无线通信仿真 matlab程序.pdf-资料库

无线通信系统仿真目录第一章无线通信系统物理层仿真……………………………………………………………… 2 §1.1 不同信道下的 BPSK 系统仿真……………………………………………………………2 §1.2 加入卷积编码的 BPSK 系统仿真…………………………………………………………6 第二章无线通信系统网络层仿真……………………………………………………………… 8 §2.1 无线网络模拟…………………………………………………………………………… 8 §2.2 复杂无线环境下的仿真…………………………………………………………………12 心得体会………………………………………………………………………………………… 14 附录一 AWGN 信道下的 BPSK 系统仿真的 MATLAB 程序………………………………… 15 附录二 RAYLEIGH 信道的 MATALB 程序…………………………………………………… 16 附录三 DOPPLER 信道的 MATALB 程序………………………………………………………17 附录四多径信道的 MATLAB 程序…………………………………………………………… 19 附录五加入卷积编码的 AWGN 信道的 MATLAB 程序………………………………………20 附录六无线网络模拟的仿真程序………………………………………………………………21 附录七复杂无线环境下的仿真程序……………………………………………………………23 第 1 页共 24 页

无线通信系统仿真第一章无线通信系统物理层仿真 §1.1 不同信道下的 BPSK 系统仿真本节用 BPSK 信号传输来说明信道对信号，主要讨论 AWGN，RAYLEIGH，DOPPLEA 和多径信道。一.AWGN 信道下的 BPSK 传输 1.系统的仿真模型图 1.1.1 AWGN 信道下 BPSK 的仿真模型 2.主要模块分析 ①均匀随机数发生器本模块直接用 MATLAB 自带函数 rand,来产生（0，1）上的随机数。 ②二进制数据源本模块对均匀随机数发生器所产生的随机数进行判断，小于 0.5 的输出为 0，大于 0.5 的输出为 1。于是就等概率地生成数字 0 和 1。 ③映射成双极性信号将 0 映射成-1，1 映射成 1。这就是 BPSK 调制。 ④高斯随机数发生器通常我们用在（0，1）内的均匀分布随机变量来产生具有其他概率分布函数的随机变量。例如，要产生一个随机变量 C，其概率分布函数 F（C），因为 F（C）在（0，1）范围内，我们就可以先产生一个在（0，1）内的均匀分布随机变量 A。若置 )F C ( A= （1.1.1）那么 C F A−= ) 1( （1.1.2）按照这一方法就可求得具有概率分布函数 F（C）的新的随机变量 C。 AWGN 信道指的是信号通过信道时受到高斯白噪声的影响。高斯噪声的概率密度函数是 f C ( ) = 2 − C e 22 σ 1 2 Π σ , −∞ < C < ∞ （1.1.3）式中 2σ 是 C 的方差。概率分布函数是第 2 页共 24 页

F C ( ) = ∫ C −∞ 无线通信系统仿真 f x dx ( ) （1.1.4）由概率论知道，具有概率分布函数为 F R ( ) 0 ⎧⎪= ⎨ 1 ⎪⎩ 2 − R 22 σ − e R < 0 R ≥ 0 （1.1.5）的瑞利分布的随机变量 R 与一对高斯随机变量 C 和 D 是通过如下变换 C R D R = = cos sin Θ Θ (1.1.6) (1.1.7) 这里 Θ 是在 (0 ,2 )Π 内的均匀分布变量，参数 2σ 是 C 和 D 的方差。因此易从式（1.1.5）求得逆函数，所以 F R ( ) 1 = − e 2 − R 22 σ = （1.1.8） A 也即 R 2 σ= 2 1 − ) A ln( 1 （1.1.9）式中 A 是在（0，1）内均匀分布的随机变量。现在，如果我们产生了第二个均匀分布的随机变量 B，定义为 Θ = Π （1.1.10） 2 B 则我们可以从式（1.1.6）和式（1.1.7）求得两个统计独立的高斯分布随机变量 C 和 D。 ⑤检测器对信道输出的数进行硬判决，小于 0 的数判为 0，大于 0 的数判为 1。 3.仿真程序见附录一二. RAYLEIGH 信道下的 BPSK 传输 1.系统的仿真模型图 1.1.2 RAYLEIGH 信道下 BPSK 的仿真模型 2.主要模块分析与图 1 的模型中不同的是，这里多了一个瑞利随机数发生器。可以利用式（1.1.8）来直接产生瑞利随机数。也可如下方法：由式（1.1.6）和式（1.1.7）得到 R = 2 C D + 2 （1.1.11）第 3 页共 24 页

