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1、南京工程学院通信工程学院课程设计说明书课程设计说明书( (论文论文) )题目瑞利衰落信道仿真课 程 名 称通信原理专业计算机通信班级算 通 091学 生 姓 名秦秀娟学号 208080307设 计 地 点信息楼 C311指 导 教 师杨洁设计起止时间：2011 年 10 月 17 日至 2011 年 10 月 21 日1.服从 Rayleigh 分布的信号可视为由经过多条不同路径来的分量迭加而成2.由多径分量与直射分量合成的接收信号的包络服从Rician分布当对接收信号中的直射分量z 做归一化处理时服从Rician 分布的信号包络3.由对数正态分布与正态分布之间的关系可知若随机过程x 服从正态
2、分布，则求对数服从对数正态分布一、实习目的一、实习目的由于多径和移动台运动等影响因素， 使得移动信道对传输信号在时间、频率和角度上造成了色散，如时间色散、频率色散、角度色散等等，因此多径信道的特性对通信质量有着至关重要的影响， 而多径信道的包络统计特性成为我们研究的焦点。 根据不同无线环境，接收信号包络一般服从几种典型分布，如瑞利分布、莱斯分布和Nakagami-m 分布。在设计中，专门针对服从瑞利分布的多径信道进行模拟仿真，进一步加深对多径信道特性的了解。二、二、实习原理实习原理1.1.定义定义瑞利衰落:由于信号进行多径传播达到接收点处的场强来自不同传播的路径，各条路径延时时间是不同的，而各
3、个方向分量波的叠加，又产生了驻波场强，从而形成信号快衰落称为瑞利衰落。瑞利衰落信道（Rayleigh fading channel）是一种无线电信号传播环境的统计模型。这种模型假设信号通过无线信道之后， 其信号幅度是随机的，即“衰落” ，并且其包络服从瑞利分布。2.2.瑞利分布简介瑞利分布简介环境条件：通常在离基站较远、反射物较多的地区，发射机和接收机之间没有直射波路径，存在大量反射波；到达接收天线的方向角随机且在（02）均匀分布；各反射波的幅度和相位都统计独立。幅度、相位的分布特性：包络 r 服从瑞利分布， 在 02 内服从均匀分布。瑞利分布的概率分布密度如图 1 所示：图 1 瑞利分布的概
4、率分布密度3.3.多径衰落信道基本模型多径衰落信道基本模型根据 ITU-RM.1125 标准，离散多径衰落信道模型为N(t)y(t) rk(t)x(t k) (1)k1其中,rk(t)复路径衰落，服从瑞利分布;k是多径时延。 多径衰落信道模型框图如图 2 所示：图 2 多径衰落信道模型框图4.4.产生服从瑞利分布的路径衰落产生服从瑞利分布的路径衰落 r(t)r(t)利用窄带高斯过程的特性，其振幅服从瑞利分布，即r(t) nc(t)2ns(t)2（2）nc(t)ns(t)上式中，、分别为窄带高斯过程的同相和正交支路的基带信号。首先产生独立的复高斯噪声的样本， 并经过 FFT 后形成频域的样本，然
5、后与 S（f）开方后的值相乘，以获得满足多普勒频谱特性要求的信号，经 IFFT 后变换成时域波形，再经过平方，将两路的信号相加并进行开方运算后，形成瑞利衰落的信号r(t)。如下图 3 所示:图 3 瑞利衰落的产生示意图S( f ) 其中，fm（4 4）产生多径延时）产生多径延时k1.5f fc2（3）1()fm多径/延时参数如表 1 所示：表 1多径延时参数Tap123456Relative delay (ns)03107101 0901 7302 510Average power (dB)0-1.0-9.0-10.0-15.0-20.0三、三、仿真框架仿真框架根据多径衰落信道模型 （见图 2
6、） ， 利用瑞利分布的路径衰落 r(t)（见图 3）和多径延时参数k（见表 1） ，我们可以得到多径信道的仿真框图，如图 4 所示；图 4 多径信道的仿真框图四、实习结果四、实习结果（1 1）多普勒滤波器的频响）多普勒滤波器的频响图 5 多普勒滤波器的频响（2 2）多普勒滤波器的统计特性）多普勒滤波器的统计特性图 6 多普勒滤波器的统计特性（3 3）调制信号、信道的时域输入）调制信号、信道的时域输入/ /输出、解调信号、滤波器波形输出、解调信号、滤波器波形图 7调制信号、信道的时域输入/输出、解调信号、滤波器波形五、实习小结五、实习小结在此次课程设计中，我充分体会到了熟练运用相关软件的重要性，
