不同信道和噪声特性对通信性能影响分析和验证

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1、实验四、不同信道及噪声特性对通信性能的影响分析及验证实验目的：熟悉Matlab编程坏境、编程流程以及基本Matlab函数的编写与调用；掌握瑞利、莱斯信道模型的Matlab实现；掌握莱斯信道的相位补偿。预备知识：1・Matlab编程基础；2.数字基带通信系统的基础知识；3.衰落信道的基础知识。4.信道相位补偿；实验环境:1.实验人数50人，每2人一组，每组两台电脑2.电脑50台实验内容：1・用Matlab生成长度为200的随机二进制数序列并采用格雷码对其进行编码;2.搭建数字基带通信系统；3.生成瑞利信道、莱斯信道

2、以及高斯白噪声信道；4.对接收信号进行相位补偿；5.画出瑞利信道、莱斯信道的相位补偿曲线并与信道相位比较并分析其结果。6.画出莱斯信道的信噪比与误比特率曲线，并与理论曲线比较，分析其结果。实验原理：1.衰落信道在无线通信领域，衰落是指由于信道的变化导致接收信号的幅度发生随机变化的现象，即信号衰落。导致信号衰落的信道被称作衰落信道。衰落可按时间、空间、频率三个角度来分类。(1)在时间上，分为慢衰落和快衰落。慢衰落描述的是信号幅度的长期变化，是传播环境在较长时间、较大范围内发生变化的结果，因此又被称为长期衰落、大尺度

3、衰落。快衰落则播述了信号幅度的瞬时变化，与多径传播有关，又被称为短期衰落、小尺度衰落。慢衰落是快衰落的中值。（2）在频率上，分为平坦性衰落和选择性衰落。多径衰落可分为平坦衰落和频率选择性衰落。如果无线传播信道的频带比传送信号还宽，则接收到的信号会受到平坦衰落。当传送信号的带宽大丁•信道的同调带宽时，接收信号的增益和相位将会随着信号频谱的改变而变化，因而在接收端产生了信号失真，这就是选择性衰落。（3）在空间上，分为瑞利衰落和莱斯衰落。瑞利衰落适用于从发射机到接收机不存在直射信号的情况；相反，莱斯衰落适用于发射机到接

4、收机存在直射路径的情况。在无线通信信道环境中，电磁波经过反射折射散射等多条路径传播到达接收机后，总信号的强度服从瑞利分布。同时由于接收机的移动及其他原因，信号强度和相位等特性又在起伏变化，故称为瑞利衰落。在无线通信信道中，由于信号进行多径传播达到接收点处的场强来自不同传播的路径，各条路径延时时间是不同的，而各个方向分量波的叠加，乂产生了驻波场强，从而形成信号快衰落称为瑞利衰落。瑞利衰落属于小尺度的衰落效应，它总是叠加于如阴影、衰减等大尺度衰落效应上。如果收到的信号中除了经反射折射散射等来的信号外，还有从发射机直接

5、到达接收机（如从卫星直接到达地面接收机）的信号，那么总信号的强度服从莱斯分布，故称为莱斯衰落。2•瑞利衰落与莱斯衰落瑞利分布是一个均值为0,方差为，的平稳窄带高斯过程，其包络的一维分布是瑞利分布。(4-1)z>0瑞利分布是最常见的用于描述平坦衰落信道接收包络或独立多径分量接受包络统计时变特性的一种分布类型。两个正交高斯噪声信号Z和的包络服从瑞利分布。莱斯分布的概率密度函数称为莱斯密度函数："(/?)=a2/?2+A22cr2）腔）（7(4-2)莱斯分布实际上可以理解为主信号与服从瑞利分布的多径信号分量的和。概率密

6、度函数公式屮，7?即为正弦信号加窄带高斯随机信号的包络，参数A是主信号幅度的峰值，/是多径信号分量的功率，厶（）是修正的零阶贝塞尔函数。莱斯分布常用参数K来描述，K定义为主信号的功率与多径分量功率之比,即K=A2/2ct2oK称为莱斯因子。由K可以完全确定莱斯分布。当A-0时，莱斯分布转换为瑞利分布。瑞利衰落能有效描述存在能够大量散射无线电信号的障碍物的无线传播环境。若传播坏境中存在足够多的散射，则冲激信号到达接收机后表现为大量统计独立的随机变量的叠加，根据中心极限定理，则这一无线信道的冲激响应将是一个高斯过程。

7、如果这一散射信道中不存在主要的信号分量，通常这一条件是指不存在直射信号（LoS）,则这一过程的均值为0,且相位服从0到2兀的均匀分布。即，信道响应的能量或包络服从瑞利分布。若信道中存在一主要分量，例如直射信号（LoS）,则信道响应的包络服从莱斯分布，对应的信道模型为莱斯衰落信道。图4・1瑞利分布1.Jakes模型的实现模拟一个无线衰落信道所广泛采用的技术是构建一个来自同相和正交相位的高斯噪声源的衰落信号。由于一个复高斯噪声过程的包络的概率密度函数（PDF,ProbabilityDensityFunction）服从

8、瑞利分布，所以这样构建的模拟器的输出将会精确地模拟瑞利衰落的过程。在这种技术中，要求的多谱勒频谱（由信道的多谱勒频移频率决定）应通过对高斯噪声源采用适当的低通滤波器来提供。在已经过滤的复高斯噪声中建立模型的方法是通过对设定的正弦计算来近似瑞利衰落过程.BELL实验室的WilliamJakes提出了一种这样的技术来模拟移动无线信道的衰落，即众所周知的Jakes模型。（1）瑞