毕业论文设计-基于matlab连续信道建模仿真

毕业论文设计-基于matlab连续信道建模仿真内容摘要：

4 给出了一个典型的电话信道的相频特性和群迟延频率特性。 可以看出，相频特性和群迟延频率特性都偏离了理想特性的要求，因此会使信号产生严重的相频失真或群迟延失真。 在话音传输中，由于人耳对相频失真不太敏感，因此相频失真对模拟话音传输影响不明 显。 如果传输数字信号，相频失真同样会引起码间干扰，特别当传输速率较高时，相频失真会引起严重的码间干扰，使误码率性能降低。 由于相频失真也是线性失真，因此同样可以采用均衡器对相频特性进行补偿，改善信道传输条件。 图 34 齐鲁工业大学 2020 届本科毕业生毕业设计（论文） 多径时变信道模型 多径信道的相关概念 信道时变是指信道参数随时间变化，它对信号传输的影响是使输人信号的频率弥散。 若输人信号为单频信号，经过时变信道后的输出不再是单频信号，而是一个窄带的信号，带宽大小视时变因素的快慢而定。 引起信道参数时变的因素有周围反射体的移动 、接收机的移动、传输媒介的随时间变化等，时变的快慢由多普勒频移等参数来描述。 信道时变造成接收信号的强度随时问变化的现象，称为衰落。 多径信道指信号传输的路径不止一条，接收端同叫收到来自多条传输路径的信号 .这些信号可能同相相加或反向相消。 由于各径时延差不同、每径信号的衰减不同，因此数字信号经过多径信道后有码间干扰。 通常情况下，如果信号的码元间隔远大于多径间的最大时延差，此时信号经过多径后不会产牛严重的码间十扰。 相反，如果信号码元间隔与多径间的时延差可比，则信号经过多径传输后会产生严重的码间 1 扰，此时接收 端需要考虑采用均衡和其他消除码间干扰的方法才能正确接收信号。 信号经过多径时变信道，会产生码间干扰和衰落，其中衰落快慢取决于信道随时间变化的快慢，码间十扰的严重程度取决于码元间隔与多径间的时延差的相对关系。 通常，当信息速率远大于信道的衰落速度时，信号经历慢衰落当信息速率与信道衰落速度可比时，信号经历快衰落当码元间隔远大于多径间的最大时延差时，由多径造成的码间串扰对信号接收影响不严重。 当多径间的时延差与信号码元间隔可比时多径造成的码间干扰就不可忽视。 实际信道经常是多径且时变的，如移动通信信道、短波信道等， 信号经过多径时变信道后的输出通常是时变的有码间干扰的信号解决这类信道接收的一种方法是采用自话应均衡器消除时变的码间干扰。 随参信道特性及其对信号传输的影响 由上面分析的陆地移动信道和短波电离层反射信道这两种典型随参信道特性知道，随参信道的传输媒质具有以下三个特点： (1) 对信号的衰耗随时间随机变化； (2) 信号传输的时延随时间随机变化； (3) 多径传播。 在存在多径传播的随参信道中，就每条路径的信号而言，它的衰耗和时延都是随机变化的。 因此，多径传播后的接收信号将是衰减和时延都将随时间变化的 各路径的合成。 设发射波为 Acosω 0 t，则经过 n 条路径传播后的接收信号 R(t)可用下式表述： 齐鲁工业大学 2020 届本科毕业生毕业设计（论文） )]([cos)()]([cos)()( 0101 ttwtuttwtutR ini iini i     （ ） 式中μ i(t)－－第 i 条路径的接收信号的振幅；τ i(t)－－第 i 条路径的传输延迟，它随时间不同而变化 经大量观察表明μ i(t)和φ i(t)随时间的变化与发射载频的周期相比，通常要缓慢的多，即μ i(t)和φ i(t)可认为是缓慢变化的随机过程。 因此，式（ ）可改写成 twtutwtutR ini iini i 0101 sinsin)(coscos)()(     （ ） 设)(sin)()(),(cos)()( 11c tttXtttX ini isni ii    则式（ ）变为 )(cos[)(sin)(cos)()( 000 ttwtVtwtXtwtXtR sc （ ） 式中 V(t)－－合成波 R(t)的包络；φ (t)－－合成波 R(t)的相位。 则有  22)()()()()(arct an)(tXtXtVtXtXtsccs 信号的包络服从瑞利分布率的衰落，通常称为瑞利型衰落。 设瑞利型衰落信号的包络值记为 V，则随机变量 V 的一维概率密度函数 F(V）可表示成 )0,0(),2exp()( 222   VVVVf （ ） 当发送信号是具有一定频带宽度的信号时， 多径传播除了会使信号产生瑞利型衰落之外，还会产生频率选择性衰落。 频率选择性衰落是多径传播的又一重要特征。 为了分析方便，我们假设多径传播的路径只有两条，信道模型如图 35 所示。 现在我们来求模型的传输特性。 设 f(t)的频率密度函数为 F(ω)，即有 f(t)↔F(ω) 齐鲁工业大学 2020 届本科毕业生毕业设计（论文） 图 35 两条路径信道模型 于是，当两径传播式，模型的传播特性为 H(ω )为 )1()()()()()()()(0000000)(000000jwjwttjwjwteewFVttfVttfVewFVttfVewFVttfVo （ ） )1()( )1()()( 000  jwjwtOjwjwt eeVwF eewFVwH   后一个网络的模特性（幅度－频率特性）为 |2cos|2|2cos2sin2cos2||sincos1||)e(1|2jwwwjwwjw （ ） 图 3－ 6(a)表示了上述关系。 另外，相对时延差τ (t)通常是时变参量，故传输特性中零点、极点在频率轴上的位置也随时间随机变化，这使传输特性变得更复杂，其特性如图 3 6(b)所示。 图 36 对于一般的多径传播，信道的传 输特性将比两条路径信道传输特性复杂得多，但同样存在频率选择性衰落现象。 多径传播时的相对时延差通常用最齐鲁工业大学 2020 届本科毕业生毕业设计（论文） 大多径时延差来表征。 设信道最大多径时延差为τ m，则定义多径传播信道的相关带宽为 mf 1 （ ） 下面先考察单频信号经过多径时变信道时的输出情况，给出多径时变信道对信号传输的影响的初步理解然后通过数字信号经过多径信道后码间十扰的例子说明多径对信号传输的影响。 设发送信号为单频信号twAts 0cos)(  ,.