等增益合并技术EGC系统的仿真.doc

摘摘 要要 无线通信的终极目标是提供广泛的个人和多媒体通信 无线通信新业务的不断 增长 使得无线频谱资源日益匮乏 为了满足未来移动通信系统大容量 高速率的 需求 提高频谱利用率 学术界提出了多天线发送和多天线接收的多输人多输出 MIMO 系统的概念 理论研究表明 MIMO系统可以大幅度提高信道的容量 要实现一 个MIMO系统 优良的接收技术是非常必要的 所用到的参数远多于传统单输人单输出 SISO 的信道 因此接收端检测算法复杂度明显增加 单天线发送多天线接受 SIMO 是MIMO的一个特例 也是本论文所依据的通信 模型 本文主要内容安排如下 第一章简要介绍了MIMO系统和天线分集接收技术 并概括了本文的研究工 作 第二章简要介绍了四种接收机分集技术 并重点介绍等增益合并技术 EGC 和最大比合并技术 MRC 第三章介绍了MATLAB语言的用法 第四章通过计算机模拟得到采用不同数目的接收天线时 在接收端采用等 增益合并技术 EGC 时的系统性能 第五章本文的结论 关键词 关键词 多输人多输出系统 MIMO 分集技术 等增益合并 EGC 最大比合并 MRC 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 2 ABSTRACTABSTRACT The ultimate goal of future wireless communications is to provide universal perso nal and multimedia communications With the growing demand for new services of wir eless communications the wireless frequency resources are becoming infrequent The e mergence of multiple input multiple output MIMO technology meets the demand of m ultimedia applications and high speed wireless access Researches indicate that the MIMO can improve the performance of wireless system prominently such as system capacity data rate and frequency efficiency To develop a MIMO system brilliant technology of receiver is necessary MIMO channel estimation approaches are more complex than SISO channel this leads to the complexity of the receiver Single input multiple output is a specialty of MIMO It is also the system model in my thesis Chapter 1 overviews the MIMO system and presents a brief review of antenna diversity reception We also narrate the architecture of this work Chapter 2 overviews four types of antenna diversity reception especially Equal Gain Combing EGC and Maximal Ratio Combing MRC Chapter 3 give a introduction of MATLAB language Chapter 4 use computer to check the performance of EGC when use different numbers of antenna Keywords multiple input multiple output MIMO antenna diversity reception Equal Gain Combing EGC Maximal Ratio Combing MRC 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 3 目目 录录 摘摘 要要 1 ABSTRACT 2 第一章第一章 绪绪 论论 5 1 1 MIMO 系统的概念及发展状况 5 1 2 实用空间分集技术简介 7 1 3 论文内容简介 9 第二章第二章 