通信原理实验报告

1 1，， 必做题目必做题目 1.11.1 无线信道特性分析无线信道特性分析 1.1.1 实验目的 1) 了解无线信道各种衰落特性； 2) 掌握各种描述无线信道特性参数的物理意义； 3) 利用 MATLAB中的仿真工具模拟无线信道的衰落特性。 1.1.2 实验内容 1) 基于 simulink 搭建一个 QPSK 发送链路，QPSK 调制信号经过了瑞利衰 落信道，观察信号经过衰落前后的星座图，观察信道特性。仿真参数： 信源比特速率为 500kbps，多径相对时延为[0 4e-06 8e-06 1.2e-05]秒，相 对平均功率为[0 -3 -6 -9]dB，最大多普勒频移为 200Hz。例如信道设置 如下图所示： 1.1.3 实验作业 1) 根据信道参数，计算信道相干带宽和相干时间。 fm=200; t=[0 4e-06 8e-06 1.2e-05]; p=[10^0 10^-0.3 10^-0.6 10^-0.9]; t2=t.^2; E1=sum(p.*t2)/sum(p); E2=sum(p.*t)/sum(p); rms=sqrt(E1-E2.^2); B=1/(2*pi*rms) T=1/fm 2) 设置较长的仿真时间（例如 10 秒） ，运行链路，在运行过程中，观察并 分析瑞利信道输出的信道特征图 （观察 Impulse Response(IR)、 Frequency Response(FR)、 IR Waterfall、 Doppler Spectrum、 Scattering Function） 。 （配 合截图来分析） Impulse Response(IR) 从冲击响应可以看出，该信道有四条不同时延的路径。多径信道产生随 机衰落，信道冲击响应幅值随机起伏变化。可以看出，该信道的冲激响 应是多路冲激响应函数的叠加，产生严重的码间干扰。 Frequency Response(FR) 频率响应特性图不再是平坦的，体现出了多径信道的频率选择性衰落。 IR Waterfall 频率展宽后，信号的冲激响应不再平坦，是由于多径信道中不同信道的 叠加影响 Doppler Spectrum 由于多普勒效应，接受信号的功率谱展宽扩展到 fc-fm 至 fc+fm 范围。 3) 观察并分析信号在经过瑞利衰落信道前后的星座图变化（截图并解释） 。 前 标准的 QPSK 星座图，4 个相位 后 信号经过多径信道后，相位和幅值均发生了随机变化，信号不再分布在四个点附 近，可以看出信号质量很差。说明多径信道对信号产生了巨大的干扰。PSK/QPSK 通信链路搭建与误码性能分析 1.2BPSK/QPSK1.2BPSK/QPSK 通信链路搭建与误码性能分析通信链路搭建与误码性能分析 1.2.1 实验目的 掌握基于simulink 的 BPSK、QPSK 典型通信系统的链路实现，仿真 BPSK/QPSK 信号在 AWGN信道、单径瑞利衰落信道下的误码性能。 1.2.2 实验作业 1) 基于 simulink 搭建 BPSK/QPSK 通信链路，经过 AWGN信道，接收端相 干解调， 仿真并绘出 BPSK 和 QPSK 信号在E b N 0 为 0~10dB 时（间隔： 1dB）误码性能曲线。 仿真参数： a) 仿真点数：106 b) 信源比特速率：1Mbps。 Bpsk 通信链路 QPSK 通信链路 BPSK AWGN参数 QPSK AWGN参数 用 bertool 画出 BPSK 信号的误码率曲线（0~10dB） 由此可见 BPSK 和 QPSK 的在同一 Eb/No 时误比特率基本一样，这与理论分析一致 2) 在 1 的基础上， 信号先经过平坦 （单径） 瑞利衰落， 再经过 AWGN信道， 假设接收端通过理想信道估计获得了信道衰落值（勾选衰落信道模块的 “Complex path gain port” ） 。 仿真并绘出 BPSK和 QPSK 信号在E b N 0 为 0~40dB 时（间隔：5dB）误码性能曲线。 信道仿真参数：最大多普勒频移为 100Hz。 BPSK 通信链路 QPSK 通信链路 瑞利单径信道参数 QPSK AWGN参数 BPSK AWGN参数 BPSK/QPSK 0-40db 误码率曲线 BPSK 和 QPSK 在同一 Eb/No 的误比特率基本一致，这和理论基本一致 2 2、分组题目、分组题目 2.1SIMO2.1SIMO 系统性能仿真分析系统性能仿真分析 2.1.12.1.1 实验目的实验目的 1.掌握基于 simulink 的单发多收（SIMO）16QAM 仿真通信链路； 2.仿真 SIMO 16QAM 信号在单径瑞利衰落信道下，不同接收分集数、不同合并 方式下的误比特率性能。 2.1.22.1.2 实验内容实验内容 1.掌握单发多收的原理，利用分集技术，搭建单发多收通信系统框图。 2.利用 MATLAB中 simulink 所包含的通信系统模块搭建基于各种分集技术类型 的单发多收通信链路。 3. 比较分析不同接收分集数、不同合并方式下的误比特率性能。 2.1.32.1.3 实验原理实验原理 移动信道的多径传播引起的瑞利衰落、时延扩展以及伴随接收机移动过程产 生的多普勒频移使接收信号受到严重的衰落； 阴影效应会使接收的信号过弱而造 成信号的中断；信道存在噪声和干扰，也会使接收信号失真而造成误码。因此， 在移动通信系统中需要采取一些数字信号处理技术来改善接收信号的质量。其 中，多天线分集接收技术就是一个非常重要且常见的方法。 分集接收的基本思想就是把接收到的多个衰落独立的信号加以处理，合理地 利用这些信号的能量来改善接收信号的质量。 分集技术总体来说分为两类，针对阴影衰落的宏观分集和针对微观衰落的微 观分集。本实验主要注重微观分集。分集技术对信号的处理包含两个过程，首 先是要获得 M 个相互独立的多径信号分量，然后对它们进行处理以获得信噪比 的改善，这就是合并技术。合并方式共分为三种，选择合并、等增益合并和最大 比值合并。 选择合并是最简单的一种，在所接收的多路信号中，合并器选择信噪比最高 的一路输出。 最大比值合并会将所有路信号的能量和信息都利用上，会明显改善 合并器输出的信噪比。 基于这样的考虑， 最大比值合并把各支路信号加权后合并。 各路信号权值用数学方法得出。等增益合并性能上不及最大比值合并，但是却容 易实现得多，其主要思想是将各路信号赋予相同权值相加。 2.1.42.1.4 实验仿真实验仿真 2.1.4.12.1.4.1 实验框图实验框图 系统整体框图 接收分集 二分集等增益合并 三分集等增益合并 二分集选择合并 三分集选择合并 二分集最大比值合并 三分集最大比值合并 2.1.4.2 仿真结果 从图中可以看到，通过等增益合并方式能够显著的减小误码率，并且随着 Eb/N0 的增加而更好的显示出性能优越；相对比不同的分集数可看出，分集数的增加能 有效地减小误码率。 由图可看到，三种合并方式都能显著地减小误码率，在分集数为二的情况下，效 果最好的是最大比值合并，等增益次之，都优于选择合并； 2.1.52.1.5 实验结论实验结论 移动信道的多径传播引起的瑞利衰落、时延扩展