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1、精选文档实验四 QPSK调制信号经瑞利衰落信道性能一、实验目的学会用MATLAB实现QPSK调制信号在瑞利衰落信道下系统性能仿真分析。二、实验原理在陆地移动通信中，移动台往往受到各种障碍物和其他移动体的影响，以致到达移动台的信号是来自不同传播路径的信号之和。而描述这样一种信道的常用信道模型便是瑞利衰落信道。瑞利衰落信道(Rayleigh fading channel )是一种无线电信号传播环境的 统计模型。这种模型假设信号通过无线信道之后，其信号幅度是随机的，表现为“衰落”特性，并且多径衰落的信号包络服从瑞利分布。由此，这种多径衰落也称为瑞利衰落。 这一信道模型能够描述由电离层和对流层反射的短
2、波信道，以 及建筑物密集的城市环境。瑞利衰落只适用于从发射机到接收机不存在直射信号 的情况，否则应使用莱斯衰落信道作为信道模型。假设经反射(或散射)到达接收天线的信号为 N个幅值和相位均随机的且 统计独立的信号之和。信号振幅为r,相位为，则其包络概率密度函数为r2 r rr P(r) -2e 2 , r 0 (r 0)相位概率密度函数为：P( ) % , (02 )三、上机实验内容1 .验证实验原理中所述的相关程序，CLARK (ex2.m ) , Jakes(Rayleigh.m) 信道模型。2验证QPSK 调制信号经根升余弦滚降成形滤波之后在瑞利衰落信道下系统误比特和误符号性能，实现参考程
3、序ex11main.m ， ex11.mdl 。四、方案设计及步骤1 、验证 CLARK（ ex2.m ）信道模型可编辑精选文档2、验证 Jakes(Rayleigh.m)信道模型可编辑精选文档可编辑V3、QPSK调制信号经矩形脉冲成形滤波之后在瑞利衰落信道下系统误比特和误符号性能的验证。4、QPSK调制信号经根升余弦滚降脉冲成形滤波之后在瑞利衰落信道下系统误比特和误符号性能的验证。步骤与3基本相同，需要修改的程序如下：1、把 msg_tx=rectpulse(msg_tx,nSamp);改成 msg_tx=rcosflt(msg_tx,fd,fs,'sqrt',0.5,nSa
4、mp/2);%换成了根升余弦2、在 QPSK 解调 msg_gr_demod = pskdemod(msg_rx_down,M);前力口上msg_rx_down=msg_rx_down(nSamp+1：1：length(msg_rx_down)；% 去掉延时保持同步msg_rx_down1=msg_rx_down1(nSamp+1:1:length(msg_rx_down1);其他不变五、结果分析1、CLARK模型的验证20IIIill0 t： 2。 乂 48&：7nn* e(2) Jakes模型的验证fd =10Hz时的信道功率曲线10-< t7 f XXV V、,111f A
5、/ 1小广 i V V1*r"FfH*0-10-20-3000.10.20.30.40.50.60.70.80.91Doppler Spectrumfd=20Hz时的信道功率曲线100率 功-10-20 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91时间0.40.30.20.10-500-400-300-200-1000100200300400500频率实验分析：以上程序产生的信道功率为1.3、QPSK调制信号经矩形脉冲成形滤波之后在瑞利衰落信道下系统误比特和误符号性能的验证。010-110-AWGN 信道 BER.*T- AWGN 信道 SER Rayleigh 衰落
6、+AWGN信道BERRayleigh 衰落 +AWGN信道SER :率特比误和率号符误-210-310-410-510-3-2-101信噪比（dB ）QPSK在AWGN和Rayleigh衰落信道下的性能实验分析：从上图可以看出，随着 SNR的增加，QPSK的BER和SER都降低，并且 BER要小于相应的SER,这是与实际情况相符合的，说明仿真结果正确。4、QPSK调制信号经根升余弦滚降脉冲成形滤波之后在瑞利衰落信道下系统误比特和误符号性能的验证。QPSK在AWGN和Rayleigh衰落信道下的性 能AWGN 信道 BERAWGN 信道 SERRayleigh 衰落 +AWGN 信道 BERRa
