电子科大移动通信原理课程设计报告.doc

移动通信原理课程设计报告一、题目描述仿真一：M=1,选定BPSK调制，AWGN和瑞利信道下的误符号率性能曲线（横坐标为符号信噪比Es/N0），并与相应的理论曲线比较。仿真二：对2发1收的STBC-MIMO系统（Alamouti空时码），分析2发射天线分别受到独立瑞利信道下的误码率性能曲线，并与相同条件下单天线曲线进行对比分析。二、系统设置系统设置如下表所示：调制方式收发天线数信道条件编码方式仿真一系统一BPSK一发一收高斯信道无系统二一发一收瑞利信道无仿真二系统三二发一收瑞利信道Alamouti空时码三、仿真代码3.1算法说明1、信号产生：利用Matlab中的随机整数随机数产生函数randi.2、调制方法的实现：不同的调制方式对应唯一的一个星座图；通过输入序列找出星座图上的对应位置，即可输出调制结果。3、信道模拟实现方法：AWGN信道用MATLAB自带函数randn实现，对应平均噪声功率为零；瑞利信道用randn+j*randn，对应平均噪声功率为零。4、误码率性能曲线：发射信号序列长度设定130比特，仿真4000次,使信噪比在0,30每隔2取值，求平均误比特率。5、收发系统的实现方法：对于单发单收的模型，只需将发送信号加噪声信号即为接收信号；对于二发一收的模型，因为发射天线是相互独立的，所以每根发射天线的接收信号与单发单收模型的接收信号计算方法相同，最后采用最大比合并得到接收信号。6、调制方式：BPSK7、编码和译码方法：二发一收空时编码，最大似然译码。8、误码率的计算：错误比特数/传输的总比特数。3.2仿真代码代码一：调制函数functionmod_symbols,sym_table,M=modulator(bitseq,b)N_bits=length(bitseq);if b=1 %BPSK调制 sym_table=exp(1i*0,-pi); sym_table=sym_table(1 0+1); inp=bitseq; mod_symbols=sym_table(inp+1); M=2;elseif b=2 %QPSK调制 sym_table=exp(1i*pi/4*-3 3 1 -1); sym_table=sym_table(0 1 3 2+1); inp=reshape(bitseq,b,N_bits/b); mod_symbols=sym_table(2 1*inp+1); M=4;elseif b=3 %8PSK调制 sym_table=exp(1i*pi/4*0:7); sym_table=sym_table(0 1 3 2 6 7 5 4+1); inp=reshape(bitseq,b,N_bits/b); mod_symbols=sym_table(4 2 1*inp+1); M=8;elseif b=4 %16QAM调制 m=0; sq10=sqrt(10); for k=-3:2:3 for l=-3:2:2 m=m+1; sym_table(m)=(k+1i*l)/sq10; end endsym_table=sym_table(. 0 1 3 2 4 5 7 6 12 13 15 14 8 9 11 10+1); inp=reshape(bitseq,b,N_bits/b); mod_symbols=sym_table(8 4 2 1*inp+1); M=16;else error(unimplemented modulation);end代码二：单发单收系统在高斯信道和瑞利信道下的仿真clear allL_frame=130; N_packet=4000; b=1; % Set to 1/2/3/4 for BPSK/QPSK/8PSK/16QAMSNRdBs=0:2:30; sq2=sqrt(2);NT=1; NR=1;% SISOfor i_SNR=1:length(SNRdBs) SNRdB=SNRdBs(i_SNR); sigma=sqrt(0.5/(10(SNRdB/10); for i_packet=1:N_packet symbol_data=randi(0 1,L_frame*b,NT); temp,sym_tab,P=modulator(symbol_data.,b); X=temp.; % frlg=length(X), X为调制后的信号序列 Hr = (randn(L_frame,1)+1i*randn(L_frame,1)/sq2 ;%Rayleigh Channel，见原理说明6.1 Ha=randn(L_frame,1); %AWGN channelZ1=0; R1=Hr.*X+ sigma*(randn(L_frame,1)+1i*randn(L_frame,1); Z1=Z1+R1.*conj(Hr); R2=X+sigma*Ha; for m=1:P d1(:,m)=abs(Z1-sym_tab(m).2; %最大似然译码 d2(:,m)=abs(R2-sym_tab(m).2; end y1,i1 = min(d1,2); Xd=sym_tab(i1).; y2,i2=min(d2,2); Xa=sym_tab(i2).; temp1 = X0; temp2 = Xd0; temp3=Xa0; noeb_p1(i_packet)=sum(sum(temp1=temp2); noeb_p2(i_packet)=sum(sum(temp1=temp3); endBER1(i_SNR)=sum(noeb_p1)/(N_packet*L_frame*b); BER2(i_SNR)=sum(noeb_p2)/(N_packet*L_frame*b); SNRw=10(SNRdB/10); BER3(i_SNR)=1/2*erfc(sqrt(SNRw);%theoretical BER in AWGN