通信原理实验报告

通信原理实验报告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)利用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simulink搭建一个QPSK发送链路，QPSK调制信号经过了瑞利衰落信道，观察信号经过衰落前后的星座图，观察信道特性。仿真参数：信源比特速率为500kbps，多径相对时延为[04e-068e-061.2e-05]秒，相对平均功率为[0-3-6-9]dB，最大多普勒频移为200Hz。例如信道设置如下图所示：移动通信系统1.1.3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=200;t=[04e-068e-061.2e-05];p=[10^010^-0.310^-0.610^-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)设置较长的仿真时间（例如10秒），运行链路，在运行过程中，观察并分析瑞利信道输出的信道特征图（观察ImpulseResponse(IR)、FrequencyResponse(FR)、IRWaterfall、DopplerSpectrum、ScatteringFunction）。（配合截图来分析）ImpulseResponse(IR)移动通信系统从冲击响应可以看出，该信道有四条不同时延的路径。多径信道产生随机衰落，信道冲击响应幅值随机起伏变化。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。FrequencyResponse(FR)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。移动通信系统IRWaterfall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DopplerSpectrum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。移动通信系统3)观察并分析信号在经过瑞利衰落信道前后的星座图变化（截图并解释）。前标准的QPSK星座图，4个相位后移动通信系统信号经过多径信道后，相位和幅值均发生了随机变化，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1.2BPSK/QPSK通信链路搭建与误码性能分析1.2.1实验目的掌握基于simulink的BPSK、QPSK典型通信系统的链路实现，仿真BPSK/QPSK信号在AWGN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simulink搭建BPSK/QPSK通信链路，经过AWGN信道，接收端相干解调，仿真并绘出BPSK和QPSK信号在0bEN为0~10dB时（间移动通信系统隔：1dB）误码性能曲线。仿真参数：a)仿真点数：106b)信源比特速率：1Mbps。Bpsk通信链路QPSK通信链路BPSKAWGN参数移动通信系统QPSKAWGN参数用bertool画出BPSK信号的误码率曲线（0~10dB）移动通信系统由此可见BPSK和QPSK的在同一Eb/No时误比特率基本一样，这与理论分析一致2)在1的基础上，信号先经过平坦（单径）瑞利衰落，再经过AWGN信道，假设接收端通过理想信道估计获得了信道衰落值（勾选衰落信道模块的“Complexpathgainport”）。仿真并绘出BPSK和QPSK信号在0bEN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100Hz。BPSK通信链路移动通信系统QPSK通信链路瑞利单径信道参数移动通信系统QPSKAWGN参数移动通信系统BPSKAWGN参数BPSK/QPSK0-40db误码率曲线BPSK和QPSK在同一Eb/No的误比特率基移动通信系统本一致，这和理论基本一致2、分组题目2.1SIMO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（SIMO）16QAM仿真通信链路；2.仿真SIMO16QAM信号在单径瑞利衰落信道下，不同接收分集数、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，利用分集技术，搭建单发多收通信系统框图。2.利用MATLAB中simulink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.比较分析不同接收分集数、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、时延扩展以及伴随接收机移动过程产生的多普勒频移使接收信号受到严重的衰落；阴影效应会使接收的信号过弱而造成信号的中断；信道存在噪声和干扰，也会使接收信号失真而造成误码。因此，在移动通信系统中需要采取一些数字信号处理技术来改善接收信号的质量。其中，多天线分集接收技术就是一个非常重要且常见的方法。分集接收的基本思想就是把接收到的多个衰落独立的信号加以处理，合理地利用这些信号的能量来改善接收信号的质量。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。本实验主要注重微观分集。分集技术对信号的处理包含两个过程，首移动通信系统先是要获得M个相互独立的多径信号分量，然后对它们进行处理以获得信噪比的改善，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。选择合并是最简单的一种，在所接收的多路信号中，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利用上，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，其主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移动通信系统接收分集二分集等增益合并移动通信系统三分集等增益合并二分集选择合并三分集选择合并移动通信系统二分集最大比值合并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能够显著的减小误码率，并且随着Eb/N0的增加而更好的显示出性能优越；相对比不同的分集数可看出，分集数的增加能有效地减小误码率。移动通信系统由图可看到，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，效果最好的是最大比值合并，等增益次之，都优于选择合并；2.1.5实验结论移动信道的多径传播引起的瑞利衰落、时延扩展以及伴随接收机移动过程产生的多普勒频移使接收信道受到严重的衰落，所以必须采取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，增加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simulink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）观察体会直接序列扩频对误码率的改善程度2.2.2实验内容1)搭建基于simulink搭建直接序列扩频仿真通信链路，观察频谱和波形移动通信系统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，就是直接用具有高码率的扩频码序列在发送端去扩展信号的频谱。而在接收端，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收机对干扰的抑制产生的，如果干扰信号的带宽与信息带宽相同（即窄带），此干扰信号经过发送机伪噪声码调制后将展宽为与发送信号相同的带宽，而其谱密度却降低了若干倍。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。实验原理框图直接序列扩频通信系统2.2.4实验仿真伯努利信源信道判决b0dtTc(t)cos(wct)c(t)cos(wct)b(t)x(t)s(t)r(t)e(t)y(t)y(Tb)移动通信系统直接序列扩频simulink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2kbps移动通信系统b.扩频前后频谱变化:扩频前频谱：类似sinc函数的频谱移动通信系统扩频后频谱：频谱明显展宽功率谱密度降低移动通信系统扩频调制后波形：移动通信系统解扩解调波形：c.误比特率AWGN信道（仿真点数1e6）移动通信系统BPSK理论误码率（-7到10dB的误比特率曲线)通过两者对比，我们可以发现直接序列扩频通信系统对Eb/No的改善近似为13dB，这和理论分析出的值接近。