2023年通信原理实验报告.pdf

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1、1,必做题目1.1 无线信道特性分析1.1.1 实验目的1）了解无线信道各种衰落特性；2）掌握各种描述无线信道特性参数的物理意义；3）运用MATLAB中的仿真工具模拟无线信道的衰落特性。1.1.2 实验内容1）基 于s i mu 1 ink搭建一个QPSK发送链路，Q P S K调制信号通过了瑞利衰落信道,观测信号通过衰落前后的星座图，观测信道特性。仿真参数:信源比特速率为500kbps,多径相对时延为0 4 e-06 8e-06 1,2e-05秒，相对平均功率为0-3-6 一9dB,最大多普勒频移为2 0OHz。例如信道设立如下图所示：Q Function Block Parameters:

2、Multipath Rayleigh Fading C han.1Multipath Rayleigh Fading C hannel(mask)(link)Apply a multipath Rayleigh fading channel model forcomplex baseband signals.The number of paths equals the length of the 7Discretepath delay vector*parameter.You can check the box“Open channel visualization atstart of sim

3、ulation*to enable the channelvisualization.ParametersMaximum Doppler shift(Hz):200Doppler spectrum type:Jakes Discrete path delay vector(s):0 4e-06 8e-06 1.2e-05Average path gain vector(dB):0-3-6-9J Normalize gain vector to 0 dB overall gainInitial seed:12345J Open channel visualization at start of

4、simulationC omplex path gains portO K|C ancelI Help Apply1.1.3实验作业1)根据信道参数，计算信道相干带宽和相干时间。fm=2 0 0 ;t=E 0 4 e-0 6 8 e-0 6 1.2 e -0 5;p=1 0A0 1 0 A-0 .3 1 0A-0 .6 1 0 -0.9 ;t2=t.A2;E l=sum(p.t2)/s u m (p)；E 2二sum(p.*t)/sum(p)；r ms=s q rt(E 1-E 2 .八2);B =1/(2*p i*rms)T=l/fmB4.28O O e4-O 4T=IO.0 0 5 02)

5、设立较长的仿真时间(例如1 0 秒)，运营链路,在运营过程中，观测并分析瑞利信道输出的信道 特 性 图(观 测Impulse Response(IR)、F requency Res p o ns e(F R)IR Wate r f all Do p p ler Sp e ctrumScatteri n g Function)o(配合截图来分析)Impulse Res p o n s e (I R)untitled4/Multipath Rayleigh Fading Channel XVsuakzation:Impulse Response(R)Animation:Interframe onl

6、y Frame count:2340 Sample index:|Pause200Bandimited impulse response2 1.5opnvubw从冲击响应可以看出，该信道有四条不同时延的途径。多径信道产生衰落，信道冲击响应幅值起伏变化。可以看出，该信道的冲激响应是多路冲激响应函数的叠加，产生严重的码间干扰。F r e quency Resp o n s e(F R)Visualization Frequency Response(FR)Animation Interframe onlyFrame count 35440 Sample index)|1Frequency(Hz)x

7、 105(8P)p ac6e乏频率响应特性图不再是平坦的，体现出了多径信道的频率选择性衰落。IR W ate rfalluntitled4/MuItipath Rayleigh Fading Channel-OXInterframe only vapnyube乏Visualization:IR WaterfaB-1-0.50 0.5Delay(s)频率展宽后，信号的冲激响应不再平坦，是由于多径信道中不同信道的叠加影响D o p pier Spect r umuntitled4/MuItipath Rayleigh Fading Channel XVisualization:Doppler Sp

8、ectrum 2Frame count 2340 Path number 1Doppler Spectrum for path 1 (Need 50830 samples for new measurement)Frequency(Hz)由于多普勒效应，接受信号的功率谱展宽扩展到fc-fm至 fc+fm范围。3）观测并分析信号在通过瑞利衰落信道前后的星座图变化（截图并解释）。刖Constellation DiagramXFile Tools View Simulation Help5051o.03pn=_duJ/3nlePEno-0.5 0 0.5 1In-phase AmplitudeRea

