　1.2.1瑞利分布簡(jiǎn)介 ·······················&

15、#183;····································

16、;································· 2</p><p&g

17、t;　　1.2.2多徑衰落信道基本模型 ·································&#

18、183;····································

19、······· 2</p><p>　　1.2.3產(chǎn)生服從瑞利分布的路徑衰落r(t) ·····················

20、3;····································&#

21、183;· 3</p><p>　　1.2.4產(chǎn)生多徑延時(shí) ·····························

22、;····································

23、83;··························· 4</p><p>　　1.3仿真框架 ···

24、3;····································&#

25、183;····································

26、·································· 4</p>&l

27、t;p>　　2、設(shè)計(jì)任務(wù) ··································

28、····································

29、3;····································&#

30、183;··· 4</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)任務(wù)要求 ···························&

31、#183;····································

32、;····································

33、83;·· 4</p><p>　　2.2 MATLAB 仿真程序要求 ···························

34、····································

35、3;···················· 4</p><p>　　3、DSB調(diào)制解調(diào)分析的MATLAB實(shí)現(xiàn) ········

36、3;····································&#

37、183;················· 5</p><p>　　3.1 DSB調(diào)制解調(diào)的MATLAB實(shí)現(xiàn) ···········&#

38、183;····································

39、························ 5</p><p>　　3.2瑞利衰落信道的MATLAB實(shí)現(xiàn) ·····&#

40、183;····································

41、······························· 6</p><p>　　4、模擬仿真及結(jié)果

42、分析 ····································&

43、#183;····································

44、;·················· 7</p><p>　　4.1模擬仿真 ·············

45、····································

46、3;····································&#

47、183;························ 7</p><p>　　4.1.1多普勒濾波器的頻響 ·····&#

48、183;····································

49、····································

50、3;········· 7</p><p>　　4.1.2多普勒濾波器的統(tǒng)計(jì)特性 ····················&#

51、183;····································

52、······················· 7</p><p>　　4.1.3信道的時(shí)域輸入/輸出波形 ······

53、83;····································&

54、#183;··································· 8<

55、;/p><p>　　4.2仿真結(jié)果分析 ·······························

56、3;····································&#

57、183;·································· 8</p>

58、<p>　　4.2.1時(shí)域輸入/輸出波形分析 ·······························

59、3;····································&#

60、183;·············· 8</p><p>　　4.2.2頻域波形分析 ················

61、;····································

62、83;····································&

63、#183;·········· 8</p><p>　　4.2.3多普勒濾波器的統(tǒng)計(jì)特性分析 ··················

64、83;····································&

65、#183;················ 9</p><p>　　5、小結(jié)與體會(huì) ··············&#

66、183;····································

67、····································

68、3;··················· 9</p><p>　　6、參考文獻(xiàn) ············

69、····································

70、3;····································&#

71、183;························· 9</p><p>　　MATLAB 通信仿真設(shè)計(jì)</p><p><b&g

72、t;　　摘要</b></p><p>　　主要運(yùn)用MATLAB進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)采用對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)幅；而后將調(diào)幅波輸入信道，研究多徑信道的特性對(duì)通信質(zhì)量的影響；最后將信道內(nèi)輸出的條幅波進(jìn)行同步解調(diào)，解調(diào)出與輸入信號(hào)波形相類似的波形，觀測(cè)兩者差別。同時(shí)輸出多普勒濾波器的統(tǒng)計(jì)特性圖及信號(hào)時(shí)域和頻域的輸入、輸出波形。</p><p>　　關(guān)鍵字：雙邊帶調(diào)幅瑞利衰落相

73、干解調(diào)MATLAB</p><p><b>　　設(shè)計(jì)原理</b></p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　由于多徑和移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)等影響因素，使得移動(dòng)信道對(duì)傳輸信號(hào)在時(shí)間、頻率和角度上造成了色散，如時(shí)間色散、頻率色散、角度色散等等，因此多徑信道的特性對(duì)通信質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響，而多徑信道的包

