移动通信仿真实验MATLAB仿真

1、2012级移动通信仿真实验1234567通信S班 一、实验目的：（1）通过利用语言编程学会解决移动通信中基本理论知识的实验分析和验证方法；（2）巩固和加深对移动通信基本理论知识的理解，增强分析问题、查阅资料、创新等各 方面能力。二、实验要求：（1）熟练掌握本实验涉及到的相关知识和相关概念，做到原理清晰，明了；（2）仿真程序设计合理、能够正确运行；（3）按照要求撰写实验报告（基本原理、仿真设计、仿真代码（m文件）、仿真图形、结果分析和实验心得）三、实验内容：1、分集技术在衰落信道下的误码率分析内容要求：1）给出不同调制方式（任选 3种，4/8/16 ）在和衰落环境下的误码率性能比较，分 析这些调

2、制方式的优缺点；2）给出衰落信道下在不同合并方式（）和不同路径（1/2/3 ）时的性能比较，分析合并方式的优缺点；3）给出在和衰落信道下 1条径和2条径合并时理论值和蒙特卡洛仿真的比较。3、直接扩频技术在衰落信道下的误码率分析 内容要求：1）序列、序列和正交序列在信道下的误码率分析；2）序列、序列和正交序列在信道下的误码率分析；3）序列在和信道下的误码率分析；4）序列信道下不同调制方式（4/8/16 ）时的误码率分析。四、实验数据1、基于中的误码性能研究（ ）即双相频移键控，是把模拟信号转换成数据值的转换方式之一。利用偏离相位的复数波浪组合来表现信息键控移相方式的一种。本实验将简要介绍调制方式

3、的特点， 调制解调方法，以及在中在信道中的误码性能。（1）调制原理二进制相移键控（）是利用载波的相位的变换来传递信息，而振幅和频率保持不变，的时域表达式为：Um（t） AgT（t）C0S（2 fct）n 0 （发送“ 0”时）或1 （发送“ 1”时）改写之后为 Um（t） AgT（t）cos2 fct 或 AgT（t）cos2 fct另外信号一般用双极性()全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波相乘表征。各信号具有相同的能量，即2u (t)dtA 2-gT出2m表示每个传输符号能量,gT(t)定义为个矩形脉冲,0<t <Trumn , s cos(Mm)谖，ssin(ns，0,1,2,3

4、于是在符号区间0Wt w T内传输的信号波形可表示为(其中Um,；SC0S(2 fctn)则T如果将其看成两相角之和，即可表示为Um(t). sgT(t)cos(2)cos2 fct . sgT (t)sin(2)sin 2 fjMM其中1(t)2是两个正交基函数，定义为1(t)gT(t)cOs2 fct2(t)gT(t)sin2 fct并把改两个基函数能量归一化到 1 相位解调与检测信道中，接受信号可表示为：r(t)Um(t) n(t)_Um(t) nc(t)cos(2 ") ns(t)sin(2 fct)其中nc(t)和ns (t)是加性噪声的两个正交分量。将接受信号与1(t)和

5、2(t)做互相关，两个相关器的输出即可产生受噪声污染的信号分量，可表示为_2_2E(nc ) E(ns )N0nc(t)和ns(t)的方差是:1 1ncgT (t)nc(t)dt ncgNt)ns(t)dt其中 22且两正交噪声分量是零均值互不相关的高斯随机过程，于是最佳检测器将接受信号向量 r投射到所有可能的传输信号向量之一上，并选对应于最大投 影的向量，据此相关准则即为C(r,Sm) r *Sm0,1,2,3由于全部信号都具有相等的能量，因此数字相位调制的一种等效检测器标准就是计算接收信号向量r(rc,rs)的相位：r arctan rc并从信号集 sm 中选取其相位最接近 r的信号。在信