7、同时学到了许多东西，也认识到了许多道理以及和同组同学的沟通配合能力，做实验的时候自己把整本书看了好几遍，收集了很多资料，增强了自己对知识的理解。通过课程设计，我得到了很大的收获：通过对程序的设计，我进一步熟悉了 MATLAB 开发环境，对 MATLAB 的一些具体操作和应用有了更深入的了解。如：有要求的正弦信号的产生，基本图形的绘制和各种的函数的使用等。同时，这次设计我对数字信号处理和通信原理课本上学到的知识点有了更深入的理解和掌握。比如对信号的调制和解调过程有了更深层的理解,学会了如何使用 MATLAB 对信号进行 SSB 调制和解调，了解了低通滤波器的MATLAB 设计方法。这次课程设计终
8、于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和指导老师再次表示忠心的感谢！六、实习程序代码六、实习程序代码%m.m%m.mclc;LengthOfSignal=20140; %信号长度(最好大于两倍fc)fm=5000;%最大多普勒频移fc=5120;%载波频率t=1:LengthOfSignal;% SignalInput=sin(t/100);s=640*pi;i=0:1:LengthOfSignal-1;t=i/LengthOfSignal;t1=(t-1/8
9、).2;t3=(t-3/8).2;t4=(t-4/8).2;t6=(t-6/8).2;t7=(t-7/8).2;xm=exp(-s*t1)+exp(-s*t3)+exp(-s*t4)+exp(-s*t6)+exp(-s*t7);c=cos(2*pi*fc*t);SignalInput=xm.*c;%双边带信号输入delay=0 31 71 109 173 251;power=0 -1 -9 -10 -15 -20;%dBy_in=zeros(1,delay(6) SignalInput;%为时移补零y_out=zeros(1,LengthOfSignal);%用于信号输出for i=1:6R;
10、y_out=y_out+r.*y_in(delay(6)+1-delay(i):delay(6)+LengthOfSignal-delay(i)*10(power(i)/20);end;am=y_out.*c;%信号解调wp=0.1*pi;ws=0.12*pi;Rp=1;As=10; % 设置滤波器N,wn=buttord(wp/pi,ws/pi,Rp,As);b,a=butter(N,wn);m1=filter(b,a,am);m1=2*m1;figure(1);subplot(3,1,1);plot(xm(delay(6)+1:LengthOfSignal); %去除时延造成的空白信号ti
11、tle(调制信号);subplot(3,1,2);plot(SignalInput(delay(6)+1:LengthOfSignal);title(信号输入);subplot(3,1,3);plot(y_out(delay(6)+1:LengthOfSignal);title(信号输出);figure(2);subplot(2,1,1);plot(am(delay(6)+1:LengthOfSignal);title(解调信号);subplot(2,1,2);plot(m1(delay(6)+1:LengthOfSignal);title(低通滤波器);figure(3);subplot(2
12、,1,1);hist(r,256);title(Amplitude Distribution Of Rayleigh Signal)subplot(2,1,2);hist(angle(r0);title(Angle Distribution Of Rayleigh Signal);figure(4);plot(Sf1);title(The Frequency Response of Doppler Filter);%R.mf=1:2*fm-1; %通频带长度y=0.5./(1-(f-fm)/fm).2).(1/2)/pi; %多普勒功率谱(基带)Sf=zeros(1,LengthOfSignal);Sf1=y;%多普勒滤波器的频响Sf(fc-fm+1:fc+fm-1)=y; %(把基带映射到载波频率)x1=randn(1,LengthOfSignal);x2=randn(1,LengthOfSignal);nc=ifft(fft(x1+i*x2).*sqrt(Sf); %同相分量x3=randn(1,LengthOfSignal);x4=randn(1,LengthOfSignal);ns=ifft(fft(x3+i*x4).*sqrt(Sf); %正交分量r0=(real(nc)+j*real(ns); %瑞利信号r=abs(r0); %瑞利信号幅值