接收机分集技术接收机分集技术 10 2 1 四种接收机分集技术简介 10 2 1 1 选择式合并 Selection Combing 10 2 1 2 开关式合并 Switched Combing 10 2 1 3 最大比合并 Maximal Ratio Combing 11 2 1 4 等增益合并 Equal Gain Combing 11 2 2 等增益合并的具体算法 11 2 3 最大比合并的具体算法 14 第三章第三章 MATLAB 语言的原理简介语言的原理简介 17 3 1 MATLAB 语言的由来 17 3 2 MATLAB 语言与其他语言的异同 18 3 3 实现卷积码性能仿真要用到的 MATLAB 语句 19 3 4 MATLAB 的仿真工具 SIMULINK 24 第四章第四章 等增益合并的计算机模拟性能等增益合并的计算机模拟性能 26 4 1 系统框图 26 4 2 程序设计 26 4 2 1 采用2根接收天线时的性能模拟 26 4 2 2 采用4根天线时的性能模拟 28 4 2 3 采用6根天线时的性能模拟 30 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 4 第五章第五章 结结 束束 语语 34 致致 谢谢 35 参参 考考 文文 献献 36 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 5 第一章第一章 绪绪 论论 无线通信 特别是移动通信在过去的几十年里经历了从模拟通信到数字通信 从FDMA到TDMA再到CDMA的发展过程 前后已经经历了三次技术更新 目前 学术界 正在对第四次技术更新进行全面深入的研究 MIMO作为这次技术飞越的一个研究热 点 越来越受到人们的重视 1 1 MIMO系统的概念及发展状况系统的概念及发展状况 多输入多输出 MIMO 系统是在无线通信智能天线技术的基础上发展起来的 其 主要特点就是在通信系统的收发两端采用多天线配置 以解决未来移动通信系统大 容量高速率传输和日益紧张的频谱资源间的矛盾 和智能天线技术不一样的是 在 MIMO系统中从任意一个发送天线到任意一个接收天线间的无线信道是相互独立的或 者具有很小的相关性 早在70 年代就有人提出将多入多出技术用于通信系统 但是对无线移动通信系 统中多入多出技术产生巨大推动的奠基工作则是在90年代由AT 1998 年Tarokh冈等讨论了用于MIMO系统的空时码 1998年Wolniansky等人采用垂直 贝尔 实验室分层空时 V BLAST 算法建立了一个MIMO实验系统 在室内试验中达到 20bps Hz以上的频谱利用率 这一频谱利用率在普通系统中极难实现 多径通常会引起衰落 这在普通的通信系统中是非常不利的 但对于M1M0系统 来说 多径却可以作为一个有利因素加以利用 图1 1所示为MIMO系统的原理图MIMO 技术于发送端和接收端使用多根天线 在发送端串行数据符号流经过一些必要的空 时处理后被送到天线进行发射 在接收端通过各种空时检测技术进行数 据符号的恢复 通常为了保证各个子数据符号流能够有效分离 各个天线之间必须 保持足够大的距离 通常要求半个载波波长以上 以防止接收信号间过大的相关 性 由于各子数据符号流同时发送到信道 它们共用同一频带 因此并未增加带宽 若发射接收天线间的响应独立 则MIMO系统可以创造出并行空间信道 通过这些并 行空间信道独立地传输数据符号 数据率必然可以提高 MIMO技术能提高容量和性能的原因主要是充分利用了空间资源 上世纪四十年 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 6 代末贝尔实验室提出蜂窝概念 并在七十年代进行了实用化 研制成功世界上第一 个蜂 图图1 11 1 MIMOMIMO系统原理图系统原理图 窝移动通信系统AMPS 改变了人们对空间资源利用的观念 后来 研究人员又进一步 提出了微小区 微微小区等小区分裂的概念并成功进行了实用化 应用到了GSM CDMA系统中 以进一步提高系统的容量 并通过空间分集以提高接收性能 但由于小 区不能一味地分裂下去 小区分裂的的思想在大容量的需求条件下就变得不可行了 而利用空间发送分集技术来提高容量的智能天线 MISO MIMO等各种空时联合处理 技术则是进一步提高系统容量和频谱效率的有效措施 系统容量指通信系统在一定信噪比条件下所能达到的最大传输速率 是衡量通 信系统的重要指标之一 对于M发N收的MIMO系统 假定信道为独立的Rayleigh衰落 则系统的容量可以表示为 1 1 其中 是接收端平均信噪比 H hnm 是信道矩阵 其元素hnm是从发射 天线M到接收天线N之问的信道衰落系数 当M N 很大 则信道容量C近似为 1 2 其中 为接收端平均信噪比 和SISO信道的容量公式相比可以看出 MIMO系统 