衰落信道接受性能仿真实验

衰落信道接受性能仿真实验1实验目的与要求（1）基于Matlab软件模拟完整的数字通信流程：给出接收端的误比特率分析（2）验证衰落信道对通信性能的影响：假设理想的载波与符号同步，分析信道与码间串扰对传输的影响（3）两种均衡准则下的均衡器：对比两种均衡准则的特点与不同信道参数下的误码率性能2实验内容2.1符号速率模型下高斯信道误码率分析图1-0-1处理流程Step1：根据比特得到复符号序列Step2：加入复高斯噪声Step3：判决得到输出比特实验结果及分析不同调制阶数的仿真误码率随参数变化的统计与理论误码率曲线对比0246810121416182010-510-410-310-210-1100EsN0信噪比不同调制阶数下的信噪比与EsN0关系N=2N=4N=8N=16图1-0-2说明：进行了M=2、4、8、16的PSK调制方式的仿真。在高斯信道分别添加信噪比EsNo=1:10的噪声，从图中可以看出，信噪比一定时，调制阶数越高，误码率越高；误码率一定时，调试阶数越低，所需要的信噪比越低。与理论误码率曲线对比Ms=2图1-0-3Ms=4图1-0-4说明：进行了M=2、4的理论与仿真的比较。从图中可以看出，2PSK理论与仿真曲线基本吻合；4PSK在低信噪比时，仿真误码率大于理论误码率。可以看出MPSK随着调制阶数的升高，性能逐渐恶化。2.2基带传输模型下高斯信道误码率分析图2-1处理流程Step1：根据比特得到复符号序列Step2：成型滤波Step3：加入复高斯噪声Step4：匹配滤波Step5：符号速率抽样Step6：判决得到输出比特实验结果及分析成型滤波器与基带波形-25-20-15-10-50510152025-0.200.20.40.60.811.2滚降系数0.8时根升余弦滤波器图2-2说明：根升余弦滤波器，滚降系数为0.8，滤波器拖尾为delay=10。0102030405060708090100-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.3I路0102030405060708090100-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.3Q路图2-3说明：I路和Q路基带波形Es/N0与信噪比的换算Esn0all=Ebn0+10*log10(log2(Ms))-10*log10(fs/2/fb)%全通带信噪比匹配滤波后的基带波形7580859095100105110115120125-1.5-1-0.500.511.5滚降系数0.8时发送波形I路7580859095100105110115120125-1.5-1-0.500.511.5滚降系数0.8时发送波形Q路图2-4说明：I路和Q路匹配滤波后波形最佳抽样点的抽样I_xt=downsample(I_sigbase,Nsam);%最佳采样点采样Q_xt=downsample(Q_sigbase,Nsam);2.3频带传输模型下高斯信道误码率分析图3-0-1处理流程Step1：根据比特得到复符号序列Step2：成型滤波Step3：正交调制Step4：加入复高斯噪声Step5：正交变频与匹配滤波Step6：符号速率抽样Step7：判决得到输出比特设计采样速率Fs=5，符号速率Rb=1，Fc=1。设计根升余弦滤波器，滚降系数0.8，长度100。设计信道，添加信噪比为EBN0=10dB。实验结果及分析正交调制后得到实信号0510152025303540-5-4-3-2-1012345经过多径信道之后图3-0-2正交下变频后的频谱-0.500.511.500.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5频率幅度正交下变频后功率谱图图3-0-3载波相位带来的相位误差-0.2-0.100.10.2-0.2-0.15-0.1-0.0500.050.10.150.2QuadratureIn-Phase抽样后星座图-0.2-0.100.10.2-0.25-0.2-0.15-0.1-0.0500.050.10.150.20.25QuadratureIn-Phase抽样后星座图图3-4-a图3-4-b说明：在正交下变频时，给载波附加一个小的相位，仿真中加的为0.5，抽样后的星座图如图3-4-b所示，可以发现载波相位的误差会造成星座图的偏转。而由之前学过的知识可知，载波频差会造成星座图的旋转。同时，此时的误码率较高。2.4符号速率模型下多径信道误码率分析图4-0-1处理流程Step1：根据比特得到复符号序列Step2：与信道参数卷积Step3：加入复高斯噪声Step4：均衡器Step5：判决得到输出比特实验结果及分析符号速率信道模型计算均衡器系数020406080100120140-1.5-1-0.500.511.5迫零准则均衡前后对比原始信号迫零均衡后图4-0-2020406080100120140-1.5-1-0.500.511.522.533.5最小均方误差准则均衡前后对比原始信号最小均方误差后图4-0-31234567891011-1.5-1-0.500.511.522.533.5均衡系数比较迫零准则最小均方误差准则图4-0-4两种准则均衡器性能比较0246810121416182010-310-210-1100EbN0(dB)ber性能比较迫零均衡MMSE均衡多径未均衡图4-0-5说明：对两种均衡进行误码率分析可以发现，在Eb/No较小时，运用最小均方误差准则进行均衡效果更好2.5基带传输模型下多径信道误码率分析图0-1处理流程Step1：根据比特得到复符号序列Step2：成型滤波Step3：卷积信道加入复高斯噪声Step4：匹配滤波与符号速率抽样Step5：均衡器Step6：判决得到输出比特实验结果及分析基于基带波形的信道模型多径信道下的匹配滤波信道参数（1,0,0.5）-20246810121410-510-410-310-210-1100EbN0(dB)误比特率性能比较迫零均衡MMSE均衡多径未均衡图5-0-2信道参数（1,0.5,0.5）-20246810121410-510-410-310-210-1100EbN0(dB)误比特率性能比较迫零均衡MMSE均衡多径未均衡图5-3说明：可以明显看出，在相同条件下MMSE准则均衡性能优于迫零准则性能。