6、道中，二相相位调制与二进制相同，差错概率为:pe Q(, 2b)Y N0 ,其中品为每比特能量。(2)程序代码%在平坦衰落信道的无码性能仿真*%* *5;1=0:2:15;2=0:0.1:15;%给定要进行仿真的信噪比()%给定要进行理论计算的信噪比()%*1(1)2(1(i);(i);1 进行 仿真 *%调用2函数对给定信噪比进行仿真%通过调用函数仿真获得比特误码率5%*%*犯行理论分析 *1(2)(2(i)*(10)/10);(i)(2*);%单位信噪比化成一般式信噪比%调用Q1数计算理论值5%*绘制相关曲线 *h1(1, 'g*');制比特误码率曲线h2(2, '

7、g');峻制理论比特误码率曲线('仿真误码率，'理论误码率)；('()')('')('在信道中的误码性能)(3)在信道中的误码率分析基于前面的仿真原理，将理论值与仿真值进行对比，分析合理性，首先由程序产生信号源，再模拟平坦衰落信道中叠加加性高斯白噪声，在接收端对接收信号进行检测与估值，并对信号进行判决恢复原始信号。得到仿真比特误码率和理论比特误码率如下：Figure 1File £dit View Insert Tools Desktop Window Help日PSK在AWGN信道中的误码性能1。仿真比特误码率理论比特

8、误码率10 01235&E 州(dB)8910分析：从上图可以看出， 仿真比特误码率和理论比特误码率非常接近，不管是在信噪比较低的情况下，还是信噪比较高的情况下，两者都符合得很好，但可以看出，随着信噪比逐渐加大，两者渐渐有了分叉，慢慢显示出差距来， 这说明在大信噪比的情况下，理论值还是会偏离实际值的，但是误码率越来越小，越来越向好的方向发展。下面则给出了三种调制方式的误码性能比较分析：将，16,四种调制方式，包括理论值与实际值，放在同一个图下，对他们进行 对比，可以很清晰地发现，在信噪比较小时，仿真值和理论值就有了偏离，且两者数值都比较大，当信噪比越来越大时，仿真值成直线几乎没变化，而

9、实际值的值逐渐变小，这种调制方式不是很可取；16的性能跟相比，在低信噪比时，值较大(还要大于的)，随着信噪比逐渐增大，16的值逐渐减小，且理论值与实际值比较契合，在大信噪比情况下，误码性能略 逊与的；的理论值和实际值在各种信噪比下都比较契合，两者几乎没有大的差距，非常理想，无论是在低，高信噪比下，性能都要比的优越一些；性能最优！理论值与实际值契合得比较 理想，而在低，高信噪比情况下，值都是最低的，且随着信噪比逐渐增大，实际值迅速减小，实现起来性能十分优越。因此在选择对误码性能要求较高的系统时，可作为首选，次之，和16再考虑实际情况选择，而在其他状态时，也可优先选择。2、在信道下的仿真(上图已有

10、)； 10000; 1； 1*; 4； 0:2:14;1() 0=10A(n)/10);(1/(2*0)； (N,1);(，'');a11(1);b11(1);% 产生低通滤波器(1)1;1(11);2(11);.*(1*2)'()*(y),1)*(y),1);1()*(y),1)*(y),1)(,'');z1(1,'');1m(n)();2m(n)(1);(1m,'*-'2m,'');(' 信噪比()');(' 误码率 ');(' 瑞 利 信 道 仿 真 得 到 的

11、 误 码 率 ',' 高 斯 信 道 仿 真 得 到 的 误 码 率 ')(015 10A(-4)1);10000;1;1*;4;0:10:200=10A(10);(1/(8*0);(N,1);(,'');()*(y),1)*(y),1);(1);(1.21.21.21.2);J01(2*)(2*),'.','',20);(,'+');3、调制在高斯信道和衰落信道中的平均误码率性能研究(1)的调制和相干解调框图如图(1)、图(2)所示。在调制端，输入数据经过串/并变换后分成两路。为了抑制已调信号的带外辐射，