的信道容量随着天线数量的增大而线性增大 也就是说MIMO技术可以成倍地提高无线 信道容量 在不增加带宽和天线发送功率的情况下 频谱利用率可以成倍地提高 图1 2是发送和接收天线数目不断增加的条件下MIMO信道容量随信噪比变化的示 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 7 意图 显而易见 多入多出对于提高无线通信系统的容量具有极大的潜力 时间和频率都是一维的资源 而空间是三维的资源 如果对信号的空间资源 加以充分利用 则潜力是巨大的 从移动通信的发展过程可以看出 MIMO技术的出现 是人们对空间资源逐步开发利用的必然结果 因为M工MO系统较以往的诸如智能天线 的方法更能充分地利用空间资源 简言之 MIMO技术的优点主要是通过多天线的配置来充分利用信号的空间资源 从而达到提高系统容量的目的 在无线频谱资源紧缺的条件下 无疑MIMO技术是提高 频谱利用率和数据传输速率的有效方法之一 图图1 21 2 MIMOMIMO信道容量信道容量 目前 虽然第三代移动通信系统可以比第二代移动通信系统的速率快得多但仍不 能满足未来的多媒体通信需求 在下一代移动通信系统中 人们为了提高系统速率 则需要对一系列关键技术进行研究 移动台和基站软硬件实现的复杂度也会大大增 加 研究表明 配有多副天线的移动台的复杂度要比单天线的高出很多 因此 尽 管MIMO技术能在不增加带宽和总的发射功率的情况下大幅度地提高系统容量 频带 利用率和接收机性能 但在实用过程中也有很多具体问题亟待解决 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 8 1 2 实用空间分集技术简介实用空间分集技术简介 我们这里介绍实用空间分集技术的概念主要是因为本论文将要重点讨论的问题 等增益合并技术是实用空间分集技术的一种 分集的概念可以简单解释如下 分集技术是通信中的一种用相对较低廉的投资 就可以大幅度改进无线链路性能的强有力的接收技术 分集技术是通过查找和利用 自然界无线传播环境中独立的 或至少是高度不相关的 多径信号来实现的 如果 一条无线传播路径中的信号经历了深度衰落 而另一条相对独立的路径中可能仍包 含着较强的信号 可以在多径信号中选择两个或两个以上的信号进行合并 这样做 的好处是它对于接收端的瞬时信噪比和平均信噪比都有提高 并且通常可以提高 20dB到30dB 分集技术可以分为时间分集 频率分集和空间分集 空间分集 也被称作天线分集 是无线通信中使用最多的分集形式 它分为接 收机分集 发射机分集和组合发射机 接收机分集 我们即将讨论的等增益合并 EGC 又称等增益分集 就是接收机分集的一种 传统无线蜂窝系统的发射机和接收 机天线是由立得很高的基站天线和贴近于地面的移动台天线所组成的 在这个系统 中 并不能保证在发射机和接收机之间存在一个直线路径 而且移动台周围物体的 大量散射可能导致信号Rayleigh衰落 鉴于以上情形 我们推断出 如果天线间的 相隔距离等于或大于半波长 那么从不同的天线上接收到的信号包络将基本上是非 相关的 天线分集的概念也被用于基站设计中 在每个蜂窝小区的中心 为了进行分集接 收 装备了多个基站接收天线 但是 由于移动台接近于地面 容易产生严重的信 号散射现象 因而在基站处的分集天线必须隔得相当远 通常是波长的几十倍 才 能实现信号的非相关 空间分集既可被用于移动台 也可被用于基站 还可被同时 用于两者 图1 3所示为空间分集的一个一般结构图 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 9 图图1 31 3 空间分集的一般结构图空间分集的一般结构图 空间分集技术中的接收机分集可以按接收方法分为以下四类 选择式合并 Selection Combing 开关式合并 Switched Combing 最大比合并 Maximal Ratio Combing 等增益合并 Equal Gain Combing 我们在本论文中简要介绍以下这四种分集技术 然后重点在比较最大比合并与 等增益分集的基础上重点讨论等增益分集 1 3 论文内容简介论文内容简介 本论文的主要任务就是在研究讨论几种多天线接收技术的基础上 着重讨论等 增益合并技术 EGC 并在计算机上模拟实验 分析等增益合并技术的性能特点 考虑到论述的复杂程度 本论文所讲述的等增益合并技术的系统模型是单天线发射 多天线接收 SIMO 这也是多天线发射多天线接收技术 MIMO 的一种特例 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 10 第二章第二章 接收机分集技术接收机分集技术 不管采用什么样的接收技术 其主要日的是减少衰落和干扰以及噪声对判 决发送信号时的影响 我们将首先简单介绍四种空间分集接收方法 选择式合并 开 关式合并 