现代无线通信编程

现代无线通信原理实验报告现代无线通信原理实验报告 肖婷 通信 19 班 20131932 一一 MatlabMatlab 软件及相关软件及相关 MatlabMatlab 命令命令 1 Matlab1 Matlab 软件软件 1 Matlab 各个窗口 2 新建 m 文件及 m 文件调试 3 仿真图的保存 2 2 相关相关 MatlabMatlab 命令命令 clc Clear command window clear Clear variables and functions from memory 可单独清变量或函数 也可以用 clear all 命令全部清除 log10 f 以 10 为底 log 命令 n n 2 为平方操作 加减乘除 赋值 数组 f 1 2 3 4 Lp f 2 rand 用于产生均匀分布的随机数 randi 产生均匀分布 randn 产生正态分布 绘图 figure 1 grid on hold on Hold current graph plot plot f Lp o 为虚线 为实线 O 为圆圈 s 为方块 是 注意要用半角符号 图例 legend 图名称 title X 轴标注 xlabel Y 轴标注 ylabel legend 市区 2km title 姓名 班级学号 xlabel 频率 MHz ylabel 损耗中值 dB 二 二 MatlabMatlab 仿真仿真 Okumura HataOkumura Hata 传播模型传播模型 1 1 实验目的实验目的 了解 Okumura Hata 模型的应用场合 理解 Okumura Hata 模型公式中各个参数 的含义 掌握 Okumura Hata 模型建模方法及仿真编程方法 2 2 实验原理实验原理 无线电波传播的受不同地形地物环境影响较大 人们通过大量的实地测量和拟 合 总结归纳了多种无线电波经验模型 目前应用较为广泛的是 Okumura 模型 使用该模型时需对影响电波传播特性的参数 如频率因子 距离因子 天线高 度进行修正 以获得较准确的预测结果 为使 Okumura Hata 模型能采用计算机 进行预测 对 Okumura Hata 模型的基本中值场强曲线进行了拟合处理 得到 基本传输损耗的计算公式 3 3 实验内容实验内容 1 编程建立 Okumura Hata 传播模型 画出频率 路径损耗图 要求图中用曲 线族的形式表示不同的应用环境和距离 2 使用建立的 Okumura Hata 传播模型 编程预算基站天线高度 4 4 实验条件实验条件 频率范围 300 1500MHz 基站天线高度为 30m 移动台天线高度为 1 5m 传 播距离分别为 d 2km 和 5 km 以频率为变量 通信距离为参变量编程绘出城市 准平滑地形 郊区 农村环境下的 Okumura Hata 传播模型损耗 频率曲线图 5 5 实验要求实验要求 1 在一个图中显示 6 条曲线 2 所有曲线均为蓝色线 d 2km 用实线 d 5km 用虚线 城区用 o 郊区 用 及乡村用 标注曲线上的点 并在曲线图的空白处对曲线进行标注 3 图要有横纵坐标标示 横坐标为频率 Mhz 纵坐标为损耗中值 dB 4 图形的题头为学生本人姓名和学号 6 6 扩展实验扩展实验 自己设定频率 绘制 Okumura Hata 传播模型损耗 距离曲线图 7 7 扩展内容扩展内容 Okumura Hata 传播模型路径损耗计算公式 69 5526 16log13 82log 44 96 55loglog pctere tecellterrain LdBfhh hdCC 式中 工作频率 MHz c f 基站天线有效高度 m 定义为基站天线实际海拔 te h 高度与基站沿传播方向实际距离内的平均地面海波高度之差 移动台天线有效高度 m 定义为移动台天线高出地表 re h 的高度 基站天线和移动台天线之间的水平距离 km d 有效天线修正因子 是覆盖区大小的函数 re h 附录 MHzfh MHzfh fhf h cre cre crec re 30097 475 11log2 3 3001 154 1log29 8 8 0log56 17 0log11 1 2 2 小区类型校正因子 cell C 98 40log33 18log78 4 4 528log2 0 2 2 cc ccell ff fC 地形校正因子 反映一些重要的地形环境因素对路径损耗的影响 terrain C 8 实验程序实验程序 clear all 清屏 clc f 300 100 1500 ht 30 基站天线高度 hr 1 5 移动台天线高度 d1 2 传播距离 d1 d2 