12、两路电平映射出的信号还要经过预调制低通滤波器，才分别与相互正交的各路载波相乘。最后两路信号相加就可以以得到已调输出信号y。In电平映射成形滤波串并转换-sinwtQn一4电平映射.成形滤波图(1)正交调制原理框图解调是调制的逆过程，在接收端解调器中可以采用正交的相干解调方法。 接受到的信号分两 路进入两个正交的载波的相干解调器，再分别进入判决器形成 L进制信号并输出二进制信 号，最后经并/串变换后得到基带信号。已调信号y EPFLPF In+抽样判决时钟恢复并串转换恢复信号x载波恢复(2)相干解调原理框图对于方型来说, 果，可以得到它可以看成是两个脉冲振幅调制信号之和, M进制的误码率公式：因

13、此利用脉冲振幅调制的分析结PM2(1)erfx(2(M3 1)log2(M)snrpBit)*12(1./M)e仅 2(M31)log2(M)snrpBit)log 2(M )为每个码元内的比特数， snrpBit为每比特的平均信噪比。(3)程序代码516设置进制2(M)；(M)；(30000,1)产生二进制随机数('M',16,”,”)调制0:1:15 信噪比22(x).','') 二进制变为十进制1()(n)(n)+10*10(k)(n),'') 加入高斯白噪声('M',16,'',''

14、)解调22(z).','')二进制变为十进制(n)(n)(22d) 计算仿真误码率3*2(L)A(2)-11A(-1);(10.A(n).*0.1).*).*(1/2)*c)(n尸 (10A(n).*0.l).*).*2*c).*(1-计算理论误码率();();(,'r*') 仿真误码率曲线;(,'') 理论误码率曲线(3,10A-2,'2');(4,10A-2,'4');(6,10A-2,'8');(8,10A-2,'16');(10.5,10A-2,'32'

15、;);(12.5,10A-2,'64');(' 误码率性能');('');(' 误码率 ');(' 仿真误码率',' 理论误码率');(0 15 14 1) 坐标范围7.2 在信道下误码率性能源程序(1) 主程序%(' , M(2Ak) =') 输入= 0:2:20设置0为 0-20 ，间隔为2.= 10.A(10)转换为线性刻度 设置函数，清零i = 1:11, (M, (i) 依次带入值计算出瑞利信道下相对应误码率% 画瑞利衰落信道下误码率曲线(,'r*')% 计

16、算理论误码率(4)1;42(M);3*2(M)/(1);i = 1:11,计算方式出处：, A. 0.5*a*(1(0.5*b*(i)/(1+0.5*b*(i);%绘制理论误码率曲线()(', ()');(' , ');(' &');(' ',' ');( 2)子函数:= (M, )% 数据送入，调制2(M)转换为多路并行10A(10)转换为线性刻度*10人4信源数0+(1-0)*(1)' 产生随机数，转置，去整，输入序列(M)调制方式'' 输入为二进制() 调制% 加入信道(y)2

17、)已调信号的平均功率(2*) 噪声(标准差)*(,1)+1i*(,1) 噪声(1(2)*(,1)+1i*(,1) 瑞利信道.* 输出=信道*输入+高斯噪声% 解调及误码率信道均衡(M)解调方式'' 输出为二进制() 解调() 计算误码率并赋值给(4)调制方式，信道为高斯信道的系统误码率分析图:调制方式，信道为瑞利衰落信道的系统误码率分析图:Ffle Edit View Insert Tools Cwktop Window Help< 一、，：i口in 口口Campai yoti tMlw¥en lHeo'elr. jI 1 weu闻cd suuIIj o

18、rl Sbft crl M-QAM* 3.imuljteii resuhIhwnsltcai mults02。6 B 1012161820£nr EbMold)Edit Vic4* Insert Tock DeskiDp Windc'Zj Rd pda|玲W媪，|年口回| 口163CL二总=%q?dJatOJS(5)分析：首先对调制解调系统基本原理进行了较为深入地理解与分析，并得 到了 M进制的误码率公式。其次，对高斯信道和瑞丽衰落信道进行了简介与分析, 最后根据在这两类信道下的误码率性能编写了程序并通过仿真得到了误码率曲 线。从误码率曲线图中可以看出，仿真误码率曲线与理论误