7、yleigh 衰落 +AWGN 信道 SER率 特 比 误 和 率 号 符 误-0.210-0.310-3-2-101信噪比(dB )四、程序%ex2%Fast fading with velocityN=10;%number of scatterersa=0.001*randn(N,1);%creat Gaussian amplitude coefficientsa=a/sum(a.A2);th=rand(N,1)*2*pi;%create uniform phase anglesph=rand(N,1)*2*pi;%create uniform phase anglesfd=149;%Do
8、ppler% fd=370;%Dopplertmax=10/fd;omega=2*pi*fd;%Maximum timet=0:1000*tmax/1000;%generate timelineX=zeros(1,length(t);Y=zeros(1,length(t);for n=1:N%generate the sums for X and YX=X+a(n)*cos(omega*cos(th(n)*t+ph(n);Y=Y+a(n)*sin(omega*cos(th(n)*t+ph(n);end;r=sqrt(X.A2+Y.A2);%calculate the Rayleigh enve
9、loprdb=20*log10(r);%Calculate the envelope in dB figure;plot(t*1000,rdb,'k');xlabel('time/ms');ylabel('envelope'); %axis(0 65 -30 10);function h=rayleigh(fd,t)% 该程序利用改进的jakes 模型来产生单径的平坦型瑞利衰落信道%Yahong R.Zheng and Chengshan Xiao "Improved Models for%the Generation of Multi
10、ple Uncorrelated Rayleigh Fading Waveforms"%IEEE Commu letters, Vol.6, NO.6, JUNE 2002% 输入变量说明：% fd ：信道的最大多普勒频移单位 Hz% t : 信号的抽样时间序列，抽样间隔单位s% h 为输出的瑞利信道函数，是一个时间函数复序列% 假设的入射波数目N=40;wm=2*pi*fd;% 每象限的入射波数目即振荡器数目N0=N/4;% 信道函数的实部Tc=zeros(1,length(t);% 信道函数的虚部Ts=zeros(1,length(t);% 归一化功率系数P_nor=sqrt(1
11、/N0);% 区别个条路径的均匀分布随机相位theta=2*pi*rand(1,1)-pi;for ii=1:N0% 第 i 条入射波的入射角alfa(ii)=(2*pi*ii-pi+theta)/N;% 对每个子载波而言在(-pi,pi) 之间均匀分布的随机相位fi_tc=2*pi*rand(1,1)-pi;fi_ts=2*pi*rand(1,1)-pi;% 计算冲激响应函数Tc=Tc+cos(cos(alfa(ii)*wm*t+fi_tc);Ts=Ts+cos(sin(alfa(ii)*wm*t+fi_ts);end;% 乘归一化功率系数得到传输函数h=P_nor*(Tc+j*Ts );c
12、lear allsnr=-3:3;SimulationTime=1;ex7main;ser1=ser;ber1=ber;%SNR 的范围% 仿真结束时间% 运行示例4.7% 保存示例4.7 的结果for ii=1:length(snr)SNR=snr(ii);%赋值给 AWGN 信道模块中的SNRsim('ex11');%运行仿真模型ber(ii)=BER(1);%保存本次仿真得到的BERser(ii)=SER(1);%保存本次仿真得到的SER end semilogy(snr,ber,'-rs',snr,ser,'-rA',snr,ber1,&
13、#39;-ro',snr,ser1,'-r*')legend('Rayleigh 衰落 +AWGN 信道 BER','Rayleigh 衰落 +AWGN 信道 SER','AWGN 信道 BER','AWGN 信道 SER')title（'QPSK 在 AWGN 和多径 Rayleigh 衰落信道下的性能'）xlabel（' 信噪比（dB） '）ylabel（' 误符号率和误比特率'）2 ） Jakes 模型的验证%ex4.9 clear all ； clc;
