通信原理MATLAB仿真课程设计

1、通信系统仿真课程设计报告书课题名称Rayleigh无线衰落信道的MATLAB仿真姓 名 伍伟学 号1312402-02学 院通信与电子工程学院专 业通信工程指导教师肖湘2015年 12月19日 一、设计任务及要求：设计任务： 设计一个Rayleigh无线衰落信道并进行MATLAB仿真与分析。 要求：   1.设计一个瑞利无线衰落信道；   2.进一步地了解瑞利无线衰落信道对信号的影响；   3.在设计无线多径信道时，对路径的多少一定要选择合理。指导教师签名： 年 月 日 二、指导教师评

2、语： 指导教师签名： 年 月 日 三、成绩验收盖章 年 月 日 Rayleigh无线衰落信道的MATLAB仿真1 设计目的(1) 对瑞利信道的数学分析，得出瑞利信道的数学模型。(2) 利用MATLAB对瑞利无线衰落信道进行编程。 (3) 针对服从瑞利分布的多径信道进行仿真，加深对多径信道特性的了解。 (4) 对仿真后的结果进行分析，得出瑞利无线衰落信道的特性。2 设计要求 (1) 设计一个瑞利无线衰落信道；  (2) 进一步地了解瑞利无线衰落信道对信号的影响；  (3) 在设计无线多径信道时，对路径的多少一定要选择合理。3 设计思路 (1) 分析出无线信

3、道符合瑞利概率密度分布函数，写出数学表达式。  (2) 建立多径衰落信道的基本模型。  (3) 对符合瑞利信道的路径衰落进行分析，并利用MATLAB进行仿真。4 设计内容4.1 理论分析及数学推导 无线信道大体可以分为4种:慢变瑞利衰落信道、快变瑞利衰落信道、慢变频率选择性信道、快变频率选择性信道。在N条路径的情况下，信道的输出为 (4.1.1) 式中，和表示与第N条多径分量相关的衰落和传播延迟，延迟和衰减都表示为时间的函数。 由于大量散射分量导致接收机输入信号的复包络是一个复高斯过程。在该过程均值为0的情况下，幅度满足瑞利分布。如果存在直射路径，幅度则变为莱斯分布。现在来

4、确定介绍信号的复包络。假定信道的输入是一个经过调制的信号,其形式为 (4.1.2)通常采用低通等效信号来完成波形仿真，所以，下面确定和的低通复包络。发送信号的复包络为 (4.1.3) 将式 (4.1.2)代入(4.1.1)中，得 (4.1.4) = 因为和都是实函数，式(4.1.4)可以写为 (4.1.5)由式(4.1.3)可以得到 (4.1.6)因此 (4.1.7)复路径的衰减可以定义为 (4.1.8)所以 (4.1.9)因此，接收机输入的复包络为 (4.1.10)式(4.1.9)定义的信道输入/输出关系对应于一个线性时变系统，其冲激响应为 (4.1.11) 在式(4.1.11)中，是假设在

5、时间时刻加上脉冲后在时刻t测得的信道冲激响应。因此表征了传播时延。如果传播介质中，不存在运动或其他改变，即使出现了多径，输入/输出关系还是非线性的。在这种情况下，第n条传播路径的传播时延和路径衰落都是常数，此时，信道可以在时域内表示为一个冲激响应，其形式为 (4.1.22)可以看到，对时不变的情况，信道简单的扮演一个作用于发送信号的滤波器的角色。 4.2利用改进的Jakes模型来产生单径的平坦型瑞利衰落信道代码如下 function h=rayleigh(fd,t)%该程序利用改进的jakes模型来产生单径的平坦型瑞利衰落信道 %Yahong R.Zheng and Chengshan Xia