74、絡(luò)統(tǒng)計(jì)特性成為我們研究的焦點(diǎn)。根據(jù)不同無線環(huán)境，接收信號(hào)包絡(luò)一般服從幾種典型分布，如瑞利分布、萊斯分布和Nakagami-m分布。在設(shè)計(jì)中，專門針對(duì)服從瑞利分布的多徑信道進(jìn)行模擬仿真，進(jìn)一步加深對(duì)多徑信道特性的了解。</p><p><b>　　1.2仿真原理</b></p><p>　　1.2.1瑞利分布簡(jiǎn)介</p><p><b>

75、;　?。?）環(huán)境條件：</b></p><p>　　通常在離基站較遠(yuǎn)、反射物較多的地區(qū)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間沒有直射波路徑，存在大量反射波；到達(dá)接收天線的方向角隨機(jī)且在（0~2π）均勻分布；各反射波的幅度和相位都統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。</p><p>　?。?）幅度、相位的分布特性：</p><p>　　包絡(luò) r 服從瑞利分布，θ在0～2π內(nèi)服從均勻分布。瑞利分布的概

76、率分布密度如圖1所示：</p><p>　　圖1 瑞利分布的概率分布密度 </p><p>　　1.2.2多徑衰落信道基本模型</p><p>　　根據(jù)ITU-RM.1125標(biāo)準(zhǔn)，離散多徑衰落信道模型為</p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　其中復(fù)路徑衰落，服從瑞利分布；

77、 是多徑時(shí)延。多徑衰落信道模型框圖如圖2所示：</p><p>　　圖2 多徑衰落信道模型框圖</p><p>　　1.2.3產(chǎn)生服從瑞利分布的路徑衰落r(t)</p><p>　　利用窄帶高斯過程的特性，其振幅服從瑞利分布，即</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　上式

78、中，、、分別為窄帶高斯過程的同相和正交支路的基帶信號(hào)。</p><p>　　首先產(chǎn)生獨(dú)立的復(fù)高斯噪聲的樣本，并經(jīng)過FFT后形成頻域的樣本，然后與S（f）開方后的值相乘，以獲得滿足多普勒頻譜特性要求的信號(hào)，經(jīng)IFFT后變換成時(shí)域波形，再經(jīng)過平方，將兩路的信號(hào)相加并進(jìn)行開方運(yùn)算后，形成瑞利衰落的信號(hào)r(t)。如下圖3所示:</p><p>　　圖3 瑞利衰落的產(chǎn)生示意圖</p>

79、<p><b>　　其中，</b></p><p><b>　　（3）</b></p><p>　　1.2.4產(chǎn)生多徑延時(shí)</p><p>　　多徑/延時(shí)參數(shù)如表1所示：</p><p>　　表1 多徑延時(shí)參數(shù)</p><p><b>　　1.3仿真框架

80、</b></p><p>　　根據(jù)多徑衰落信道模型（見圖2），利用瑞利分布的路徑衰落（見圖3）和多徑延時(shí)參數(shù)（見表1），我們可以得到多徑信道的仿真框圖，如圖4所示：</p><p>　　圖4 多徑信道的仿真框圖</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù) </b></p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)任

81、務(wù)要求</b></p><p>　?。?）查找資料，了解瑞利衰落信道模型的分類，結(jié)合某種模型，掌握瑞利分布的多徑信道仿真原理，用MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)瑞利分布的多徑信道的仿真；</p><p>　?。?）根據(jù)已學(xué)的知識(shí)，實(shí)現(xiàn)一種基帶信號(hào)的模擬調(diào)制并做出仿真；</p><p>　?。?）結(jié)合（1）（2）步，觀察已調(diào)信號(hào)通過瑞利信道后的時(shí)域波形圖和頻譜圖；&l

82、t;/p><p>　　（4）對(duì)仿真結(jié)果做適當(dāng)分析。</p><p>　　2.2 MATLAB 仿真程序要求</p><p>　?。?）參數(shù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)確、合理；</p><p>　?。?）關(guān)鍵語句加注釋；</p><p>　?。?）仿真結(jié)果正確，圖形清晰。</p><p>　　3、DSB調(diào)制解調(diào)分析的MA

