基于matlab的無線多徑信道建模與仿真分析

基于MATLAB的無線多徑信道建模與仿真分析 摘 要:對于無線通信, 衰落是影響系統(tǒng)性能的重要因素, 而不同形式的衰落對于信號產(chǎn)生的影響 也不相同。本文在闡述移動多徑信道特性的基礎(chǔ)上, 建立了不同信道模型下多徑時延效應(yīng)的計算 機仿真模型，不僅針對不同信道衰落條件下多徑衰落引起的多徑效應(yīng)進(jìn)行仿真, 而且進(jìn)一步闡述 了多徑效應(yīng)的影響。本文運用MATLAB語言對有5條固定路徑的多徑信道中的QPSK系統(tǒng)進(jìn)行BER 性能仿真。 關(guān)鍵詞: 多徑衰落信道，瑞利/萊斯分布，碼間干擾，QPSK，MATLAB仿真，BER 移動通信技術(shù)越來越得到廣泛的應(yīng)用,在所有移動通信基本理論和工程技術(shù)的研究中,移動無 線信道的特性是研究各種編碼、調(diào)制、系統(tǒng)性能和容量分析的基礎(chǔ)。因此,如何合理并且有效地 對移動無線信道進(jìn)行建模和仿真是一個非常重要的問題。 本文在Matlab環(huán)境下的，通過編寫程序讓二進(jìn)制數(shù)據(jù)經(jīng)過QPSK調(diào)制，然后再讓信號分別通 過高斯信道、瑞利信道、萊斯信道和碼間干擾信道，并在接收端進(jìn)行QPSK解調(diào)后計算這三種信 道條件下的誤碼性能，并得到了相應(yīng)的分析結(jié)果。 1 移動無線信道 無線信道是最為復(fù)雜的一種信道。無線傳播環(huán)境是影響無線通信系統(tǒng)的基本因素。信號在傳 播的過程中,受各種環(huán)境的影響會產(chǎn)生反射、衍射和散射,這樣就使得到達(dá)接收機的信號是許多路 徑信號的疊加,因而這些多徑信號的疊加在沒有視距傳播情況下的包絡(luò)服從瑞利分布。當(dāng)多徑信 號中包含一條視距傳播路徑時,多徑信號就服從萊斯分布 [1] 。在存在多徑傳輸?shù)男诺乐?#xff0c;由于各 路徑傳輸時間延遲不一致，以及傳輸特性不理想，加上信道噪聲的影響，使得接受信號在時間上 被展寬，從而延伸到臨近碼元上去，使得符號重疊，這樣的信道會造成碼間干擾。 2 瑞利分布和萊斯分布 在實際情況中對數(shù)字通信系統(tǒng)來說,調(diào)制符號的周期比由多徑傳播引起的時延擴(kuò)展要大,因此 在一個符號周期內(nèi)的所有頻率分量都會經(jīng)歷相同的衰減和相移。信道對于所有頻率分量來說是平 坦的,因而定義這類信道為平坦衰落信道。理論分析和實測試驗結(jié)果表明:平坦衰落的幅度在大多 數(shù)情況下,符合瑞利分布(rayleigh distribution)或萊斯分布( rice distribution) 。由于移 動通信信道的復(fù)雜性,其仿真一般是以平坦衰落信道建模為基礎(chǔ)的,然后在此基礎(chǔ)上,再對頻率選 擇性信道等進(jìn)行建模和仿真,下面就對瑞利分布和萊斯分布的特性進(jìn)行推導(dǎo)和仿真。 當(dāng)存在視距傳播信號時,接收信號的視距成分由一個通用的時變成分描述 [2] 為：(1) (2 ) 1 2 ( ) ( ) ( ) j f m t m t jm t e ? ? ? ? ? ? ? ? ? 式中, ρ、 ρ 、θ ρ 別是視距信號分量的幅度、多普勒頻率和相位。 𝑓接收信號的包絡(luò)表示為(2) ? ? 2 2 1 2 ( ) t ? ? ? ? ? ? ? 它服從萊斯分布, 其中 和 是2個獨立的且服從正態(tài)分布的實高斯過程,滿足 ， ∈ 1 ? 2 ? 1 ? 2 ? 。 2 0 (0, ) N ? 接收信號包絡(luò)的概率密度函數(shù)為(3) 2 2 0 2 2 2 0 0 0 ( ) exp ,( 0) 2 x x x P x I x ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 式中, 為第一類修正的貝塞爾函數(shù)。 0 ( ) I x 把反射信號的功率和色散信號功率之間的比值K稱為萊斯因子,表達(dá)式為(4) 2 2 2 K ? ? ? 當(dāng)不存在視距傳播信號時,即為 的情形(此時K = 0, ) ,則接收信號的包絡(luò)表示為 0 ? ? 