通信原理實驗報告

1、通信原理實驗報告1， 必做題目1.1 無線信道特性分析1.1.1 實驗目的1) 了解無線信道各種衰落特性；2) 掌握各種描述無線信道特性參數的物理意義；3) 利用MATLAB中的仿真工具模擬無線信道的衰落特性。1.1.2 實驗內容1) 基于simulink搭建一個QPSK發(fā)送鏈路，QPSK調制信號經過了瑞利衰落信道，觀察信號經過衰落前后的星座圖，觀察信道特性。仿真參數：信源比特速率為500kbps，多徑相對時延為0 4e-06 8e-06 1.2e-05秒，相對平均功率為0 -3 -6 -9dB，最大多普勒頻移為200Hz。例如信道設置如下圖所示：1.1.3 實驗作業(yè)1) 根據信道參數，計算信

2、道相干帶寬和相干時間。fm=200;t=0 4e-06 8e-06 1.2e-05;p=100 10-0.3 10-0.6 10-0.9;t2=t.2;E1=sum(p.*t2)/sum(p);E2=sum(p.*t)/sum(p);rms=sqrt(E1-E2.2);B=1/(2*pi*rms)T=1/fm2) 設置較長的仿真時間（例如10秒），運行鏈路，在運行過程中，觀察并分析瑞利信道輸出的信道特征圖（觀察Impulse Response(IR)、Frequency Response(FR)、IR Waterfall、Doppler Spectrum、Scattering Function

3、）。（配合截圖來分析）Impulse Response(IR)從沖擊響應可以看出，該信道有四條不同時延的路徑。多徑信道產生隨機衰落，信道沖擊響應幅值隨機起伏變化?？梢钥闯?，該信道的沖激響應是多路沖激響應函數的疊加，產生嚴重的碼間干擾。Frequency Response(FR)頻率響應特性圖不再是平坦的，體現出了多徑信道的頻率選擇性衰落。IR Waterfall頻率展寬后，信號的沖激響應不再平坦，是由于多徑信道中不同信道的疊加影響Doppler Spectrum由于多普勒效應，接受信號的功率譜展寬擴展到fc-fm至fc+fm范圍。3) 觀察并分析信號在經過瑞利衰落信道前后的星座圖變化（截圖并解

4、釋）。前 標準的QPSK星座圖，4個相位后信號經過多徑信道后，相位和幅值均發(fā)生了隨機變化，信號不再分布在四個點附近，可以看出信號質量很差。說明多徑信道對信號產生了巨大的干擾。PSK/QPSK通信鏈路搭建與誤碼性能分析1.2BPSK/QPSK通信鏈路搭建與誤碼性能分析1.2.1實驗目的掌握基于simulink的BPSK、QPSK典型通信系統(tǒng)的鏈路實現，仿真BPSK/QPSK信號在AWGN信道、單徑瑞利衰落信道下的誤碼性能。1.2.2實驗作業(yè)1) 基于simulink搭建BPSK/QPSK通信鏈路，經過AWGN信道，接收端相干解調，仿真并繪出BPSK和QPSK信號在為010dB時（間隔：1dB）誤

5、碼性能曲線。仿真參數：a) 仿真點數：106b) 信源比特速率：1Mbps。Bpsk通信鏈路QPSK通信鏈路BPSK AWGN參數QPSK AWGN參數用bertool畫出BPSK信號的誤碼率曲線（010dB）由此可見BPSK和QPSK的在同一Eb/No時誤比特率基本一樣，這與理論分析一致2) 在1的基礎上，信號先經過平坦（單徑）瑞利衰落，再經過AWGN信道，假設接收端通過理想信道估計獲得了信道衰落值（勾選衰落信道模塊的“Complex path gain port”）。仿真并繪出BPSK和QPSK信號在為040dB時（間隔：5dB）誤碼性能曲線。信道仿真參數：最大多普勒頻移為100Hz。BP

6、SK通信鏈路QPSK通信鏈路瑞利單徑信道參數QPSK AWGN參數BPSK AWGN參數BPSK/QPSK 0-40db誤碼率曲線BPSK和QPSK在同一Eb/No的誤比特率基本一致，這和理論基本一致2、分組題目2.1SIMO系統(tǒng)性能仿真分析2.1.1實驗目的1.掌握基于simulink的單發(fā)多收（SIMO）16QAM仿真通信鏈路；2.仿真SIMO 16QAM信號在單徑瑞利衰落信道下，不同接收分集數、不同合并方式下的誤比特率性能。2.1.2實驗內容1.掌握單發(fā)多收的原理，利用分集技術，搭建單發(fā)多收通信系統(tǒng)框圖。2.利用MATLAB中simulink所包含的通信系統(tǒng)模塊搭建基于各種分集技術類型的