83、TLAB實(shí)現(xiàn)</p><p>　　3.1 DSB調(diào)制解調(diào)的MATLAB實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　%main.m</b></p><p><b>　　clc;</b></p><p>　　LengthOfSignal=10000; %信號(hào)長(zhǎng)度</p><p>　　fm=

84、500; %最大多普勒頻移？相關(guān)文獻(xiàn)應(yīng)該有估算公式</p><p>　　fc=5000; %信道載波頻率</p><p>　　t=1:LengthOfSignal; % SignalInput=sin(t/100);</p><p><b>　　%DSB調(diào)制</b></p><p>　　SignalInput

85、=sin(t/50);%+cos(t/65); %調(diào)制信號(hào)</p><p>　　c=cos(0.2*pi*t);%載波信號(hào) </p><p>　　y_in=SignalInput.*c;%調(diào)制</p><p>　　delay=[0 31 71 109 173 251];%10ns</p><p>　　power=[0 -1 -9 -10 -

86、15 -20]; %dB</p><p>　　y_in=[zeros(1,delay(6)) y_in]; %為時(shí)移補(bǔ)零</p><p>　　y_out=zeros(1,LengthOfSignal); %存放經(jīng)信道未解調(diào)的信號(hào)（現(xiàn)為無輸入信號(hào)</p><p><b>　　%時(shí)的輸出信號(hào)）</b></p><p&

87、gt;　　%y_out_end最終解調(diào)后信號(hào)</p><p><b>　　%多路徑衰落</b></p><p>　　for i=1:6%圖4</p><p>　　f=1:2*fm-1;</p><p><b>　　Rayl;</b></p><p>　　y_out=y_out

88、+r.*y_in(delay(6)+1-delay(i):(delay(6)+LengthOfSignal-delay(i)))*10^(power(i)/20);</p><p><b>　　end;</b></p><p>　　% S(t)*cos(w*t)=m(t)*cos(w*t)*cos(w*t)=0.5*m(t)*(1+cos(2*w*t))</p&

89、gt;<p>　　%用一個(gè)低通濾波器將上式中的第一項(xiàng)和第二項(xiàng)分離，無失真的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào)。</p><p>　　%這種調(diào)制方法又稱為同步解調(diào)或相干解調(diào)</p><p><b>　　%同步解調(diào)</b></p><p>　　y_out_end=y_out.*c;%同步解調(diào)或相干解調(diào)</p><p><

90、;b>　　%低通濾波</b></p><p>　　wp=0.1*pi;ws=0.12*pi;Rp=1;As=15;</p><p>　　[N,wn]=buttord(wp/pi,ws/pi,Rp,As);</p><p>　　[b,a]=butter(N,wn);</p><p>　　y_out_end =filter(b,

91、a,y_out_end);%濾波</p><p>　　y_out_end =2* y_out_end;%恢復(fù)幅度</p><p><b>　　%原信號(hào)的頻譜</b></p><p>　　K=fft(SignalInput);</p><p>　　%DSB調(diào)制后信號(hào)的頻譜</p><p>　　L=f

92、ft(y_in);</p><p>　　%y_out的頻譜（含包絡(luò)）</p><p>　　M=fft(y_out);</p><p><b>　　%最終解調(diào)的頻譜</b></p><p>　　N=fft(y_out_end);</p><p><b>　　%輸出 </b>&l

93、t;/p><p>　　figure(1);</p><p>　　subplot(4,2,1);</p><p>　　plot(SignalInput(delay(6)+1:LengthOfSignal));axis([0,3000,-2,2]);</p><p>　　title('原始輸入信號(hào)');</p><

94、p>　　subplot(4,2,2);</p><p>　　plot(abs(fftshift(K))); axis([4900,5100,0,6000]);</p><p>　　title('原始輸入信號(hào)的頻譜 ');</p><p>　　subplot(4,2,3);</p><p>　　plot(y_in(dela

95、y(6)+1:LengthOfSignal));axis([0,3000,-2,2]); %去除時(shí)延造成的空白信號(hào)</p><p>　　title(' 進(jìn)入瑞利信道前，DSB調(diào)制后的信號(hào)');</p><p>　　subplot(4,2,4);</p><p>　　plot(abs(fftshift(L))); axis([3500,6500,0,3