5 传播距离 d2 L1 69 55 26 16 log10 f 13 82 log10 ht 44 9 6 55 log10 ht log10 d1 3 2 log10 11 75 hr 2 4 97 L2 69 55 26 16 log10 f 13 82 log10 ht 44 9 6 55 log10 ht log10 d2 3 2 log10 11 75 hr 2 4 97 C1 2 log10 f 28 2 5 4 郊区校正因子 C2 4 78 log10 f 2 18 33 log10 f 40 98 乡村校正因子 L3 L1 C1 d 2km 郊区路径损耗 L4 L2 C1 d 5km 郊区路径损耗 L5 L1 C2 d 2km 乡村路径损耗 L6 L2 C2 d 5km 乡村路径损耗 grid on 加网格 hold on 两个图在一起 plot f L1 b o d 2km 城市路径损耗 plot f L2 b o d 5km 城市路径损耗 plot f L3 b plot f L4 b plot f L5 b s plot f L6 b s legend 城市 d1 2km 城市 d2 5km 郊区 d1 2km 郊区 d2 5km 乡村 d1 2km 乡村 d2 5km title 姓名 肖婷 班级 19 班 学号 52131932 xlabel 频率 MHZ ylabel 损耗中值 dB 9 9 实验仿真图实验仿真图 10 10 实验分析实验分析 由图可知 随着频率的增加 损耗中值呈递增趋势 同一频率下 损耗中值由城市 郊区 乡村依此递减 频率固定 传播距离增加损耗中值也会增加 随着距离的增加 损耗中值 逐渐递增 当距离相同时 损耗中值按照市区 郊区 乡村的顺序递减 三 直接序列扩频通信系统的三 直接序列扩频通信系统的 MatlabMatlab 仿真仿真 1 1 实验目的实验目的 了解直接扩频通信原理 理解 Gold 序列的产生 直接序列扩频系统结构 掌握 直接扩频通信系统建模方法及仿真编程方法 2 2 实验原理实验原理 实验系统使用 Gold 序列作为实现扩频的伪随机码 在发送端将信息序列与扩频 序列 Gold 码相乘得到扩展信号的频谱 而在接收端 用与发送端相同的扩频码 序列进行解扩 将展宽的扩频信号恢复成原始信息输出 最后比较发送与接收 的信号波形 3 实验内容 1 编程建立 Gold 序列 仿真 Gold 序列的波形 2 仿真 Gold 序列的自相关和互相关特性 3 编程仿真直接扩频通信系统模型 画出扩频前后信号波形及频谱 4 4 实验条件实验条件 级数 n 5 的两个 m 序列 反馈系数分别为 8 45 和 8 75 可以构成优选对 m1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 m2 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 也可以编程实现 m 序列的生成程序 选出优选对来生成 gold 序列 5 5 实验要求实验要求 1 仿真出 gold 序列 并选 2 个序列画出波形图 自相关和互相关图形 画 五个周期 2 扩频通信系统调制方式采用 BPSK 方式 要求信源信息为随机生成的序列 画出高斯白噪声信道下误码率 Eb E0 曲线 Eb E0 范围为 0 到 10dB step 为 0 5 曲线包括不扩频和扩频两条 不扩频曲线用 扩频后的曲线用 o 可以画出理论曲线 ser theory qfunc sqrt 2 SNR 3 画出扩频非扩频两种情况下已调信号的频谱图 6 6 扩展实验扩展实验 1 M 序列编程实现 其他实验过程同原来实验要求 2 仿真多个用户时产生的多址干扰 至少使用 2 个 gold 序列 进行扩频和 解扩 仿真出扩频和解扩过程 理解多址干扰 7 7 实验程序实验程序 clear all clc m1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 m2 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 figure 1 hold on subplot 2 1 1 stem m1 bo title m1 时域波形 subplot 2 1 2 stem m2 bo title m2 时域波形 m1 repmat m1 1 5 m2 repmat m2 1 5 L length m1 m m1 for i 1 1 L m1zxg i sum 1 2 m 1 2 m1 L m circshift m 1 end