无线通信系统仿真其中 C 和 D 是服从高斯分布的随机变量。于是可用 MATLAB 自带函数 randn 来产生两个服从高斯分布的随机数，再根据式（1.1.11）就可产生瑞利随机数。 3.仿真程序见附录二三. DOPPLER 信道下的 BPSK 传输 1.系统的仿真模型图 1.1.3 DOPPLER 信道下 BPSK 的仿真模型 2.主要模块分析与图 2 不同是把瑞利随机数发生器换成 DOPPLER 滤波器。DOPPLRE 滤波器的数学模型如下式所示： φ C ( t ∆ = ) φ C ( f ∆ ∆ ; t ) | f ∆ = = 0 E C f [ ( * t C f ; ) ( ; t t + ∆ )]| f ∆ = 0 （1.1.12）（1.1.13） 1 2 d t∆ t − Π ∆ λ 2 j +∞ ∫ C ( −∞ = φ C ( ) λ t e S ) ∆ 3.仿真程序见附录三四.多径信道下的 BPSK 传输 1.系统的仿真模型只要把图 3 部分的信道换成图 4 所示图 1.1.4 多径信道 2.主要模块分析与上述信道不同的是，这里多了一个延时模块。本文采用将一个符号映射成十个相同符号，然后再延时 3 个符号就可构成延时模块。 3.仿真程序见附录四第 4 页共 24 页

无线通信系统仿真五.实验结果及分析根据上述模型，本实验采用信源产生 N=2^14 个符号，所得出的结果如图 1.1.5 所示：图 1.1.5 不同信道下误码率—信噪比曲线由图可知，多径信道对信号的影响很大，即使将信号的功率增大，误码率也还很大。而 rayleigh 信道由于会使信号的幅度衰落，一般要使信噪比增大到 30—40dB 才能使信号低误码率（ 410− 左右）传播。多普勒信道一般要使信噪比增大到 30dB 才能使信号低误码率（ 410− 左右）传播，与 rayleigh 信道差不多。AWGN 信道只要使信噪比达到 8—9dB 就能使信号低误码率（ 410− 左右）传播。由于移动信道一般是多普勒与多径信道，因此我们只有增大信号的发射功率，才能使信号以极低的误码率传播。但是增大功率，对用户来说，是十分不划算的。但我们可根据香农公式其中 C 为信道容量，B 为带宽， S N 为信噪比。由香农公式可知，当信道容量一定时，我们可以增大信号带宽来换取信噪比的降低。因此现代的通信技术通常是以扩频为基础的，其频带很宽，发射功率比较小。第 5 页共 24 页 C B = log (1 2 + （1.1.14） )S N

无线通信系统仿真一.仿真流程 §1.2 加入卷积编码的 BPSK 系统仿真图 1.2.1.加入卷积编码的 BPSK 系统仿真模型二.主要模块分析与未加卷积编码的 BPSK 系统仿真模型不同的是，这里多了卷积编码、解码模块。 1.卷积编码卷积码编码器的一般形式如图 1.2.2 所示，它包括：一个由 N 段组成的输入移位寄存器，每段有 k 级，共 Nk 位寄存器；一组 n 个模 2 加法器；一个由 n 级组成的输出移位寄存器。对应于每段 k 个比特的输入序列，输出 n 个比特。由图可知，n 个输出比特不但与当前的 k 个输入比特有关，而且与以前的（ N-1）k 个输入信息比特有关。图 1.2.2 卷积码编码器的一般形式第 6 页共 24 页

无线通信系统仿真 2.卷积解码一般维比特译码器方框图如图 1.2.3 所示：图 1.2.3 维特比译码器方框图三.实验结果及分析根据上述模型，本实验采用信源产生 N=2^14 个符号，所得出的结果如图 1.2.4 所示：图 1.2.4 加入卷积编码前后的误码率—信噪比曲线由图可知，加入卷积编码后，在达到相同的低误码率要求的情况下，其所需的信噪比明显。但是这是以降低信号的传输速度（即有效性）为代价的。下降。其编码增益 2.2 d B G ≈ 第 7 页共 24 页

无线通信系统仿真第二章无线通信系统网络层仿真 §2.1 无线网络模拟用 NS 模拟一个简单的无线场景，在这个场景中包含两个移动点：node_(0)和 node_(1), 它们在一个 500m x 500m 的区域内运动，两个节点间有一个 TCP 数据流。仿真程序见附录六。调用 nam，出现图 2.1.1 所示：图 2.1.1 1. 吞吐量统计吞吐量是指在不丢包的情况下单位时间内通过防火墙的数据包数量。 ①节点 0 发送数据包的吞吐量最大数据包长度为 10 最大数据包长度为 150 节点 0 在 100s 左右开始发送数据包,120s 结束发送数据包。但在期间，吞吐量起伏较大。节点 0 在 100s 左右开始发送数据包,120s 结束发送数据包。但在期间，吞吐量起伏较小。第 8 页共 24 页

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