计算机网络及物联网通信技术4课件

第4章信道6/7/20231本章内容4.1加性高斯白噪声信道4.1.1awgn函数4.1.2randn函数4.1.3AWGN信道仿真示例4.1.4Simulink中的AWGN模块仿真4.2多径衰落信道4.2.1多径衰落信道的特点4.2.2多径衰落信道的仿真4.2.3Simulink中的多径衰落信道模块仿真6/7/202324.1.1awgn函数

1.awgn(x,snr)函数awgn(x,snr)把加性高斯白噪声叠加到输入信号x中，snr以dB的形式指定了噪声的功率。在这种情况下，信号x的功率假定为0dBW，因此噪声的功率实际上就等于-snr

dBW。如果x是复数，那么awgn将添加复数噪声。2.awgn(x,snr,sigpower)这种方法与1不同的是，假定了输入信号的功率为sigpower（单位：dBW）。

3.awgn(x,snr,'measured')首先计算输入信号x的功率，然后按照snr添加相应功率的高斯白噪声。4.awgn(x,snr,…,state)在这种调用中，MATLAB将随机数种子设置为state，其中…可以是sigpower或者'measured'。6/7/202334.1.2randn函数1.randn(n)randn(n)返还一个n行n列的随机矩阵，其中每一行和每1列都服从均值为0，方差为1的正态分布。2.randn(m,n)randn(m,n)返还一个m行n列的随机矩阵，其中每一行和每1列都服从均值为0，方差为1的正态分布。3.randn('state',seed)randn('state',seed)把随机数种子设定为seed，相同的state产生相同的随机数序列。6/7/202344.1.3AWGN信道仿真示例仿真正交相移键控（QuarterraryPhaseShiftKeying,QPSK）调制的基带数字通信系统通过AWGN信道的误符号率（SymbolErrorRate，SER）和误比特率（BitErrorRate，BER）。假设发射端信息比特采用Gray编码映射，基带脉冲采用矩形脉冲，仿真时每个脉冲的抽样点数为8，接收端采用匹配滤波器进行相干解调。6/7/202354.1.3AWGN信道仿真示例系统框图6/7/202364.1.3AWGN信道仿真示例Tx模块结构框图6/7/202374.1.3AWGN信道仿真示例Rx模块结构框图6/7/202384.1.3AWGN信道仿真示例系统框图中模块参数设置AWGN信道模块将噪声叠加到Tx模块产生的调制信号中。参数设置：SNR（dB）设为“SNR”，将在工作区中创建相应的变量，并通过脚本程序完成对它的赋值。6/7/202394.1.3AWGN信道仿真示例系统框图中模块参数设置误比特率与误符号率计算模块（ErrorRateCalculation）完成解调后的比特、符号与原始数据比特、符号的比较，并计算比较的结果，计算误比特率和误符号率。参数设置：Variablename命名为BER和SER。6/7/2023104.1.3AWGN信道仿真示例Tx框图中模块参数设置随机数产生模块（RandomIntegerGenerator）：产生原始数据比特。参数设置：M-arynumber表示产生的随机整数范围，设为2，表示产生值为0，1的随机整数，代表信源产生的比特。Initialseed是产生随机整数的种子Sampletime表示信源产生数据的时间间隔，设定为1/400000表示每1/400000s信源产生一个比特Frame-basedoutputs表示产生的比特以帧的形式输出，每个帧包含的比特个数由Samplesperframe指定设定Samplesperframe为400000，每秒内恰好输出一帧数据。6/7/2023114.1.3AWGN信道仿真示例Tx框图中模块参数设置比特到整数转换模块把产生的比特转换成对应的符号。参数设置：M-arynumber表示产生的随机整数范围，设为2，表示产生值为0，1的随机整数，代表信源产生的比特。数据映射模块完成原始数据符号向Gray编码映射的过程。参数设置：Mappingmode设置为“BinarytoGray”Symbolsetsize（M)设置为4。6/7/2023124.1.3AWGN信道仿真示例Tx框图中模块参数设置QPSK基带调制模块完成QPSK调制。参数设置：Inputtype设为“Integer”Phaseoffset（rad）为0Samplespersymbol为16/7/2023134.1.3AWGN信道仿真示例Tx框图中模块参数设置理想矩形脉冲成形滤波器模块完成矩形脉冲成形。6/7/2023144.1.3AWGN信道仿真示例Rx框图中模块参数设置积分清除模块完成对一个符号的抽样数据进行累加。参数设置：Integrationperiod（numberofsamples设定为8Offset（numberofsamples）设为0积分清除模块只是完成对数据的累加，并没有归一化。增益模块对累加的数据进行归一化。参数设置：设置Gain为1/86/7/2023154.1.3AWGN信道仿真示例Rx框图中模块参数设置QPSK基带解调模块完成QPSK调制。参数设置：Inputtype设为“Integer”Phaseoffset（rad）为0Samplespersymbol为16/7/2023164.1.3AWGN信道仿真示例Rx框图中模块参数设置符号到比特转换模块把对应的符号还原为原始的比特。参数设置：Numberofbitsperinteger设为2，表示每个整数符号对应两个bit。数据逆映射模块完成Gray编码向原始数据符号映射的过程。参数设置：Mappingmode设置为“GraytoBinary”Symbolsetsize（M)设置为4。6/7/2023174.1.3AWGN信道仿真示例脚本程序：clearallsnr=-3:3;%SNR的范围SimulationTime=10;%仿真结束时间forii=1:length(snr)SNR=snr(ii);%赋值给AWGN信道模块中的SNRsim('ex7');%运行仿真模型