经过 n 条路径传播后的接收信号为： )](cos[)()]((cos[)()( 0101ttwtttwttr ini iini i   （ ） 其中)()(i tt i 、是第 i 径的幅度、相位，随时间变化而随机变化。 从大量的观察结果看)()(i tt i、 的变化相对发射载频而言，通常要缓慢的多，即 )()(i tt i 、是缓慢变化的随机过程。 twtttwtttr ini iini i 0101 sin)(sin)(cos)(cos)()(     （ ） 令 )(sin)()(),(cos)() 11 tttxtttx ini isini ic    )( )(arctan)(,)()()( 22 tx txttxtxtv cssc   则 )](cos[)()( 0 ttwtvtr  （ ） 由中心极限定理，当 N 很大时，）、 txtx sc ()(是高斯分布，因此， r（ t）是一个窄带高斯过程。 它的幅度服从瑞利分布，相位服从均匀分布，因此，可以将单频信号经过多径信道时等效成图 37 所示的等效基带模型。 齐鲁工业大学 2020 届本科毕业生毕业设计（论文） 37 不可分时变多径信道模型 从式 (37)可以看到 .接收信号山一个单频信号变成一个窄带随机过程，大量多径时变信号叠加的效果使接收信号包络随时间随机起伏 .即接收信号随机性衰落。 当二 v(t)是瑞利分布时常称该传输信道为瑞利衰落信道，这里衰落是指接收信号的大小随时间变化的现象。 信道时变的参数通常可用多普勒频移 来描述，信道参数 , 的时变特性可以由 Jakes、 Clarke 等模刑来模拟。 第四章 连续信道建模仿真 本章利用 MATLAB 软件编写程序，利用 MATLAB 软件得到信号通过幅频失真信道、相频失真信道与多径信道之后的输出波形与频谱。 介绍 MATLAB 是矩阵实验室（ Matrix Laboratory）的简称，是美国 Math Works公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括 MATLAB 和 Simulink 两大部分。 20 世纪 70 年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任 Cleve Moler 为了减轻学生编程的负担，用 FORTRAN 编写的最早的 MATLAB。 1984 年由 Math Works 公司正式推向 市场。 到 20 世纪 90 年代， MATLAB 已经成为国际控制界的标准计算软件。 时至今日，经过 Math Works 公司的不断完善， MATLAB已经发展成为适合多种学科、多种工作平台的功能强劲的大型软件。 [10] MATLAB 将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如 C、 Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计 算软件的先进水平。 MATLAB 和 Mathematica、 Maple 并称为三大数学软件。 它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。 MATLAB 可以进行矩阵运算、绘制齐鲁工业大学 2020 届本科毕业生毕业设计（论文） 函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 MATLAB 语言是一种高级的基于矩阵 /数组的语言，其最突出的特点就是简洁，利用其丰富的函数资源，使编程人员从繁琐的程序代码中解放出来。 MATLAB 用更直观的、符合人们思维习惯的代码 ，代替了 C 和 FORTRAN语言的冗长代码，给用户带来最直观、最简洁的程序开发环境。 以下简单介绍一下 MATLAB 的主要特点。 语言简洁紧凑，使用灵活方便，库函数极其丰富。 MATLAB 程序书写形式自由，利用其丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。 运算符丰富。 由于 MATLAB 是用 C 语言编写的， MATLAB 提供了和 C 语言几乎一样多的运算符，灵活使用 MATLAB 的运算符将使程序变得极为简短。 MATLAB 既具有结构化的控制语句（如 for 循环、 while 循环、 break 语句和 if 语句），又 有面向对象编程的特性。 语法限制不严格，程序设计自由度大。 程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。 MATLAB 里，数据的可视化非常简单。 MATLAB 还具有较强的编辑图形界面的能力。 MATLAB 的缺点是，他和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。 由于MATLAB 的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。 功能强劲的工具箱是 MATLAB 的另一重大特色。 MATLAB 包含两个部分：核心部分和各种可选工具箱。 源程序的开放性，也是 MATLAB 最受人欢迎的特点。 除内部函数以外，所有 MATLAB 的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件。 线性非时变信道建模仿真 信道响应函数为)(|)(|)( fjefHfH  ,输入信号为)() snTtgatx n  ，其中 1Ts ，  T sttg  010)( 其他 ，用 MATLAB 画出如下情况时的信道输出信号。 齐鲁工业大学 2020 届本科毕业生毕业设计（论文） （ 1）fjefH )( （无失真信道） （ 2）fjef ffH   sin)( （幅度失真信道） （ 3）   01)fjππ(e 01)fjππ(eH(f) （相位失真信道） （ 4）)1( 2)(  ffjefH  编写主程序，在 MATLAB 窗口中生成 m 文件，运行程序得到数字信号经过不同失真信道时的输出信号畸变情况，如图 4。