最大比合并 MRC 等增益合并 EGC 然后重点介绍等增益分集 EGC 最大比合并 MRC 2 1四种接收机分集技术简介四种接收机分集技术简介 2 1 12 1 1 选择式合并 选择式合并 SelectionSelection CombingCombing 选择式合并是接收机分集技术中最简单的分集技术 其结构图与图1 3相似 这种 分集有M个解调器进行M条支路的解调 各条支路的增益可以被控制以便实现各支路 的信噪比SNR均值相等 瞬时SNR最高的支路将被连接到解调器 但是在实际应用中 由于难以测量SNR 因而实际上是用 S N N作为参考的 另外 实际所用的选择分 集系统是无法以瞬时SNR为基础进行工作的 但是它又必须被如此设计 以便择优电 路的内部时间常数小于信号衰落速率的倒数 2 1 22 1 2 开关式合并开关式合并 Switched Switched Combing Combing 开关式合并与选择式合并非常相似 但是它不是总采用M个支路中信号最好的支路 而是以一个固定顺序扫描M个支路 直到发现某一支路的信号超过了预置的阈值 然 后这路信号将被选中并送至接收机 一旦这路信号降低至阈值之下 那么扫描过程 将重新开始 与其他方法相比较 它的抗衰落统计特性稍差了一些 但是这种方法 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 11 的优点是它非常易于实现 只需要一个接收机 其结构如图2 1所示 图图2 12 1 扫描分集的基本形式扫描分集的基本形式 2 1 32 1 3 最大比合并最大比合并 Maximal Maximal RatioRatio Combing Combing 这种方法是由Kahn最先提出的 它对M路信号进行加权 而权重是由各路信号所 对应的信号电压与噪声功率的比值所决定的 图2 2为其结构图 由于各路信号在叠 加时要求保证是同相位的 不同于选择式合并 因而每个天线通常都要有各自的 接收机和调相电路 最大比合并的输出SNR等于各路SNR之和 所以 即使当各路信 号都很差 使得没有一路信号可以被单独解出时 最大比合并算法仍有可能合成出 一个达到SNR要求的可以被解调的信号 在所有已知的线性分集合并方法中 这种方 法的抗衰落统计特性是最佳的 现在的DSP技术和数字接收技术 正在逐步采用这种 最优的分集方式 图图2 22 2 最大比合并最大比合并 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 12 2 1 42 1 4 等增益合并等增益合并 Equal Equal GainGain Combing Combing 在某些情况下 按最大比合并的需要产生可变的权重并不方便 因而出现了等 增益合并 这种方法也是把各支路信号进行同相后再叠加 只不过加权时各路的权 重相等 这样 接收机仍可以利用同时收到的各路信号 并且接收机从大量不能够 解调出来的信号中合成出一个可解调信号的概率仍很大 其性能只比最大比合并差 一点 但选择分集要好不少 其结构图相似与最大比合并 2 2 等增益合并的具体算法等增益合并的具体算法 采用EGC时 第i个子载波上的增益因子可选为 2 1 该方法仅考虑了相位偏移 没有考虑信道的幅度衰减对一接收信号的影响实现 起来比较简单 采用该方法后 判决变量可表示为 2 2 其中噪声可以近似为零均值的高斯随机变量 其方差为 2 3 令 2 4 因为 aj bj j 0 1 N 2 1为独立同分布 瑞利分布 的随机变量 由中心极限定理可知 I包括 M 1 N个独立同分布的随机变量 所以I是一高斯 变量 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 13 2 5 2 6 由式 2 2 可以看出 判决时的错误概率取决于信号的幅度 干扰和 噪声 假设ao 1 则判决错误概率为 2 7 因为am以相同的概率取1和 1 可知此时将 1判为1的错误概率就等于平均比特 错误率 BER 由于干扰项和噪声项是独立的高斯变量 因此它们的和还是高斯变 量 均值为0 方差为两者的和 令 即 2 8 采用互补误差函数对其进行变换 2 9 得到 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 14 2 10 将式 2 3 2 6 代入上式 得到 2 11 为了得到平均错误概率的表达式 式 2 10 必须对幅度求平均 对 采用不同的近似时 可以得到不同的分布 采用中心极限定理CLT近似 2 12 对采用CLT近似时的误码率的化简 2 13 利用上式得到 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 15 2 14 令平均信噪比 2 15 则 2 16 2 3 最大比合并的具体算法最大比合并的具体算法 