0 1 I ?(5) 2 2 1 2 ( ) ( ) ( ) ( ) t u t u t u t ? ? ? ? 它服從瑞利分布,其概率密度函數(shù)為(6) 2 2 2 0 0 ( ) exp ,( 0) 2 x x P x x ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 因此瑞利信道可看作是K因子為0, 且沒有視距傳播路徑時的萊斯信道的一個特例。 3 多徑衰落信道建模 為刻畫多徑衰落信道人們提出了各種各樣的模型, 幾乎都使用了隨機過程來描述衰落。描述 多徑的模型有兩類, 離散多徑模型(有限數(shù)量的多徑分量)和散射多徑模型(多徑分量的連續(xù)體)。 在移動無線信道中, 第一類模型通常用于移動無線信道的波形級的仿真, 而第二類模型通常用在 窄帶調(diào)制的對流層信道。在兩種情況下, 信道都被建模為具有復(fù)低通等效響應(yīng) 的線性時變 ( , ) c t ? 系統(tǒng)。如果有N個離散的多徑分量存在,則信道的輸出是5個被延遲和衰落的輸入信號之和 [3] 。 因此(7) ( ) 1 ( ) ( ) ( ( )) N t k k k y t a t x t t ? ? ? ? ? 沖激響應(yīng) 為： ( , ) c t ?(8) ( ) 1 ( , ) ( ) ( ( )) N t k k k c t a t t ? ? ? ? ? ? ? ? 其中，為 多徑分量的數(shù)量, 而 和 是在時刻第K條路徑的復(fù)衰落和延遲。 ( ) N t ( ) k a t ( ) k t ? 4 QPSK信號多徑衰落信道的仿真參數(shù)設(shè)置 設(shè)有五條固定的AWGN多徑信道的QPSK系統(tǒng), 對其進(jìn)行BER性能仿真, 并與在理想的AWGN 信道(無多徑)中同樣系統(tǒng)的BER性能進(jìn)行比較。為簡化模型, 再作如下假設(shè)。1.信道中有五條路徑, 包括一條是沒有衰落的直視路徑和四條具有瑞利分量的路徑。與各路 徑相應(yīng)的接收機功率大小以及路徑的延時是仿真參數(shù)。 2.信道的瑞利衰落僅影響信號的幅度, 而不影響信號的相位。 3.在符號間隔內(nèi)各多徑分量的衰減幅度是常數(shù), 并與相鄰間隔無關(guān)，即不考慮多普勒頻移。 4.沒有使用發(fā)射機濾波, 接收機也是理想的積分——清除接收機。 基于上述假設(shè), 信號的形式可以寫成 [4] ：(9) 4 0 ( ) ( ) i i i y t ax t ? ? ? ? ? 其中R 1 、R 2 、R 3 與R 4 是表示四條路徑瑞利衰落的四個隨機變量， 是瑞利分量的延遲。式 ? (9)的傅立葉變換為：(10) 4 0 ( ) ( )exp( 2 ) i i i Y f a X f j f ? ? ? ? ? ? 由此可導(dǎo)出信道的傳遞函數(shù)為：(11) 4 0 ( ) exp( 2 ) i i i H f a j f ? ? ? ? ? ? 如果在信號所占頻帶內(nèi) 的乘積不能忽略不計, 則信道是頻率選擇的, 而這又將導(dǎo)致時延 f ? 擴(kuò)展和碼間干擾(ISI) 。 、 、 、 、 值決定了各路徑分量的相對功率大小。 0 a 1 a 2 a 3 a 4 a 當(dāng) ≠0時, 接收到的信號存在直視路徑, 所以信號的分布為萊斯分布；反之如果 =0即沒 0 a 0 a 有直視路徑，信號的分布為瑞利分布。當(dāng) =0時, 為平坦衰落, ≠0時為頻率選擇性衰落。 ? ? 仿真參數(shù)設(shè)置如下： 表1 QPSK信號仿真參數(shù)表 R/比特速率 fc/載波頻率 fs/采樣速率 num_data/比特數(shù) 1M 5M 50M 1000 表2 信道仿真參數(shù)表 情形 0 a 1 a 2 a

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的matlab多径信道模型,基于matlab的无线多径信道建模与仿真分析的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。