移动通信原理课程设计11综述

移动通信原理课程设计

小组成员 李阳 田家翼 张恩 张文谦 学号 2012043030001 2012019030029 2012019070030 2012019070003

题 目： 无线信道特征分析 指导老师： 胡苏

实验时间： 2015.5

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。 2、实验内容

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[0 4e-06 8e-06 1.2e-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：

3、实验原理 3.1 Simulink简介

Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建

模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。

Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。.构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处

理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。 3.2 QPSK星座图

QPSK是Quadrature Phase Shift Keying的简称，意为正交移相键控，是数字调制的 一种方式。它规定了四种载波相位0,π/2,π,2π/3,星座图如图1（a）、（b）所示。

3.3 QPSK的调制

因为输入信息是二进制序列，所以需要将二进制数据变换成四进制数据，才能和四进制的载波相位配合起来。采取的办法是将二进制数字序列中每两个序列分成一组，共四种组合（00,01,10,11），每一组称为双比特码元。每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成，它们分别代表四进制四个符号中的一个符号。QPSK每次调制可传输两个信息比特。

3.4 QPSK的解调

QPSK信号可以用两个正交的载波信号实现相干解调，它的相干解调器如图3所示，正交路分别设置两个匹配滤波器，得到I（t）和Q（t），经电平判决和并转串即可恢复出原始信息。

4、实验内容及步骤

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[0 4e-06 8e-06 1.2e-05]秒，相对平均功率为[0 -3 -6 -9]dB，最大多普勒频移为200Hz。仿真电路如下：

相关参数：

5、实验结果与分析

1) 根据信道参数，计算信道相干带宽和相干时间。 多径相对时延为[0 4e-06 8e-06 1.2e-05]秒 相对平均功率为[0 -3 -6 -9]dB

最大多普勒频移为200Hz 公式：

P()P()E=P() Tc=1/fm P()222k2kkkkkkkkk2 t=[0 4e-06 8e-06 1.2e-05]; t2=t.^2;

p=[1 10^(-0.3) 10^(-0.6) 10^(-0.9)]; t_aver=p*t'/sum(p); t2_aver=p*t2'/sum(p); rms=sqrt(t2_aver-t_aver^2); band=1/(2*pi*rms)

结果：Bc=4.2800e+004

Tc=1/fm=0.005 s

2) 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Impulse Response(IR)、Frequency Response(FR)、IR Waterfall、Doppler Spectrum、Scattering Function）。（配合截图来分析）

Impulse Response(IR)

Frequency Response(FR)

IR Waterfall

Doppler Spectrum

Scattering Function

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）。

仿真结论：

由IR图可以看出码间串扰严重；FR体现了增益随频率的变化，可以看出频率具有选择性；由IR Waterfall可以看出在频率展宽后，信道的幅频响应不再平坦，多径信道中不同信号的叠加影响；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。由图可以估计载波频率大约为0，成U型谱；由散射函数可知，在扩展后的频率范围散射比较明显。

星座图能直观的判断调制方式的误码率。在上面两图比较中，发现：在经过瑞利信道后，星座图中的点也越来越多、越来越乱，误码率明显增大，多径效应也明显增大。