MRC方案对接收信号乘以增益系数后 相当于接收信号的平方 增益系数如下 2 17 采用MRC的考虑是幅度比较大的接收信号所包含的噪声相对来说也比较小 对幅度取 平方相当于增强了这种效果 其相应的判决量为 2 18 噪声可以近似为零均值的高斯随机变量 可知其方差为 2 19 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 16 与分析EGC时一样 I也包含 M 1 N个独立同分布的随机变量 因此I可以 近似为零均值的高斯随机变量 2 20 2 21 其中 2 22 将式 2 19 一式和 2 21 代入式 2 10 得到 2 23 采用CLT近似后 2 24 根据式 2 23 2 24 可得 2 25 将式 2 15 代入上式 得到 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 17 2 26 第三章第三章 MATLABMATLAB语言的原理简介语言的原理简介 3 1 MATLAB语言的由来语言的由来 MATLAB名字是由MATrix和LABoratory两个词的前三个字母组合而成的 它是 MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化数学软件 被誉 为 巨人肩上的工具 由于使用Matlab编程运算与人进行科学计算的思路和 表达方式完全一致 所以不象学习其它高级语言 如Basic Fortran和C等那样 难于掌握 用Matlab编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题 所以又被 称为演算纸式科学算法语言一般数值分析 矩阵运算 数字信号处理 建模和系 统控制和优化等应用程序 并集应用程序和图形于一便于使用的集成环境中 在 这个环境下 对所要求解的问题 用户只需简单地列出数学表达式 其结果便以 数值或图形方式显示出来 MATLAB的含义是矩阵实验室 MATRIX LABORATORY 主要用于方便矩阵的存取 其基本元素是无须定义维数的矩阵 MATLAB自问世以 来 就是以数值计算称雄 MATLAB进行数值计算的基本单位是复数数组 或称阵 列 这使的MATLAB高度 向量化 经过十几年的完善和扩充 现已发展成为 线性代数课程的标准工具 由于它不需定义数组的维数 并给出矩阵函数 特殊 矩阵专门的库函数 使之在求解诸如信号处理 建模 系统识别 控制 优化等 领域的问题时 显得大为简捷 高效 方便 这是其它高级语言所不能比拟的 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 18 美国许多大学的实验室都安装有MATLAB供学习和研究之用 在那里 MATLAB是攻 读学位的大学生硕士生 博士生必须掌握的基本工具 MATLAB中包括了被称作工 具箱 TOOLBOX 的各类应用问题的求解工具 工具箱实际上是对MATLAB进行扩 展应用的一系列MATLAB函数 称为M文件 它可用来求解各类学科的问题 包 括信号处理 图象处理 控制系统辨识 神经网络等 随着MATLAB版本的不断升 级 其所含的工具箱的功能也越来越丰富 因此 应用范围也越来越广泛 成为 涉及数值分析的各类工程师不可不用的工具 MATLAB5 3中包括了图形界面编辑GUI 改变了以前单一的 在指令窗口通过 文本形的指令进行各种操作 的状况 这可让使用者也可以象VB VC VJ DELPHI 等那样进行一般的可视化的程序编辑 在命令窗口 matlab command window 键入simulink 就出现 SIMULINK 窗口 以往十分困难的系统仿真问题 用 SIMULINK只需拖动鼠标即可轻而易举地解决问题 这也是近来受到重视原因所在 3 2 MATLAB语言与其他语言的异同语言与其他语言的异同 在上一章中 介绍了等增益合并基本原理的相关理论 这些都是理论计算部分 要想将这部分内容变成可见的能够用来分析的数据结果 必须采用仿真的方法 在 科学计算领域 FORTRAN语言一直独占鳌头 但是FORTRAN语言在应用中有自己的缺 点 编程比较繁杂 代码不直观等 这样 编程简单 直观 功能强大的语言及仿 真环境会越来越多的为人们所接受 Matlab正是这样的选择 应为它有如下特点 语言简洁紧凑 使用方便灵活 库函数极其丰富 Matlab程序书写形式自由 利用其丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务 压缩了一切不必要的编程工作 由于库函数都由本领域的专家编写 用户不必担心函数的可靠性 可以说 用 MATLAB进行科技开发是站在专家的肩膀上 如果用FORTRAN或C语言去编写程序 尤其当涉及矩阵运算和画图时 编程会很麻烦 例如 如果用户想求解一个线性 