实验2 多径衰落信道

1、 本科学生实验报告学号 114090389 姓名 简安文 学院 物电学院 专业、班级 11电子 实验课程名称 现代通信原理实验 教师及职称 金争 开课学期 2013 至 2014学年 下 学期 填报时间 2014 年 05 月 18 日云南师范大学教务处编印实验序号实验二实验名称多径衰落信道实验实验时间2014-05-17实验室同析楼 三栋111一实验目的1.1认识Matlab/Simulink的基本功能。1.2理解无线多径衰落信道的特征及其产生机理。1.3观察恒定包络信号通过多径衰落信道后的信号幅值，加深对多径衰落信道的认识和理解。2 实验内容2.1在本仿真模型中改变信宿的移动速度、载波频率

2、来观察仿真结果的变化。2.2将输入信号改为随机二进制数据码元序列，观察信道的输出信号。2.3在本仿真模型基础上，添加一个直达波来仿真莱斯多径衰落信道，观察信道的输出信号。三实验设备及材料3.1 Windows XP/Windows 73.2 Matlab R2011b四实验原理4.1 多径衰落信道模型多径衰落信道模型假设，信宿接收的信号是发送信号经过多条路径传输后信号的叠加结果。其中每条传输路径信号具有独立的信号幅度、延迟。因此，接收信号可表示为 (1)式中，n对应第n条路径；g(t)为信号包络；为第n条路径在t时刻的延迟；为载波角频率，表示接收信号的等效基带信号，记为Z(t)，试验中对该信号

3、进行仿真。4.2 简化模型下面对式(1)的模型进行简化，并对该简化模型进行仿真。实验目的仅仅是观察多路径衰落对信号幅度的影响，而与具体信号无关，所以可以假设发送的是等幅载波信号，即g(t)=1，则Z(t)简化为 (2)在一个较短时间内基本不发生变化，可假设其为常数，即，下面讨论。假设的变化主要由信宿的移动引起，那么在时刻附近，对可做如下近似： (3)式中，v为时刻信宿的移动速度；为第n条路径信号时刻信宿的入射角；c为光速；为第n条路径长度随时间变化的斜率；为路径n的时间延迟相对于时刻的变化，那么 (4)式中，=，为最大多普勒频移；=，对应时刻的初始相位。综合上述简化，可以得到 (5)在假设反射

4、路径均匀分布的情况下，和均为上的均匀分布随机变量。另外对于，处于简化考虑假设其为01的均匀分布。各条传输路径的、和是独立的，与其他传输路径不相关。3. 实验方案设计 本实验的仿真模型文件名是multipath_fading.mdl，打开该文件可以看到如图1所示的仿真模型结构。整个仿真系统可以分为三个主要的部分：第一部分在图1的左部，主要完成最大多普勒频移的计算、时间t的计算和产生输入信号；第二部分是传输路径的计算，仿真了总共40条独立传输路径；第三部分将40条传输路径的信号进行累加，并统计总的信号幅值和作图。图1 仿真模型结构图五. 实验步骤5.1 打开matlab应用软件，如图2所示。5.2

5、 在图2中右边的命令窗(Command Window)的光标处输入：simulink,回车。图2 Matlab界面5.3 在图2中，选择：File>New>Model新建文件，保存在matlab工作目录下，并取名为 multipath_fading.mdl。5.4 在Find命令行处输入：Ramp，就在窗口的右边找到了该仿真模块图标。用鼠标右键选择该模块，将其添加到创建的multipath_fading窗口中。5.5 用相同的方法创建零阶保持模块（Zero-Order Hold）、数字函数模块（Math Function）、子系统模块（Subsystem）、直方图（Histogra

6、m）和矢量示波器（Vector Scope）等，观察每个设备的连接点，用鼠标左键把设备连接起来，如图1所示。5.6 进行参数设置1）最大多普勒频移的计算、时间t的计算、输入信号（如图3、图4所示） 该部分实现了最大多普勒频移的计算：m =。其中载波频率，光速,信宿的移动速度取33.33(相当于120)。而仿真计算中用到的时间t是通过一个零阶采样保持器对一个斜率为1的斜坡函数进行采样，可按照后续模块需要的采样速率得到时间t。根据实验原理的简化假设，输入信号固定为1。图3 最大多普勒频移的计算图4 时间t的计算2）无线传输路径的仿真（如图5所示）路径的入射角度常数（图5中Angle模块）设为02上