9、dyT=1.871标准的QPSK星座图,4个相位后Constellation DiagramlXFile Tools View Simulation Help-1-0.5 0 0.5 1ln phase AmplitudeReady T=1.871信号通过多径信道后,相位和幅值均发生了变化，信号不再分布在四个点附近，可以看出信号质量很差。说明多径信道对信号产生了巨大的干扰。PSK/QPSK通信链路搭建与误码性能分析01.2B PSK/Q PSK 通信链路搭建与误码性能分析1 .2.1实验目的掌握基于sim ul i n k的B P SK、Q P S K典型通信系统的链路实现，仿真B P S K

10、/Q P S K信号在AW G N信道、单径瑞利衰落信道下的误码性能。1.2.2实验作业1）基于s i mul i nk搭建BPSK/QPS K通信链路，通过AWGN信道，接受端相干解调，仿真并绘出B P S K和Q P S K信号在纥/N。为。10dB时（间隔：Id B）误码性能曲线。仿真参数：a）仿真点数：1。6b）信源比特速率:1M bps。Bps k通信链路Error RateCalculationQ PSK通信链路Error RateCalculation 1BPSKAWGN 参数Block Parameters:AWGN ChannelXAWGN Channel(mask)(1 i

11、nk)Add white Gaussian noise to the input signal.The input signal can be real orcomplex.This block supports multichannel processing.When using either of the variance nodes with complex inputs,the variance values areequally divided amonR the real and imaginary conponents of the input signa】.Parameters

12、Input processing:Coluans as channels(frane based)Initial seed:际用Mode:Signal to noise ratio(Eb/Xo)Eb/No(dB):|EbWI f?Number of bits per symbol:间Input signal power,referenced to 1 ohm(watts):I区Symbol period(s):I“le6|7OK|H.QP SK AWGN 参数典 I|fitmcel|幽Ip用 b e rto o l画出BPSK信号的误码率曲线(0I0dB)BER FigureXFile Edi

13、t Tools Window由此可见B PSK 和 QPSK的在同一 Eb/N o 时误比特率基本同样，这与理论分析一致2）在 1 的基础上，信号先通过平坦（单径）瑞利衰落,再通过AWGN信道，假设接受端通过抱负信道估计获得了信道衰落值（勾选衰落信道模块的“C omplex pat h gai n port）。仿真并绘出 BPS K和 QPSK 信号在Eb/N0为 0 40dB时（间隔:5dB）误码性能曲线。信道仿真参数:最大多普勒频移为1 0 0Hz。BPS K通信链路QPSK通信链路瑞利单径信道参数H I Block Parameters:Multipath Rayleigh Fading

14、 Channel XMu ltipath Ray leigh fad ing Channel(mas k)(link)Apply a mu ltipath Ray leigh fad ing channel mo d el fo r co mplexbas eband s ignals.The nu mber o f paths equ als the length o f the,Dis crete path d elayv ecto r,parameter.Y o u can check the bo x,Open channel v is u aliz atio n at s tart

15、o fs imu latio n*to enable the channel v is u aliz atio n.ParanetersMaximu m Do ppler s hift(Hz):0H iDo ppler s pectru m ty pe:Flat Dis crete path d elay v ecto r(s):询同Av erage path gain v ecto r(d B):-I同0 No rmaliz e gain v ecto r to 0 d B o v erall gainInitial s eed:173|同 Open channel v is u aliz

16、atio n at s tart o f s imu latio n0 Co mplex path gains po rt Channel filler d elay po rtOK-Cancel I|HelpQPSKAWG N 参数Block Parameters:AWGN Channell XAWGN Channel(mas k)(link)Ad d w hite Gau s s ian no is e to the inpu t s ignal.The inpu t s ignal can be real o rco mplex.This blo ck s u ppo rts mu lt

17、ichannel pro ces s ing.When u s ing either o f the v ariance ino d es w ith co mplex inpu ts,the v ariance v alu es areequ ally d iv id ed amo ng the real and imaginary co mpo nents o f the inpu t s ignal.ParametersInpu t pro ces s ing:inherited,(this c h oi c e b e rw o v ed -w ee releas e no teg)I

18、nitial s eed:67-同Mo d e:s ignal S no is e ratio (Eb/Ko)，|Eb/No (d B):|EbXo|j Nu mber o f bits per s y mbo l:|2间Inpu t s ignal po w er,referenced to 1 o hm(w atts):Il胴Sy nrfjo l perio d (s):|2 e6|j|OK|Cancel|Help ApplyBPSK AWGN 参数OK|Cancel|HelpBPSK/QPSK0-40db误码率曲线File Edit Tools Window 、门夏园BPSK和 QPSK