19、码率曲线拟合情况良 好，说明本文采用方法正确。4、调制在高斯信道和衰落信道中的平均误码率性能研究(1)基本原理一个信号码元可以表示为SkAcos( 0t k)k 1，2， ，M式中：A为常数；k为一组间隔均匀的受调制相位，其值取决于基带码元的取值。k 2 (k 1),所以它可以写为 M k 1，2， ，M通常M取2的某次幕：M 2k k为正整数在后面的分析中，为了不失一般性，可令其中的1,然后将信号码元表示为q cos( 0tk) ak cos 0t bkSin °t式中.ak cos k, bk sin k。上式表明，信号可以看作是由正弦和余弦两个正交分量合成的信号。它们的振幅分别

20、是ak和bk,并且a2 b2 1。这就是说，信号码元可以看做是两个特定的信号之和(2) 程序代码 32() % 32() % 3 发现误码和误符号的概率 % 的给定值，信号以为单位的信噪比。0;0;0;(<100)每个符号的能量信号映射10000;1;%10A(10)；%信噪比()/2;%噪声方差s00=1 0; s01=0 1; s11=-1 0; s10=0 -1;%1,;% 0(<0.25),%1(i)=0; 2(i)=0;(<0.5),%1(i)=0; 2(i)=1;(<0.75),%1(i)=1; 2(i)=0;%1(i)=1; 2(i)=1;%和 1 之间均

21、匀分布的随机变量概率小于1/4 时，源极输出为“00”概率小于1/2 时，源极输出为"01"概率小于3/4 时，源极输出为"10"其余，源极输出为"11" ，与星座图对应% 检测和计算误差的概率1,% 在检测所接收的信号，对于第i 个符号，方法是：*(1,2);%正态分布，方差(1(i)0) & (2(i)0),00;(1(i)0) & (2(i)1),01;(1(i)1) & (2(i)0),10;11;% 相关指标如下计算c00(00); c01(01); c10(10); c11(11);% 在第 i 个

22、符号的判定为下一次(c00011011);(c00), 1=0; 2=0;(c01), 1=0; 2=1;(c10), 1=1; 2=0;1=1; 2=1;% 增加错误计数器，如果决定是不正确的0;(11(i), 1; 1;(22(i), 1; 1;(1), 1;J1;(N*);%误信率(2*N*);%误码率()% ()% 3 发现误码和误符号的概率% 的给定值，信号以为单位的信噪比。0;0;0;(<100)每个符号的能量信号映射10000;1;%10A(10)；%信噪比()/2;%噪声方差s00=1 0; s01=0 1; s11=-1 0; s10=0 -1;% %和 1 之间均匀分

23、布的随机变量概率小于1/4 时，源极输出为"00"1, ;% 0(<0.25),%1(i)=0; 2(i)=0;(<0.5),%1(i)=0; 2(i)=1;(<0.75),%1(i)=1; 2(i)=0;%1(i)=1； 2(i)=1;；%检测和计算误差的概率1,%,:(0.7)；*(1,2)；%(1(i)0) & (2(i)0),* s00;(1(i)0) & (2(i)1),* s01;(1(i)1) & (2(i)0),* s10;概率小于1/2时，源极输出为"01"概率小于3/4时，源极输出为"

24、;10"否则为"11"正态分布，方差*s11;(3)把自己编写的函数和主函数放在同一个文件夹中，如下图:« diaoyorrghan5huName *cm_sm32.nri£ QP £ K._System_BE 端rnuI ation.mrayleigh.rri打开，在 中打开文件夹添加两个函数，如下图:Editor - DAC1 rivekmpd iaoyorghan5lmcmi _sm 32. rnile Edit Te)ct Go Cell Tools Debug Desktop Window Help巴用串|结封他|咫，目鬲Q唱唱-IX) +LI * I啜味I Q,Function p"bspsI-CJVs>32(snr_in_dB1 一 一 一? F % pb, ps - cm-swiJE t snr-