利用MATLAB仿真多径衰落信道

利用MATLAB仿真多径衰落信道 利用MATLAB仿真多种多径衰落信道 摘要:移动信道的多径传播引起的瑞利衰落，时延扩展以及伴随接收过程的多普勒频移使接受信号受到严重的衰落，阴影效应会是接受的的信号过弱而造成通信的中断:在信道中存在噪声和干扰，也会是接收信号失真而造成误码，所以通过仿真找到衰落的原因并采取一些信号处理技术来改善信号接收质量显得很重要，这里利用MATLAB对多径衰落信道的波形做一比较。 一，多径衰落信道的特点 关于多径衰落信道，通过下面一个简单的模拟图来说明多径衰落信道的两个特点:频率选择性衰落和时间衰落。 d r0 基站 假设在一条笔直的高速公路上一段安装了一个固定的基站，另一端有一面完全反射的电磁波墙面。 当移动台静止时，显然从基站发出的直射信号到达移动台需要时间为r0/c,(c为光速)，从反射墙反射过来的信号到达移动台需要的时间为(2d-r0)/c。也就是说，在t时刻，移动台接收分别接受了从时刻t-r0/c基站发出的直射信号和从时刻t-(2d-r0)/c基站发出的反射信号，而且信号在传播过程中要衰减，在自由空间中，直射信号和反射信号相位相反。 1，下面通过MATLAB画出在r0处接收信号会有什么特点:程序代码如下: clear all f=1; %发射信号频率 v=1; %移动台速度，静止情况为0 c=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=0.1:0.0001:10; %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 figure plot(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 10 -0.8 0.8]) 输出波形如下所示: 由上图可以看出，即是移动台是静止的，由于反射径的存在，使得接收到的合成信号最大值要小于直射径信号: 2，修改r0=9时，运行程序结果如下: 通过上图我们可以看出，当r0=9时，由于靠墙比较近，直射信号要比r0=3处弱一些，反射信号要比r0=3强一些，但是移动台接收到的合成信号更弱了，不仅要小于直射径的信号，而且小于反射径的信号。 3，上述都是在f=1时产生的，下面将f=10^10时观察波形变化: 由此我们可以得到，在同一位置，由于反射径信号的存在，发射不同频率的信号时，在接收机处接收到的频率被增强了，有的频率被消弱了，频率选择性衰落由此产生。 4,多径衰落的仿真最重要的是产生特定多普勒功率谱密度的瑞利过程，而实际中常用的多普勒功率谱密度是Jakes功率谱。需要注意的是，信号经过瑞利衰落信道后，信号不仅受到信道衰落的影响，同时还受到信道中噪声的影响，前者对信号的干扰的作用时乘性干扰，而后者是加性干扰，下面就通过MATLAB看其相关参数: 代码如下: clear all nSamp = 8; %矩形脉冲的取样点数 numSymb = 10000; %每种SNR下的传输的符号数 ts=1/(numSymb*nSamp); t=(0:numSymb*nSamp-1)*ts; M=4; %QPSK的符号类型数 SNR=-3:3; %SNR的范围 grayencod=[0 1 3 2]; %Gray编码格式 for ii=1:length(SNR) msg=randsrc(1,numSymb,[0:3]); %产生发送符号 msg_gr=grayencod(msg+1); %进行Gray编码影射 msg_tx=pskmod(msg_gr,M); %QPSK调制 msg_tx=rectpulse(msg_tx,nSamp); %矩形脉冲成形 h=rayleigh(10,t); %生成瑞利衰落 msg_tx1=h.*msg_tx; %信号通过瑞利衰落信道 msg_rx=awgn(msg_tx,SNR(ii)); %通过AWGN信道 msg_rx1=awgn(msg_tx1,SNR(ii)); msg_rx_down = intdump(msg_rx,nSamp); %匹配滤波相干解调 msg_rx_down1 = intdump(msg_rx1,nSamp); msg_gr_demod = pskdemod(msg_rx_down,M); %QPSK解调 msg_gr_demod1 = pskdemod(msg_rx_down1,M); [dummy graydecod] = sort(grayencod); graydecod = graydecod - 1; msg_demod = graydecod(msg_gr_demod+1); %Gray编码逆映射 msg_demod1 = graydecod(msg_gr_demod1+1); [errorBit BER(ii)] = biterr(msg, msg_demod, log2(M)); %计算AWGN信道BER [errorBit1 BER1(ii)] =biterr(msg,msg_demod1,log2(M)); %计算瑞利衰落+AWGN信道BER [errorSym SER(ii)] = symerr(msg, msg_demod); %计算AWGN信道SER [errorSym SER1(ii)] = symerr(msg, msg_demod1); %计算瑞利衰落+AWGN信道SER end figure semilogy(SNR,BER,'-ro',SNR,SER,'-r*',SNR,BER1,'-r.',SNR,SER1,'-r^') %画出BER和SER随SNR变化的曲线 legend('AWGN信道BER','AWGN信道SER','Rayleigh衰落+AWGN信道BER','Rayleigh衰落+AWGN信道SER') title('QPSK在AWGN和Rayleigh衰落信道下的性能') xlabel('信噪比(dB)') ylabel('误符号率和误比特率') 运行波形如下所示: 图(a) 由上图可以看出，QPSK经过瑞利衰落信道后，误比特率和误码率要大大高于AWGN信道下的误比特率和误码率，因此在这中情况下，如果不对衰落进行补偿，是无法进行可靠通信的。 5，下面对Simulink中的多径衰落信道模块仿真: 仿真结果如下: 图(b) 比较图(a)和图(b)两者得到的结果基本相同，除了AWGN信道模块和多径瑞利衰落信道模块外，MATLAB和Simulink中还提供了对二进制信道和莱斯衰落信道模块。通过matlab运行图形和Simulink仿真我们可以清楚的看到多径衰落的相关的特性并根据不同的衰落特性选择不同的抗衰落技术从而保证通信质量。 参考文献: 1， 啜钢，王文博，常永宇，等。移动通信原理与应用.北京:北京邮电大学出版社，2002. 2, 刘学勇. MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真.电子工业出版社，2011.11 3， 曾兴雯. 扩频通信及其多址技术.西安电子科技大学出版社，2004.5