19、在同一 Eb/No的误比特率基本一致，这和理论基本一致2、分组题目2.1 SIM O系统性能仿真分析2.1.1 实验目的1.掌握基于simulink的单发多收（S I MO）16QAM仿真通信链路；2.仿真SIMO 16Q AM信号在单径瑞利衰落信道下，不同接受分集数、不同合并方式下的误比特率性能。2.1.2实验内容1.掌握单发多收的原理，运用分集技术，搭建单发多收通信系统框图。2.运用MATLAB中s imulink所包含的通信系统模块搭建基于各种分集技术类型的单发多收通信链路。3.比较分析不同接受分集数、不同合并方式下的误比特率性能。2.1.3 实验原理移动信道的多径传播引起的瑞利衰落、时

20、延扩展以及随着接受机移动过程产生的多普勒频移使接受信号受到严重的衰落；阴影效应会使接受的信号过弱而导致信号的中断；信道存在噪声和干扰，也会使接受信号失真而导致误码。因此，在移动通信系统中需要采用一些数字信号解决技术来改善接受信号的质量。其中，多天线分集接受技术就是一个非常重要且常见的方法。分集接受的基本思想就是把接受到的多个衰落独立的信号加以解决，合理地运用这些信号的能量来改善接受信号的质量。分集技术总体来说分为两类，针对阴影衰落的宏观分集和针对微观衰落的微观分集。本实验重要注重微观分集。分集技术对信号的解决包含两个过程，首先是要获得M个互相独立的多径信号分量，然后对它们进行解决以获得信噪比的

21、改善，这就是合并技术。合并方式共分为三种，选择合并、等增益合并和最大比值合并。选择合并是最简朴的一种，在所接受的多路信号中，合并器选择信噪比最高的一路输出。最大比值合并会将所有路信号的能量和信息都运用上，会明显改善合并器输出的信噪比。基于这样的考虑,最大比值合并把各支路信号加权后合并。各路信号权值用数学方法得出。等增益合并性能上不及最大比值合并，但是却容易实现得多，其重要思想是将各路信号赋予相同权值相加。2.1.4实验仿真2.1.4.1实验框图系统整体框图接受分集DemodulatorBasebandl二分集等增益合并三分集等增益合并abs1Out1abs2 signal2 Demodulat

22、orBasebandl二分集选择合并三分集选择合并abs2abs1Out1DemodulatorBaseband1二分集最大比值合并Out1Product2三分集最大比值合并2.1.4.2 仿真结果从图中可以看到，通过等增益合并方式可以显著的减小误码率，并且随着Eb/NO的增长而更好的显示出性能优越;相对比不同的分集数可看出，分集数的增长能有效地减小误码率。不同合并方式的误码率曲线0 5 10 15 20 25 30Eb/No0.70.60.50.4比LU000.30.20.10由图可看到，三种合并方式都能显著地减小误码率，在分集数为二的情况下，效果最佳的是最大比值合并,等增益次之，都优于选择

23、合并；2.1.5 实验结论移动信道的多径传播引起的瑞利衰落、时延扩展以及随着接受机移动过程产生的多普勒频移使接受信道受到严重的衰落,所以必须采用相应的抗衰落的措施来提高系统性能。在本次课程设计中，我们小组学习研究了对三种不同分集合并技术在改善系统性能方面的效果的课题实验。通过仿真实验得出的不同分集的误码率，分集技术能有效地减小误码率从而提高系统性能;而通过对误码率曲线的分析，可以看出：对于三种分集合并技术,等分集前提下，最大比值合并优于等增益合并优于选择合并;而对于同一合并技术，增长分集数能优化其性能。2.2直接序列扩频系统性能分析2.2.1 实验目的1）了解直接序列扩频系统的原理2）基 于

24、s i m u lin k 搭建直接序列扩频仿真通信链路，仿真分析在不同信道条件下的误比特率性能。3）观测体会直接序列扩频对误码率的改善限度2.2.2 实验内容1）搭建基于s i mulink搭建直接序列扩频仿真通信链路，观测频谱和波形2）仿真分析在不同信道条件下的误比特率性能。2.2.3实验原理所谓直接序列扩频,就是直接用品有高码率的扩频码序列在发送端去扩展信号的频谱。而在接受端用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。直扩系统的抗干扰能力是由接受机对干扰的克制产生的，假如干扰信号的带宽与信息带宽相同（即窄带），此干扰信号通过发送机伪噪声码调制后将展宽为与发送信号相同的