代数方程 就得编写一个程序块读入数据 然后再使用一种求解线性方程的算法 例如追赶法 编写一个程序块来求解方程 最后再输出计算结果 在求解过程中 最麻烦的要算第二部分 解线性方程的麻烦在于要对矩阵的元素作循环 选择稳 定的算法以及代码的调试都不容易 即使有部分源代码 用户也会感到麻烦 且 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 19 不能保证运算的稳定性 如果利用MATLAB语言就非常方便 仅需要简单的几句编 码 运算符丰富 由于MATLAB是用C语言编写的 MATLAB提供了和C语言几乎一样多 的运算符 灵活使用MATLAB的运算符将使程序变得极为简短 MATLAB既具有结构化的控制语句 如for循环 while循环语句 又有面向对 象编程的特性 语法限制不严格 程序设计自由度大 例如 在MATLAB里 用户无需对矩阵定 义就可使用 程序的可移植性很好 基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统 上运行 MATIAB的图形功能强大 在FORTRAN和C语言里 绘图都很不容易 但在 MATLAB里 数据的可视化非常简单 MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力 MATLAB的缺点是 它和其他高级程序相比 程序的执行速度较慢 由于MALAB的 程序不用编译等预处理 也不生成可执行文件 程序为解释执行 所以速度较慢 功能强劲的工具箱是MATLAB的另一重大特色 MATLAB包含两个部分 核心部分 和各种可选的工具箱 核心部分中有数百个核心内部函数 其工具箱又可分为两 类 功能性工具箱和学科性工具箱 功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能 图示建模仿真功能 文字处理功能以及与硬件实时交互功能 功能性工具箱能用 于多种学科 而学科性工具箱是专业性比较强的 如control toolbox signal processingtoolbox communication toolbox等 这些工具箱都是由该领域内的 学术水平很高的专家编写的 所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序 而 直接进行高 精 尖的研究 源程序的开放性 开放性是MATLAB最受人们欢迎的特点 除内部函数以外 所 有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件 用户可通过对源文件 的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱 MATLAB被称为第四代计算机语言 MATLAB和C语言的关系近似于C语言和汇编语 言的关系 如同高级语言的执行效率要比汇编语言的执行效率低 MATLAB的执行 效率要比一般高级语言的执行效率低 但是 MATLAB的编程效率要远远高于其他 高级语言 并且其程序的可读性及可移植性也很好 和Visual Basic和Visual C 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 20 相比 MATLAB的图形界面编程能力相对弱一些 但对于花很多时间在自己专业上 的广大工程技术人员 MATLAB的强大的库函数带来的简单程序代码具有不可替代 的作用 由于MATLAB可以轻易地再现FORTRAN和C语言的几乎所有功能 并且具有 较强的界面设计能力 所以即使用户不会Visual Basic和Visual C 甚至连 FORTRAN和C都不熟悉 同样可以设计出功能强大 界面优美 稳定可靠的高质量 软件 3 3实现卷积码性能仿真要用到的实现卷积码性能仿真要用到的MATLAB语句语句 1 特殊变量与常数 ans 计算结果的变量名 computer 确定运行的算机 eps 浮点相对精度 Inf 无穷大 I 虚数单位 inputname 输入参数名 NaN 非数 2 操作符与特殊字符 加 减 矩阵乘法 数组乘 对应元素相乘 矩阵幂 数组幂 各个元素求幂 左除或反斜杠 右除或斜面杠 数组除 对应元素除 Kron Kronecker 张量积 圆括 小数点 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 21 继续 分号 禁止结果示 感叹号 赋值 不等于 逻辑或 方括 父目录 逗号 分割多条令 冒号 注释 转置或引用 相等 通过改变 A 的值来改变信噪比 A 取 1 到 15 err 0 snr sqrt 10 A 20 for k 1 10000 s rand if s 0 5 b 1 else b 1 end h1 randn h2 