96、000]);</p><p>　　title('進(jìn)入瑞利信道前，DSB調(diào)制后的信號(hào)的頻譜 ');</p><p>　　subplot(4,2,5);</p><p>　　plot(y_out(delay(6)+1:LengthOfSignal));axis([0,3000,-0.08,0.08]); %去除時(shí)延造成的空白信號(hào)</p>&

97、lt;p>　　title('經(jīng)瑞利信道后，DSB解調(diào)前的信號(hào)');</p><p>　　subplot(4,2,6);</p><p>　　plot(abs(fftshift(M)));axis([3500,6500,0,100]);</p><p>　　title('經(jīng)瑞利信道后，DSB解調(diào)前的信號(hào)的頻譜');</p&g

98、t;<p>　　subplot(4,2,7);</p><p>　　plot(y_out_end(delay(6)+1:LengthOfSignal));axis([0,3000,-0.08,0.08]);%去除時(shí)延造成的空白信號(hào)</p><p>　　title('最終解調(diào)后的信號(hào)');</p><p>　　subplot(4,2,8)

99、;</p><p>　　plot(abs(fftshift(N)));axis([4900,5100,0,200]);</p><p>　　title('最終解調(diào)后的信號(hào)的頻譜 ');</p><p>　　figure(2);</p><p>　　subplot(3,1,1);</p><p>　　hi

100、st(r,256);%繪制直方圖</p><p>　　title('瑞利信道的幅度分布')</p><p>　　subplot(3,1,2);</p><p>　　hist(angle(r0));</p><p>　　title('瑞利信道的相位分布');</p><p>　　subpl

101、ot(3,1,3);</p><p>　　plot(Sf1);</p><p>　　title('多普勒濾波器的頻響特性');</p><p>　　3.2瑞利衰落信道的MATLAB實(shí)現(xiàn)</p><p>　　%Rayl.m 參考【1】</p><p>　　f=1:2*fm-1; %通頻帶長(zhǎng)度</p&

102、gt;<p>　　y=1.5./((1-((f-fm)/fm).^2).^(1/2))/pi/fm; %多普勒功率譜(基帶)圖3</p><p>　　Sf=zeros(1,LengthOfSignal);</p><p><b>　　Sf1=y;</b></p><p>　　Sf(fc-fm+1:fc+fm-1)=y;%(把基帶映

103、射到載波頻率)</p><p>　　x1=randn(1,LengthOfSignal);</p><p>　　x2=randn(1,LengthOfSignal);</p><p>　　nc=ifft(fft(x1+1i*x2).*sqrt(Sf)); %同相分量</p><p>　　%首先產(chǎn)生獨(dú)立的復(fù)高斯噪聲的樣本，并經(jīng)過FFT后形成頻域

104、的樣本，</p><p>　　%然后與S（f）開方后的值相乘，以獲得滿足多普勒頻譜特性要求的信號(hào)，</p><p>　　%經(jīng)IFFT后變換成時(shí)域波形，再經(jīng)過平方，將兩路的信號(hào)相加并進(jìn)行開方運(yùn)算后，形成瑞利衰落的信號(hào)r(t)</p><p>　　x3=randn(1,LengthOfSignal);</p><p>　　x4=randn(1,L

105、engthOfSignal);</p><p>　　ns=ifft(fft(x3+1i*x4).*sqrt(Sf)); %正交分量</p><p>　　r0=(real(nc)+1i*real(ns)); %瑞利信號(hào)</p><p>　　r=abs(r0); %瑞利信號(hào)幅值（nc、ns分別為窄帶高斯過程的同相和正交支路的基帶信號(hào)）</p><p&

106、gt;<b>　　模擬仿真及結(jié)果分析</b></p><p><b>　　4.1模擬仿真</b></p><p>　　4.1.1多普勒濾波器的頻響</p><p>　　圖5多普勒濾波器的頻響</p><p>　　4.1.2多普勒濾波器的統(tǒng)計(jì)特性</p><p>　　圖6 多普