channel BER4(i_SNR)=1/2*(1-sqrt(SNRw/(1+SNRw);endsemilogy(SNRdBs,BER1,-rx), hold on, axis(SNRdBs(1 end) 1e-6 1e0)semilogy(SNRdBs,BER2,-ro), hold on, axis(SNRdBs(1 end) 1e-6 1e0)semilogy(SNRdBs,BER3,-), hold on, axis(SNRdBs(1 end) 1e-6 1e0)semilogy(SNRdBs,BER4,-g*), hold on, axis(SNRdBs(1 end) 1e-6 1e0)title(BER perfoemancde of AWGN and Rayleigh channel), xlabel(SNRdB), ylabel(BER) grid on, set(gca,fontsize,9)legend(Rayleigh practice,AWGN practice,AWGN theoretical,Rayleigh theoretical)代码三：二发一收系统空时编码仿真算法流程图：%Alamounti_scheme.mclear;N_frame=130;N_packets=4000;NT=2;NR=1; %two transmitter and one reciever diversityb=2;SNRdbs=0:2:30;sq_NT=sqrt(NT);sq2=sqrt(2);for i_SNR=1:length(SNRdbs) SNRdb=SNRdbs(i_SNR); sigma=sqrt(0.5/(10(SNRdb/10); for i_packet=1:N_packets msg_symbol=randi(0 1,N_frame*b,NT); tx_bits=msg_symbol.; tmp=; tmp1=; for i=1:NT tmp1,sym_tab,P=modulator(tx_bits(i,:),b); tmp=tmp;tmp1; end X=tmp.;%pay attention to the matrix dimension %space-time coding X1=X; X2=-conj(X(:,2) conj(X(:,1); %channel known by receiver for n=1:NT Hr(n,:,:)=(randn(N_frame,NT)+1i*randn(N_frame,NT)/sq2; end H=reshape(Hr(n,:,:),N_frame,NT); %receive signal R1=sum(H.*X1,2)/sq_NT+sigma*(randn(N_frame,1)+1i*randn(N_frame,1); R2=sum(H.*X2,2)/sq_NT+sigma*(randn(N_frame,1)+1i*randn(N_frame,1); %MLD decoder，见原理6.2说明 Z1=R1.*conj(H(:,1)+conj(R2).*H(:,2); Z2=R1.*conj(H(:,2)-conj(R2).*H(:,1); for m=1:P d1(:,m)=abs(sum(Z1,2)-sym_tab(m).2; d2(:,m)=abs(sum(Z2,2)-sym_tab(m).2; end y1,i1=min(d1,2); S1d=sym_tab(i1).; clear d1 y2,i2=min(d2,2); S2d=sym_tab(i2).; clear d2 Xd=S1d S2d; tmp1=X0; tmp2=Xd0; noeb_p(i_packet)=sum(sum(tmp1=tmp2); end BER(i_SNR)=sum(noeb_p)/(N_packets*N_frame*b);endsemilogy(SNRdbs,BER,-);axis(SNRdbs(1 end) 1e-6 1e0)grid on, hold onxlabel(SNRdb),ylabel(BER); 四、仿真图图（1）图（2）五、仿真分析5.1题目一：由图（1）AWGN和瑞利信道下的误符号率性能曲线与相应的理论曲线基本重合，且AWGN性能强于瑞利信道。理论上，BPSK在AWGN中的误比特率公式：BPSK在瑞利信道中的误比特率公式：5.2题目二：由图（2）二发一收的STBC-MIMO系统（Alamouti空时码），两个发射天线分别受到独立瑞利信道下的误码率性能曲线，其系统性能好于相同条件下单发单收系统。分集增益决定了曲线的斜率,分集增益越大的MIMO系统的误码性能越好。对于两条曲线有交点的说明：虽然我们得到空时分组码的编码增益为2,也就是说误码性能曲线不会产生偏移。但是我们可以从仿真图中看到,两条的曲线间有垂直偏移。这是因为在仿真过程中我们把发射天线的总功率归一化,总的发射功率相同,每根发射天线的发射功率平均分配,也就是说发射天线数越大,每根发射天线上分配的功率就越小。所以对于1发1收和2发1收的系统来说2发1收的系统每个天线的发射功率是1发1收的1半,这样,2发1收系统从每个发射天线上发射出去的信号之间的欧氏距离就减小了,从而减小了编码增益。所以曲线在垂直上有偏移。六、相关原理说明6.1 瑞利信道的模拟说明无线信道传播环境中的接收信号可以认为是来自无穷多个散射体的信号总和。根据中心极限定理，可以用一个高斯随机变量来表示接收信号。而NLOS环境中接收信号的PDF服从瑞利分布，无线信道可用一个复高斯随机变量表示，其中是零均值，方差为的独立同分布的高斯随机变量。令表示复高斯随机变量，其幅度为。是瑞利随机变量，其PDF为，其中。用Matlab产生瑞利随机变量：先通过Matlab内置函数randn产生均值为0，方差为1的两个高斯随机变量