25、带宽，而其谱密度却减少了若干倍。相反，直扩信号经伪噪声码解扩后变成了窄带信息,从而使增益提高了若干倍。实验原理框图C（t）COS（Wct）c（t）COS（Wct）直接序列扩频通信系统2.2.4 实验仿真直接序列扩频simu 1 i n k 仿真通信链路a.伯努利序列参数和PN序列参数:伯努利信源100bpsPN 序列 2 k bps喀 Block Parameters:PN Sequence GeneratorXP Seq u en ce Gen er at o r (mas k)(lin k)Gen er at e a p s eu do r an do m n o is e(PN)s eq

26、 u en ce u s in g a 1 in ear feedback s h iftr eg is t er (LFSR).Th e LFSR is imp lemen t ed u s in g a s in g le s h ift r eg is t erg en er at o r (SSRG,o r Fibo n acci)co n fig u r at io n.Th e*Gen er at o r p o ly n o miaT p ar amet er v alu es s p ecify t h e s h ift r eg is t erco n n ect io n

27、 s.En t er t h es e v alu es as eit h er a p o ly n o aial s t r in g,a bin ar yv ect o r,o r a des cen din g-o r der ed p o ly n o mial.Fo r t h e bin ar y v ect o rr ep r es en t at io n,t h e fir s t an d las t elen en t s o f t h e v ect o r mu s t be 1.Fo r t h edes cen din g-o r der ed p o ly

28、n o mial r ep r es en t at io n,t h e las t eleaen t o f t h e v ect o rn u s i be 0.Th e,Ou t p u t mas k s o u r ce may be fr o m a dialo g p ar amet er o r an in p u t p o r t.Th,Ou t p u t mas k v ect o r,is a bin ar y v ect o r co r r es p o n din g t o t h e s h ift r eg is t ers t at es t h a

29、t ar e t o be XORed t o p r o du ce t h e o u t p u t s eq u en ce v alu es.Alt er n at iv ely,y o u may en t er an in t eg er ,s calar s h ift v alu e,t o p r o du ce aneq u iv alen t adv an ce o r delay in t h e o u t p u t s eq u en ce.Fo r v ar iable-s iz e o u t p u t s ig n als,t h e cu r r en

30、 t o u t p u t s iz e is eit h er s p ecifiefr o m t h e*o Siz in p u t o r in h er it ed fr o m t h e*Ref in p u t.Par amet er sGen ei at o r p o ly n o aial:0 0 0 0 1 U|lgIn it ial s t at es:|0 0 0 0 0 1 I E；Ou t p u t mas k s o u r ce:Dialo g p ar aaet erOu t p u t mas k v ect o r (o r s calar s

31、h ift v alu e):I。值O Ou t p u t v ar iable-s iz e s ig n alsSamp le t ime:1 1/20 0 01Samp les p er Cr an e:0K I 1 n c e l-J-ib.扩频前后频谱变化：扩频前频谱：类似s i n c 函数的频谱D Spectrum AnalyzerXFile Tools View Simulation Help扩频后频谱：频谱明显展宽功率谱密度减少扩频调制后波形:File Tools View Simulation Help输入PN扩频后调制后Ready Sample based Offset

32、 T=0.020|解扩解调波形:S copel-XA U|i|1|I|1 j JY 卜 i i i i i i IT20_ I i i i i i -I，1 1 1 1 1 -1经过awgn信道后PN解扩后解调后0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02Ready Sample based T-0.020c.误比特率-200.2401-190.2141-180.1873-17-160.1599 0.13149-14 T 3 -12 叫0.1047 0.07904 0.05711 0.03777 0.02315一 叫 _9 _ 一 同 _7 _6-5 _ _40.01254 0.005991 0.002411 0.000836 0.000204 3.90E-05 2.00E-06AWGN信 道（仿真点数le6）Figure 1 XBPSK理论误码率（-7 到 WdB的误比特率曲线）BER Figure 一 XFile Edit Tools Window通过两者对比，我们可以发现直接序列扩频通信系统对E b/N。的改善近似为I3 d B，这和理论分析出的值接近。