且改变信道参数对均衡性能有影响。0102030405060708090100-3-2-10123迫零准则前后比较运算前运算后图4-0-40102030405060708090100-2-1.5-1-0.500.511.52最小均方误差准则前后比较运算前运算后图4-0-51234567891011-1.5-1-0.500.511.522.533.5均衡系数比较迫零准则最小均方误差准则图4-0-6两种准则均衡器性能比较0246810121416182010-310-210-1100EbN0(dB)ber性能比较迫零均衡MMSE均衡多径未均衡图4-0-7说明：对两种均衡进行误码率分析可以发现，运用最小均方误差准则进行均衡效果更好3实验总结本次仿真即使我对通信原理基础理论知识的回顾与复习，同时也借用了之前做过的成型的实验代码。从最基本的基于简化流程的实现与分析：符号速率模型下高斯信道误码率分析到条件限制和实现难度较大的其它基带传输模型下高斯信道误码率分析、频带传输模型下高斯信道误码率分析、符号速率模型下多径信道误码率分析、基带传输模型下多径信道误码率分析，在做的过程中，对符号速率模型、基带传输模型、频带传输模型有了更深的了解以及更好的掌握。体会最深的一点是：编程要建立在理论知识十分扎实的基础上，而我由于之前课程学习不是很扎实，原理还不是弄得特别清楚，调试程序时也只能改变参数来查看结果再结合书本知识并向同学请教才逐渐弄懂。今后要加强理论课的学习，并不断复习巩固。无线通信仿真实验一、FDMAFDMA仿真链路图如下图所示：1、参数设置（1）发生器参数设置：分别产生频率分别为4HZ，6HZ，8HZ的正弦，50%占空比的方波与锯齿波。幅值设置为1。（2）DSB-AM调制器参数设置：正弦信号，方波信号，锯齿波信号的载频分别为40HZ，60HZ，80HZ，这样设置是为了减少其在频域上有重叠的分量。（3）带通滤波器参数设置：选择巴特沃斯型滤波器，滤波器带通起始频率分别为30HZ，40HZ，50HZ，截止频率为50HZ，70HZ，90HZ。（4）高斯噪声发生器参数设置：设置高斯随机噪声的方差为0.1，均值为0。（5）DSB-AM解调器参数设置：正弦信号，方波信号，锯齿波信号的载频分别为40HZ，60HZ，80HZ。而其后的巴特沃斯低通滤波器的截止频率为4HZ，50HZ，20HZ。（6）零阶保持器参数设置：统一设置采样时间为0.001s。注意如果不加保持器，则调制解调器不能工作。2、实验结果实验结果如下图所示：正弦信号DSB频谱图很明显能看到频率分量很单一。方波信号DSB频谱图锯齿波信号DSB频谱图频谱分量丰富程度介于正弦波与方波之间。FDMA下3路信号的的时域波形基本已经看不出来到底是什么图形。但是在频域上，因为有频率不同的调制载波，所以比较明显。由图可知，FDMA可以通过使不同信号占据不同的频率段来实现频分多址的传输方式，各信号的频带之间要保证尽可能少的重叠，来减少信息的损失。当信号到达接收端的时候，我们需要对不同频率的信号进行提取并解调还原出原信号。解调出正弦信号解调出方波信号解调出锯齿波信号（上方）由图可知，实验仿真基本实现了对信号的提取与恢复。对于正弦信号，我们能够较好的解调出来，只存在幅度失真，是由于解调过程中引入了直流分量的缘故。而对于方波而锯齿波，由于其频谱范围无穷大，而且仿真时只能取一定范围内，所以解调滤波过程不可避免的滤除了某些中高频分量，造成了一定的失真。二、TDMA仿真TDMA仿真链路图如下图所示：TDMA仿真链路1、参数设置信号源：正弦波发生器：频率5HZ，幅度2方波发生器：频率5HZ，幅度2锯齿波发生器：频率5HZ，幅度2时钟信号（方波发生器）：频率100HZ,幅度2，相位偏移分别为0，Pi/3，2*Pi/3。Constant模块：时钟设置为1，采样时间为0.1ms。转换器：选择过零保护，采样时间为0.1ms。2、实验结果信号源波形如下图所示：采样后的图像（单路）：由图可知TDMA是把每个时钟周期分为3个时隙，每个时隙中传3中不同的信号，达到时分复用的效果以节省频带资源，增加传输效率。实际输出信号：恢复信号：第二次经过时隙选取，在采样还原成发送信号，较FDMA来说，得到的信号失真情况会好很多，而失真情况主要取决了抽样间隔的大小。但是TDMA这种十分理想的恢复效果是建立在全网同步十分严格的情况下的。但做到全网严格同步又是十分困难的，这一点限制了它的广泛应用。三、实验体会这次仿真是我第一次运用Simulink这个工具进行模块化的系统搭建与实现，通过仿真对FDMA以及TDMA的基本原理有了比较深刻的理解。体会比较深的一点是，在仿真的过程中，由于对于基本原理理解还不是很到位，导致有些时候还要返回头来重新熟悉下课本，再进行实验，同时实验也加深了我对原理的认识。