randn n1 randn n2 randn s1 snr abs h1 b n1 h1 abs h1 s2 snr abs h2 b n2 h2 abs h2 S s1 s2 if S 0 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 28 z 1 else z 1 end if z b err err 1 end end ber err 10000 我们把A依次输入1到15 可以得到15个运行结果 利用以下程序可以画出曲线图 x 1 1 15 y 0 1553 0 1478 0 1316 0 1295 0 1166 0 1074 0 0941 0 0896 0 0863 0 0777 0 0733 0 0586 0 0551 0 0523 0 0489 semilogy x y 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 29 4 14 1 采用采用2 2根接收天线的模拟曲线图根接收天线的模拟曲线图 从上图可以看出随着信噪比的增大 误码率将会下降 4 2 24 2 2 采用采用4 4根天线时的性能模拟根天线时的性能模拟 程序如下 A 1 err 0 snr sqrt 10 A 20 for k 1 10000 s rand if s 0 5 b 1 else b 1 end h1 randn h2 randn 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 30 h3 randn h4 randn n1 randn n2 randn n3 randn n4 randn s1 snr abs h1 b n1 h1 abs h1 s2 snr abs h2 b n2 h2 abs h2 s3 snr abs h3 b n3 h3 abs h3 s4 snr abs h4 b n4 h4 abs h4 S s1 s2 s3 s4 if S 0 z 1 else z 1 end if z b err err 1 end end ber err 10000 我们把A依次输入1到15 可以得到15个运行结果 利用以下程序可以画出曲线图 x 1 1 15 y 0 0743 0 0675 0 0600 0 0484 0 0463 0 0380 0 0345 0 0292 0 0239 0 0190 0 0183 0 0145 0 0116 0 0104 0 0083 semilogy x y 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 31 图图4 24 2 采用采用4 4根接收天线的模拟曲线图根接收天线的模拟曲线图 对比图4 1可以看出 在信噪比相同的情况下 采用4根接收天线的误码率要明显比 采用2根接收天线的小 4 2 34 2 3 采用采用6 6根天线时的性能模拟根天线时的性能模拟 程序如下 A 1 err 0 snr sqrt 10 A 20 for k 1 10000 s rand if s 0 5 b 1 else b 1 end h1 randn h2 randn 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 32 h3 randn h4 randn h5 randn h6 randn n1 randn n2 randn n3 randn n4 randn n5 randn n6 randn s1 snr abs h1 b n1 h1 abs h1 s2 snr abs h2 b n2 h2 abs h2 s3 snr abs h3 b n3 h3 abs h3 s4 snr abs h4 b n4 h4 abs h4 s5 snr abs h5 b n5 h5 abs h5 s6 snr abs h6 b n6 h6 abs h6 S s1 s2 s3 s4 s5 s6 if S 0 z 1 else z 1 end if z b err err 1 end end ber err 10000 我们把A依次输入1到15 可以得到15个运行结果 利用以下程序可以画出曲线图 x 1 1 15 y 0 0360 0 0343 0 0281 0 0219 0 0191 0 0144 0 0140 0 0101 0 0084 0 0068 0 0056 0 0043 0 0030 0 0028 0 0016 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 33 semilogy x y 图图4 34 3 采用采用6 6根接收天线的模拟曲线图根接收天线的模拟曲线图 图4 3对比图4 2可知 采用6根接收天线要比采用4根接收天线性能好 