7、的随机值，初始相位常数 （图5中的Phase模块）设为02的随机值，路径的增益（图5中的Gainl模块）设为01的随机值。输入信号为常数1，表示输入信号复包络为1。图5 每条无线路径的仿真模型3）求和、统计和显示（如图6所示）该部分实现了40条路径的复包络求和，将求和之后的信号幅值取绝对值，然后一起被送去直方图统计，并显示其直方图；另一支路换算成dB单位，并显示其时域波形。图6 求和、统计和显示5.7 用鼠标点击“运行仿真模型按钮”即可运行multipath_fading.mdl,观察实验结果。6. 实验现象与结果运行multipath_fading.mdl,可以得到以下的仿真结果。图7显示了

8、仿真1s得到的时域波形，该时域波形反映了信号经过多径衰落信道传输，1s内信宿接收到的信号幅值的变化情况。可以看到信号幅值随时间发生剧烈变化（衰落），最高幅值和最低幅度之间相差超过了40dB。经过局部放大，可以看到如图8所示的细节。从图8可以看到信号幅值的波动具有一定的周期规律，相邻的深衰落之间的时间间隔比较稳定，经过测量大致是0.006s，对应33.33m/s的信宿移动速度，信宿大致移动了20cm，对应900MHz的载波频率，20cm大致相当于1/2波长。图7 经过多径衰落信道接收到的信号幅值图8 图7的局部恒定幅度信号经过多径衰落信道后幅值统计结果如图9所示，图9 直方图统计结果七. 实验数

9、据处理方法 图像法八. 参考文献 (1)现代通信原理实验及仿真教程 何文学,金争,景艳梅,毛慰民编著 (2)现代通信技术讲义PPT (3)通信原理(第六版)樊昌信,曹丽娜编著九思考题 9.1 综述无线多径衰落信道的特征及其产生机理。答：在通信系统中，由于通信地面站天线波束较宽，受地物、地貌和海况等诸多因素的影响，使接收机收到经折射、反射和直射等几条路径到达的电磁波，这种现象就是多径效应。这些不同路径到达的电磁波射线相位不一致且具有时变性，导致接收信号呈衰落状态；这些电磁波射线到达的时延不同，又导致码间干扰。若多射线强度较大，且时延差不能忽略，则会产生误码，这种误码靠增加发射功率是不能消除的，而

10、由此多径效应产生的衰落叫多径衰落，它也是产生码间干扰的根源。9.2 分析仿真中各模块的作用并结合实验内容得出相关结果，综述你的见解。答：仿真模型中左上角四个Constant模块以及一个Divide模块实现了最大多普勒频移的计算，即m =。Constant1为信宿的移动速度取33.33，Constant2为载波频率，Constant3为光速, Constant4为，Divide模块实现了以上数据的乘除；Ramp模块为一个斜率为1的斜坡函数和Zero-Order Hold模块为一个零阶采样保持器，这两个模块可以按照后续模块需要的采样速率得到时间t；每一个Subsystem模块中，都是一个无线路径的仿真模型，最后通过Sum模块求和再经Abs模块、Math Function模块、Gain模块、Scope模块和Histogram模块、Vector Scope模块进行统计和显示功能的实现。仿真结果的时域波形反映了信号经过多径衰落信道传输，1s内信宿接收到的信号幅值的变化情况。可以看到信号幅值随时间发生剧烈变化即衰落，最高幅值和最低幅度之间相差超过了40dB。经局部放大可以看到信号幅值的波动具有一定的周期规律，相邻的深衰落之间的时间间隔比较稳定，经过测量大致是0.006s，对应33.33m/s的信宿移动速度，信宿大致移动了20cm，对应900MH