6、o "Improved Models for%the Generatio of Multiple Uncorrelated Rayleigh Fafing Waveforms"%IEEE Commu letters,Vo1.6,NO.6,JUNE 2002%fd 信道的最大多普勒频移，单位 Hz%t 信号抽样时间序列%h 输出的瑞利信道函数，是一个时间函数复序列%假定的入射数目N=40;wm=2*pi*fd;%每象限的入射波数目即振荡器数目N0=N/4;%信道函数的实部Tc=zeros(1,length(t);%信道函数的虚部Ts=zeros(1,length(t);%归一

7、化功率系数P_nor=sqrt(1/N0);%区别个条路径的均匀分布随机相位theta=2*pi*rand(1,1)-pi;for ii=1:N0 %第i条入射波的入射角 alfa(ii)=(2*pi*ii-pi+theta)/N; %对每个子载波而言在（-pi，pi）之间均匀分布的随机相位 fi_tc=2*pi*rand(1,1)-pi; fi_ts=2*pi*rand(1,1)-pi; %计算冲激响应函数 Tc=Tc+cos(cos(alfa(ii)*wm*t+fi_tc); Ts=Tc+cos(sin(alfa(ii)*wm*t+fi_ts);end%归一化功率系数得到传输函数h=P_n

8、or*(Tc+j*Ts);4.3 用一个QPSK信号通过瑞利衰落信道后的误比特率和误符号率，并与AWGN信道下的误比特率和误符号率进行对比。其中，多普勒频移为100Hz,经过矩形脉冲形成的信号抽样时间间隔为1/800000s。代码如下clcclear allnSamp=8; %矩形脉冲的取样点数numSymb=10000; %每种SNR下的传输的符号数ts=1/(numSymb*nSamp);t=(0:numSymb*nSamp-1)*ts;M=4; %QPSK的符号类型数SNR=-3:3; %SNR的范围grayencod=0 1 2 3; %Gray编码格式for ii=1:length(

9、SNR)msg=randsrc(1,numSymb,0:3); %产生发送符号msg_gr=grayencod(msg+1); %进行Gray编码映射msg_tx=pskmod(msg_gr,M); %QPSK调试msg_tx=rectpulse(msg_tx,nSamp);%矩形脉冲成型h=rayleigh(10,t); %生成瑞利衰落msg_tx1=h.*msg_tx; %信号通过瑞利衰落信道msg_rx=awgn(msg_tx,SNR(ii); %通过AWGN信道msg_rx1=awgn(msg_tx1,SNR(ii); z=intdump(msg_rx,nSamp);%匹配滤波相干解调

10、c=intdump(msg_rx1,nSamp);msg_gr_demod=pskdemod(z,M);%QPSK解调msg_gr_demod1=pskdemod(c,M);dummy graydecod=sort(grayencod);graydecod=graydecod-1;msg_demod=graydecod(msg_gr_demod+1);%Gray编码逆映射msg_demod1=graydecod(msg_gr_demod1+1);errorBit BER(ii)=biterr(msg,msg_demod,log2(M);%计算BERerrorBit1 BER1(ii)=bite

11、rr(msg,msg_demod1,log2(M);errorSym SER(ii)=symerr(msg,msg_demod);%计算SERerrorSym SER1(ii)=symerr(msg,msg_demod1);endfigure%画出BER和SNR随SNR变化的曲线semilogy(SNR,BER,'-ro',SNR,SER,'-r*',SNR,BER1,'-r.',SNR,SER1,'-r')legend('AWGN信道BER','AWGN信道SER','Rayleigh衰落+AWGN信道BER','Raylergh衰落+AWGN信道SER')axis(-3 3 1/100000 1);title('QPSK在AWGN和Rayleigh衰落信道下的性能')xlabel('信噪比（dB）')ylabel('误符号率和误比特率')5 设计结果 图5.1 程序结果结果分析从图5.1可以看出，QPSK经过瑞利衰落信道后，误比特率和误码率要大大高于AWGN信道下的误比特率和误码率。因此，在这种情况下，如果不对衰落进行补