107、勒濾波器的統(tǒng)計(jì)特性</p><p>　　4.1.3信道的時(shí)域輸入/輸出波形</p><p>　　圖7 信道的時(shí)域/頻域輸入/輸出波形</p><p><b>　　4.2仿真結(jié)果分析</b></p><p>　　4.2.1時(shí)域輸入/輸出波形分析</p><p>　　次實(shí)驗(yàn)主要是通過MATLAB仿真瑞

108、利衰落信道的傳輸過程，通過雙邊帶調(diào)幅的調(diào)制與解調(diào)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸。正如右圖所示：</p><p>　　圖中第一、第二個(gè)波形是在進(jìn)入瑞利衰落前，第三、第四個(gè)波形是在進(jìn)入瑞利衰落后，有明顯的噪聲的存在。</p><p>　　由第一個(gè)圖輸入，第四個(gè)圖輸出，信號(hào)的傳遞在存在干擾的情況下基本實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　第一個(gè)波形到第二個(gè)波形是實(shí)現(xiàn)了抑制載波的雙邊帶調(diào)幅；第三個(gè)波

109、形到第四個(gè)波形是運(yùn)用同步解調(diào)或相干解調(diào)實(shí)現(xiàn)對(duì)載波信號(hào)的解調(diào)功能。 圖8 信道的時(shí)域輸入/輸出波形</p><p>　　4.2.2頻域波形分析</p><p>　　圖9 信道的頻域變化</p><p>　　分析圖9中的第二、第四幅圖可以發(fā)現(xiàn)輸出信號(hào)的頻譜圖上一段頻

110、率內(nèi)出現(xiàn)了多余的小頻率，但總體頻率沒有很大變化。說明信道對(duì)輸入波形存在影響，但本題中，輸出的波形還是可以基本反映輸入情況的。</p><p>　　4.2.3多普勒濾波器的統(tǒng)計(jì)特性分析</p><p>　　如圖6中顯示出了瑞利信道的幅度分布和相位分布情況，而在簡(jiǎn)介中提到包絡(luò) r 服從瑞利分布，θ在0～2π內(nèi)服從均勻分布。瑞利分布的概率分布密度如圖1，經(jīng)過分析對(duì)照可以發(fā)現(xiàn)，輸出的多普勒濾波器的

111、統(tǒng)計(jì)特性完全符合要求。 </p><p><b>　　小結(jié)與體會(huì)</b></p><p>　　這次實(shí)習(xí)是自由定題，當(dāng)聽到這個(gè)時(shí)讓我產(chǎn)生一種不知所措感，因?yàn)?，我從沒有真正講學(xué)習(xí)的東西運(yùn)用到稍微大一點(diǎn)的實(shí)際中。不過，越是這樣才能讓我們鍛煉的更多，在用程序編出想要的波形時(shí)，我們不僅能體會(huì)成功的快樂，而且對(duì)通信的傳輸原理有了更加清晰的認(rèn)識(shí)，這次設(shè)計(jì)要求

112、我們學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用我們所學(xué)的通信知識(shí)及用Matlab實(shí)現(xiàn)，可以上網(wǎng)查資料，也可以圖書館里找。設(shè)計(jì)一開始的時(shí)候我充滿了恐懼感，面對(duì)好多的書，好多的代碼，好混亂的腦中知識(shí)……總之，一萬個(gè)不想做，但是想到如果不實(shí)踐是不會(huì)有進(jìn)步的，只得硬著頭皮來，然而隨著一點(diǎn)一點(diǎn)進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)一切都不像想象的那么艱巨，慢慢的我完成了我的課程設(shè)計(jì)——瑞利衰落信道的仿真。其實(shí)做什么事都是那樣，不開始，永遠(yuǎn)害怕打破那層膜，只用勇敢的邁出第一步，一切問題都會(huì)在面臨的時(shí)候解決

113、。這次設(shè)計(jì)最深刻的感受就是：只要開始，一切都可以變得簡(jiǎn)單。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]胡宴如，耿蘇燕主編，高頻電子線路，北京：高等教育出版社，2009。</p><p>　　[2]沈衛(wèi)康，宋宇飛，宋紅梅，數(shù)字信號(hào)處理，北京：清華大學(xué)出版社，2011。</p><p>　　[3