L length m2 m m2 for i 1 1 L m2zxg i sum 1 2 m 1 2 m2 L m circshift m 1 end L length m1 m m1 for i 1 1 L m1m2 i sum 1 2 m 1 2 m2 L m circshift m 1 end figure 2 subplot 3 1 1 plot m1zxg title m1 自相关波形 subplot 3 1 2 plot m2zxg title m2 自相关波形 subplot 3 1 3 plot m1m2 title m1 和 m2 互相关波形 m2 circshift m2 45 gold1 xor m1 m2 m2 circshift m2 30 gold2 xor m1 m2 figure 3 hold on subplot 2 1 1 stem gold1 bo title gold1 时域波形 subplot 2 1 2 stem gold2 bo title gold2 时域波形 L length gold1 m gold1 for i 1 1 L gold1zxg i sum 1 2 m 1 2 gold1 L m circshift m 1 end L length gold2 m gold2 for i 1 1 L gold2zxg i sum 1 2 m 1 2 gold2 L m circshift m 1 end L length gold1 m gold1 for i 1 1 L gold1gold2 i sum 1 2 m 1 2 gold2 L m circshift m 1 end figure 4 subplot 3 1 1 plot gold1zxg title gold1 自相关波形 subplot 3 1 2 plot gold2zxg title gold2 自相关波形 subplot 3 1 3 plot gold1gold2 title gold1 和 gold2 互相关波形 N 400000 ybb fft gold1zxg N magb abs ybb fbb 1 N 2 100000 N figure 5 plot fbb magb 1 N 2 2 N axis 10400 15000 0 0 000025 title gold 序列功率谱 N 100 a 0 x rand rand 1 N for i 1 N if x rand i 0 5 x i 1 a a 1 else x i 0 end end t 0 N 1 figure 6 subplot 3 1 1 stem t x title 扩频前的序列 ts 0 0 00001 3 5 0 00001 fs 2000 subplot 3 1 2 s bb rectpulse x 3500 s bpskb 1 2 s bb cos 2 pi fs ts plot ts s bpskb xlabel s axis 0 055 0 085 1 2 1 2 title 扩频前 bpsk 信号调制后的时域波形 x1 0 x2 0 x3 1 m 350 for i 1 m y3 x3 y2 x2 y1 x1 x3 y2 x2 y1 x1 xor y3 y1 L i y1 end tt 0 349 subplot 4 1 3 l 1 7 N y l 0 for i 1 N k 7 i 6 y k x i k k 1 y k x i k k 1 y k x i k k 1 y k x i k k 1 y k x i k k 1 y k x i k k 1 y k x i end s l 0 for i 1 350 s i xor L i y i end tt 0 7 N 1 stem tt s axis 0 350 0 1 title 扩频后的序列 subplot 3 1 3 fs 2000 ts 0 0 00001 3 5 0 00001 s b rectpulse s 500 s bpsk 1 2 s b cos 2 pi fs ts plot ts s bpsk xlabel s axis 0 055 0 085 1 2 1 2 title 扩频后 bpsk 信号时域波形 N 400000 ybb fft s bpskb N magb abs ybb fbb 1 N 2 100000 N figure 7 subplot 2 1 1 plot fbb magb 1 N 2 2 N axis 1200 2800 0 0 6 title 扩频前调制信号频谱 xlabel Hz subpl