引言
由于多径和移动台运动等影响因素,使得移动信道对传输信号在时间、频率
和角度上造成了色散,如时间色散、频率色散、角度色散等等,因此多径信道的
特性对通信质量有着至关重要的影响,而多径信道的包络统计特性成为我们研究
的焦点。根据不同无线环境,接收信号包络一般服从几种典型分布,如瑞利分布、
莱斯分布和 Nakagami-m 分布。在本文中,专门针对服从瑞利分布的多径信道进
行模拟仿真,进一步加深对多径信道特性的了解。
仿真原理
1、瑞利分布简介
环境条件:
通常在离基站较远、反射物较多的地区,发射机和接收机之间没有直射波路
径,存在大量反射波;到达接收天线的方向角随机且在(0~2π)均匀分布;各
反射波的幅度和相位都统计独立。
幅度、相位的分布特性:
包络 r 服从瑞利分布,θ在 0~2π内服从均匀分布。瑞利分布的概率分布
密度如图 1 所示:
图 1 瑞利分布的概率分布密度
2、多径衰落信道基本模型
根据 ITU-RM.1125 标准,离散多径衰落信道模型为
( )
y t
( )
N t
k
1
r t x t
k
k
( ) (
)
(1)
其中,
( )
kr t 复路径衰落,服从瑞利分布;
k 是多径时延。 多径衰落信道模型
框图如图 2 所示:
图 2 多径衰落信道模型框图
3、产生服从瑞利分布的路径衰落 r(t)
利用窄带高斯过程的特性,其振幅服从瑞利分布,即
( )
r t
2
( )
n t
c
2
( )
n t
s
(2)
上式中, ( )cn t 、 ( )
sn t 分别为窄带高斯过程的同相和正交支路的基带信号。
首先产生独立的复高斯噪声的样本,并经过 FFT 后形成频域的样本,然后与
S(f)开方后的值相乘,以获得满足多普勒频谱特性要求的信号,经 IFFT 后变
换成时域波形,再经过平方,将两路的信号相加并进行开方运算后,形成瑞利衰
落的信号 r(t)。如下图 3 所示:
图 3 瑞利衰落的产生示意图
其中,
(
S f
)
1.5
f
1 (
f
m
f
f
m
2
)c
(3)
4、 产生多径延时 k
多径/延时参数如表 1 所示:
表 1 多径延时参数
Tap
Relative delay (ns)
Average power (dB)
1
2
3
4
5
6
0
310
710
1 090
1 730
2 510
0
-1.0
-9.0
-10.0
-15.0
-20.0
仿真框架
根据多径衰落信道模型(见图 2),利用瑞利分布的路径衰落 r(t)(见图 3)
和多径延时参数 k (见表 1),我们可以得到多径信道的仿真框图,如图 4 所示;
图 4 多径信道的仿真框图
1、多普勒滤波器的频响
仿真结果
图 5 多普勒滤波器的频响
2、多普勒滤波器的统计特性
图 6 多普勒滤波器的统计特性
3、信道的时域输入/输出波形
图 7 信道的时域输入/输出波形
小组分工
程序编写:吴溢升
报告撰写:谭世恒
仿真代码
%main.m
clc;
LengthOfSignal=10240; %信号长度(最好大于两倍fc)
fm=512;
%最大多普勒频移
fc=5120;
%载波频率
t=1:LengthOfSignal;
% SignalInput=sin(t/100);
SignalInput=sin(t/100)+cos(t/65);
%信号输入
delay=[0 31 71 109 173 251];
power=[0 -1 -9 -10 -15 -20];
%dB
y_in=[zeros(1,delay(6)) SignalInput];
%为时移补零
y_out=zeros(1,LengthOfSignal);
%用于信号输出
for i=1:6
Rayl;
y_out=y_out+r.*y_in(delay(6)+1-delay(i):delay(6)+LengthOfSignal-delay(i))*10^(power
(i)/20);
end;
figure(1);
subplot(2,1,1);
plot(SignalInput(delay(6)+1:LengthOfSignal)); %去除时延造成的空白信号
title('Signal Input');
subplot(2,1,2);
plot(y_out(delay(6)+1:LengthOfSignal)); %去除时延造成的空白信号
title('Signal Output');
figure(2);
subplot(2,1,1);
hist(r,256);
title('Amplitude Distribution Of Rayleigh Signal')
subplot(2,1,2);
hist(angle(r0));
title('Angle Distribution Of Rayleigh Signal');
figure(3);
plot(Sf1);
title('The Frequency Response of Doppler Filter');