比采用2根接 收天线要好得多 下面把三幅图画在一张图上进行比较 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 34 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 35 第五章第五章 结结 束束 语语 由第四章的计算机模拟性能图的比较我们可以看出 随着接收天线的增加 接 收端的误码率明显降低 在信噪比达到一定程度时 误码率甚至可以达到很小 这 也就是说在多天线接收的情况下采用等增益合并技术 EGC 可以有效改善通信质量 在第二章中我们讲到最大比合并 MRC 在所有已知的线性分集合并方法中 MRC的抗衰落特性是最佳的 我们可能看到在用MRC进行计算机模拟时 随着信噪比 的增加曲线会更加陡峭 也就是说误码率随信噪比的增加而下降的速度会比采用EGC 时更快 但在某些情况下 按最大比合并产生可变权重并不方便 因而出现了等增 益合并 其性能只比最大比合并差一点 但选择分集要好不少 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 36 致致 谢谢 在数天的辛勤工作下本论文终于完成了 我怀着无比激动的心情向所有给予本 论文帮助的人表示感谢 首先要向给予我莫大鼓励和帮助的宋高俊教授表示感谢 在他耐心指导下 我懂得了治学严谨的重要性 并学会了课题研究的步骤和方法 宋高俊教授是一位 既求真务实又富有创新精神的人 他待人和蔼可亲 工作认真负责 是我在求学路 上的好榜样 他为我创造了良好的学习环境 为本论文的顺利完成做出了很大贡献 同时也要感谢和我共同努力相互协作的同组成员 李春 彭年 李涛 章飞 杨学勇 徐永超 李能菲 程启霞 感谢他们给予我学习及生活上的帮助 在此也 要感谢我的父母对我的极大支持 在他们的帮助下 相信我会继续在本专业上取得 更大进步 最后 向全体关心过和支持过我的老师致以最崇高的敬意 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 37 参参 考考 文文 献献 1 杨 馨 宽带码分多址系统中信道估计及发射分集研究 东南大学博士学位 论文 2002 11 2 程 健 无线移动通信系统中发射分集及空时编码技术 东南大学博士学位 论文 2002 5 3 李光球 曹晓波 2002 瑞利衰落信道采用组合发射机SC 接收机MRC的MQAM性能分 析 电子学报 己录用 4 李光球 曹晓波 2002 瑞利衰落信道的MRC分集接收的MQAM和MPSK性能分析 现 代信息技术理论与应用 中国科学技术大学出版社 5 王士林等 现代数字调制技术 M 北京 人民邮电出版社 1987 6 梁兵 适用于数字蜂窝移动通信系统的几种数字调制技术 微波与通信 1994 7 乌吕钢 移动通信中空时编码和发射分集技术的研究 东南大学博士学位 论文 2002 5 8 严东 MIMO系统的信道估计算法研究及仿真 河海大学硕士学位论文 2004 3 1 9 曹小波 衰落信道天线分集接收和自适应编码调制技术研究 杭州电子工业 学院硕士学位论文 2003 3 10 李建新 刘乃安 刘继平 现代通信系统分析与仿真 西电出版社 2000 11 Xiaoli Ma Liuqing Yang georgios B Giannakis Optimal Training for MIMO frequency Selective Fading Channels IEEE Trans on Wireless Com munications 2002 48 4 1027 1032 12 M Alard and Lassalle Principles of modulation and channel coding for digital broadcasting for mobile receivers EBU Review Technical No 224 pp 47 69 Aug 1987 13 TheodoreS Rappaport Wireless Communications Principle Pract ice Publishing House of Electronics Industry Beijing 1999 安徽理工大学电子信息专业毕业设计 38 袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀 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腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂 莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