14、fd=10;% 多普勒频移为10% 信道抽样时间间隔% 生成时间序列ts=1/1000;t=0:ts:1;h1=rayleigh(fd,t);% 产生信道数据X1,f=fftseq(h1,ts);figure(1) subplot(2,1,1) plot(t,10*log10(abs(h1);title（'fd =10Hz 时的信道功率曲线'） xlabel(' 时间 ');ylabel(' 功率 ') subplot(2,1,2) plot(f,fftshift(abs(X1);title('Doppler Spectrum')
15、 xlabel(' 频率 ');ylabel(' 功率 ')fd=20;% 多普勒频移为20h2=rayleigh(fd,t); %产生信道数据X2,f=fftseq(h2,ts);figure(2)subplot(2,1,1)plot(t,10*log10(abs(h2)xlabel(' 时间 ');ylabel(' 功率 ')title('fd=20Hz 时的信道功率曲线')subplot(2,1,2)plot(f,fftshift(abs(X2);title('Doppler Spectrum'
16、;)xlabel(' 频率 ');ylabel(' 功率 ')3 、 QPSK 调制信号经根生余弦滚降成形滤波之后在瑞利衰落信道下系统误比特和误符号性能的验证。clear all% 矩形脉冲的取样点数nSamp = 8;numSymb = 10000;% 每种 SNR 下的传输的符号数ts=1/(numSymb*nSamp);t=(0:numSymb*nSamp-1)*ts;M=4;%QPSK 的符号类型数%SNR 的范围SNR=-3:3;grayencod=0 1 3 2;%Gray 编码格式for ii=1:length(SNR)msg=randsrc(1,
17、numSymb,0:3);% 产生发送符号msg_gr=grayencod(msg+1);msg_tx=pskmod(msg_gr,M);msg_tx=rectpulse(msg_tx,nSamp);h=rayleigh(10,t);msg_tx1=h.*msg_tx;msg_rx=awgn(msg_tx,SNR(ii);% 进行 Gray 编码影射%QPSK 调制% 矩形脉冲成形% 生成瑞利衰落% 信号通过瑞利衰落信道% 通过 AWGN 信道msg_rx1=awgn(msg_tx1,SNR(ii);msg_rx_down = intdump(msg_rx,nSamp);msg_rx_down
18、1 = intdump(msg_rx1,nSamp);% 匹配滤波相干解调msg_gr_demod = pskdemod(msg_rx_down,M); %QPSK解调msg_gr_demod1 = pskdemod(msg_rx_down1,M);dummy graydecod = sort(grayencod); graydecod = graydecod - 1;msg_demod = graydecod(msg_gr_demod+1);%Gray 编码逆映射msg_demod1 = graydecod(msg_gr_demod1+1);% 计算 AWGN 信道 BERerrorBit
19、BER(ii) = biterr(msg, msg_demod, log2(M);errorBit1 BER1(ii) =biterr(msg,msg_demod1,log2(M);+AWGN 信道 BERerrorSym SER(ii) = symerr(msg, msg_demod);SERerrorSym SER1(ii) = symerr(msg, msg_demod1);+AWGN 信道 SERendfigure%计 算 瑞 利 衰 落% 计算AWGN 信道% 计算瑞利衰落%画 出semilogy(SNR,BER,'-ro',SNR,SER,'-r*',SNR,BER1,'-r，SNR,SER1,'-rA')BER 和 SER 随 SNR 变化的曲线legend('AWGN 信道 BER','AWGN 信道 SER','Rayleigh 衰落 +AWGN 信道 BER','Rayleigh衰落 +AWGN 信道 SER')title('QPSK 在 AWGN 和 Rayleigh 衰落信道下的性能')xlabel(' 信噪比(dB) ')ylabel(' 误符号率和误比特率')