7、單發(fā)多收通信鏈路。3. 比較分析不同接收分集數、不同合并方式下的誤比特率性能。2.1.3實驗原理移動信道的多徑傳播引起的瑞利衰落、時延擴展以及伴隨接收機移動過程產生的多普勒頻移使接收信號受到嚴重的衰落；陰影效應會使接收的信號過弱而造成信號的中斷；信道存在噪聲和干擾，也會使接收信號失真而造成誤碼。因此，在移動通信系統(tǒng)中需要采取一些數字信號處理技術來改善接收信號的質量。其中，多天線分集接收技術就是一個非常重要且常見的方法。分集接收的基本思想就是把接收到的多個衰落獨立的信號加以處理，合理地利用這些信號的能量來改善接收信號的質量。分集技術總體來說分為兩類，針對陰影衰落的宏觀分集和針對微觀衰落的微觀分集

8、。本實驗主要注重微觀分集。分集技術對信號的處理包含兩個過程，首先是要獲得M個相互獨立的多徑信號分量，然后對它們進行處理以獲得信噪比的改善，這就是合并技術。合并方式共分為三種，選擇合并、等增益合并和最大比值合并。選擇合并是最簡單的一種，在所接收的多路信號中，合并器選擇信噪比最高的一路輸出。最大比值合并會將所有路信號的能量和信息都利用上，會明顯改善合并器輸出的信噪比?；谶@樣的考慮，最大比值合并把各支路信號加權后合并。各路信號權值用數學方法得出。等增益合并性能上不及最大比值合并，但是卻容易實現得多，其主要思想是將各路信號賦予相同權值相加。2.1.4 實驗仿真2.1.4.1實驗框圖系統(tǒng)整體框圖接收分

9、集二分集等增益合并三分集等增益合并二分集選擇合并三分集選擇合并二分集最大比值合并三分集最大比值合并2.1.4.2 仿真結果從圖中可以看到，通過等增益合并方式能夠顯著的減小誤碼率，并且隨著Eb/N0的增加而更好的顯示出性能優(yōu)越；相對比不同的分集數可看出，分集數的增加能有效地減小誤碼率。由圖可看到，三種合并方式都能顯著地減小誤碼率，在分集數為二的情況下，效果最好的是最大比值合并，等增益次之，都優(yōu)于選擇合并；2.1.5 實驗結論移動信道的多徑傳播引起的瑞利衰落、時延擴展以及伴隨接收機移動過程產生的多普勒頻移使接收信道受到嚴重的衰落，所以必須采取相應的抗衰落的措施來提高系統(tǒng)性能。在本次課程設計中，我們

10、小組學習研究了對三種不同分集合并技術在改善系統(tǒng)性能方面的效果的課題實驗。通過仿真實驗得出的不同分集的誤碼率，分集技術能有效地減小誤碼率從而提高系統(tǒng)性能；而通過對誤碼率曲線的分析，可以看出：對于三種分集合并技術，等分集前提下，最大比值合并優(yōu)于等增益合并優(yōu)于選擇合并；而對于同一合并技術，增加分集數能優(yōu)化其性能。2.2直接序列擴頻系統(tǒng)性能分析2.2.1實驗目的1） 了解直接序列擴頻系統(tǒng)的原理2） 基于simulink搭建直接序列擴頻仿真通信鏈路，仿真分析在不同信道條件下的誤比特率性能。3） 觀察體會直接序列擴頻對誤碼率的改善程度2.2.2 實驗內容1) 搭建基于simulink搭建直接序列擴頻仿真通

11、信鏈路，觀察頻譜和波形2）仿真分析在不同信道條件下的誤比特率性能。2.2.3實驗原理所謂直接序列擴頻，就是直接用具有高碼率的擴頻碼序列在發(fā)送端去擴展信號的頻譜。而在接收端，用相同的擴頻碼序列去進行解擴，把展寬的擴頻信號還原成原始的信息。直擴系統(tǒng)的抗干擾能力是由接收機對干擾的抑制產生的，如果干擾信號的帶寬與信息帶寬相同（即窄帶），此干擾信號經過發(fā)送機偽噪聲碼調制后將展寬為與發(fā)送信號相同的帶寬，而其譜密度卻降低了若干倍。相反，直擴信號經偽噪聲碼解擴后變成了窄帶信息，從而使增益提高了若干倍。實驗原理框圖直接序列擴頻通信系統(tǒng)2.2.4實驗仿真直接序列擴頻simulink仿真通信鏈路a.伯努利序列參數和PN序列參數:伯努利信源10