ber(ii)=BER(1);%保存本次仿真得到的BER

ser(ii)=SER(1);%保存本次仿真得到的SERendfiguresemilogy(snr,ber,'-ro',snr,ser,'-r*')legend('BER','SER')title('QPSK在AWGN信道下的性能')xlabel('信噪比（dB）')ylabel('误符号率和误比特率')6/7/2023184.2.1多径衰落信道的特点频率选择性时间选择性多径衰落信道的模拟6/7/2023194.2.1多径衰落信道的特点频率选择性（多径导致）clearallf=1; %发射信号频率v=0; %移动台速度，静止情况为0c=3e8;%电磁波速度，光速r0=3;%移动台距离基站初始距离d=10;%基站距离反射墙的距离t1=0.1:0.0001:12; %时间E1=cos(2*pi*f*((1-v/c).*t1-r0/c))./(r0+v.*t1);%直射径信号E2=cos(2*pi*f*((1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c))./(2*d-r0-v*t1);%反射径信号figureplot(t1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r')%画出直射径、反射径和总的接收信号legend('直射径信号','反射径信号','移动台接收的合成信号')axis([012-0.50.5])f=1r0=9f=1r0=36/7/2023204.2.1多径衰落信道的特点频率选择性（多径导致）clearallf=100000000; %发射信号频率v=0; %移动台速度，静止情况为0c=3e8;%电磁波速度，光速r0=3;%移动台距离基站初始距离d=10;%基站距离反射墙的距离t1=0.000001:0.00000000001:0.0000011; %时间E1=cos(2*pi*f*((1-v/c).*t1-r0/c))./(r0+v.*t1);%直射径信号E2=cos(2*pi*f*((1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c))./(2*d-r0-v*t1);%反射径信号figureplot(t1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r')%画出直射径、反射径和总的接收信号legend('直射径信号','反射径信号','移动台接收的合成信号')axis([0.0000010.0000011-0.50.5])f=108r0=36/7/2023214.2.1多径衰落信道的特点结论在同一位置，由于反射信号的存在，发射不同频率信号时，在接收机处接收到的信号有的频率是被增强了，有的频率是被削弱了。——频率选择性衰落（多径导致）

。上例中，f=1,2,3,….1000,这些频率基本上都是被削弱的，只有f充分大，f=108，才会看出信号被增强了。那么把那些受到影响基本一致的频率范围称为相干带宽。，是反射径与直射径的传播延时之差。称为相干带宽。6/7/2023224.2.1多径衰落信道的特点结论信号脉冲周期大于传播延时Td（信号带宽小于相干带宽），信号的频带内受到的衰落影响基本一致，称为平坦衰落。脉冲周期越长，码间干扰就越小。信号脉冲周期小于传播延时Td

（信号频率大于相干带宽），频率受到的影响是不一样的，称为频率选择性衰落。码间干扰严重。6/7/2023234.2.1多径衰落信道的特点时间选择性（多普勒频移导致）clearallf=2; %发射信号频率v=1;

%移动台速度，静止情况为0c=10;%电磁波速度，光速r0=3;%移动台距离基站初始距离d=15;%基站距离反射墙的距离t1=0.1:0.001:12; %时间E1=cos(2*pi*f*((1-v/c).*t1-r0/c))./(r0+v.*t1);%直射径信号E2=cos(2*pi*f*((1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c))./(2*d-r0-v*t1);%反射径信号figureplot(t1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r')%画出直射径、反射径和总的接收信号legend('直射径信号','反射径信号','移动台接收的合成信号')axis([012-0.50.5])相干时间6/7/2023244.2.1多径衰落信道的特点结论当移动台运动起来，即使同一频率，在不同的时间点，合成信号的强度也是不一样的。由于移动台运动而导致的信号增强或削弱的情况就是时间选择性衰落。6/7/2023254.2.3