瑞利衰落信道的matlab仿真【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設計</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　瑞利衰落信道的MATLAB仿真</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 通信工程

2、 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b>&

3、lt;/p><p>　　在無線通信信道環(huán)境中，電磁波經(jīng)過反射折射散射等多條路徑傳播到達接收機后，總信號的強度服從瑞利分布。同時由于接收機的移動及其他原因， 信號強度和相位等特性又在起伏變化，故稱為瑞利衰落。信息技術的快速發(fā)展, 使得通信系統(tǒng)在性能不斷提高的同時也變得越來越復雜。正因為如此,采用傳統(tǒng)技術對通信系統(tǒng)進行分析和設計的日子一去不復返,而由于計算機仿真方法的廉價性、高效性和靈活性, 使其成為了通信系統(tǒng)中的主要設

4、計和分析手段之一。matlab仿真就是是無線通信系統(tǒng)實驗中常用的一種仿真技術。</p><p>　　論文主要講述了瑞利衰落信道的概念以及各種衰落類型分類和它們的各種特性：頻率特性、時域特性、角度特性。同時根據(jù)瑞利衰落的各種特性提出了兩種克服技術即OFDM技術和MIMO技術，同樣論文對這兩種技術的原理進行了具體介紹。論文還闡述了matlab仿真的概念和在各種領域的應用。主要敘述了如何用matlab對瑞利衰落信道進行

5、仿真，以及仿真的各項流程，同時對信道的各個模塊代碼如何運行進行了具體解析，最后給出仿真結果圖。</p><p>　　關鍵詞：瑞利衰落信道;Matlab 仿真;無線通信 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In wireless communication channel environment, el

6、ectromagnetic wave passes reflection refraction scattering etc multiple paths, always arrive receiver spread after the intensity of the signal of the obey Rayleigh distribution. And because the receiver mobile and other

7、reasons, signal strength and phase fluctuation characteristics and in so called the Rayleigh fading. The rapid development of information technology, makes the communication system in unceasing enhancement while performa

8、nce is also</p><p>　　The graduation design mainly introduces the concept of Rayleigh fading channel, and various types of classification and their decline of various characteristics: frequency characteristic

9、s, time-domain features, Angle characteristics. And according to the various characteristics of Rayleigh fading presents two overcome technical namely OFDM technology and MIMO technology, also the papers on the principle

10、 of the two technologies are introduced. This paper expounds the concept and the simulation of</p><p>　　KeyWords:Rayleigh fading channel;Matlab simulation;wireless communications</p><p><b>

11、;　　目 錄</b></p><p><b>　　1 概述1</b></p><p>　　1.1 課題研究背景及意義1</p><p>　　1.2 開發(fā)工作與論文的主要內(nèi)容1</p><p>　　1.2.1 開發(fā)工作主要內(nèi)容1</p><p>　　1.2.2 論文內(nèi)容2&

12、lt;/p><p>　　2 瑞利衰落信道3</p><p>　　2.1 瑞利衰落信道的概念3</p><p>　　2.2 如何克服瑞利衰落信道4</p><p>　　2.2.1 OFDM系統(tǒng)4</p><p>　　2.2.2 MIMO天線技術5</p><p>　　2.3 本章小結6&l

13、t;/p><p>　　3 MATLAB的應用、開發(fā)環(huán)境和開發(fā)流程7</p><p><b>　　3.1方案設計7</b></p><p>　　3.2 MATLAB的應用7</p><p>　　3.3 MATLAB的開發(fā)環(huán)境8</p><p>　　3.4 本章小結10</p>&

14、lt;p>　　4 瑞利衰落信道的仿真11</p><p>　　4.1 matllab的仿真流程11</p><p>　　4.1.1本次課題仿真的總流程圖11</p><p>　　4.1.2各模塊所用代碼解釋11</p><p>　　4.2 安裝完成后在指定路徑下打開源程序14</p><p>　　4.3

15、程序仿真結果15</p><p>　　4.4 有待完善的地方17</p><p><b>　　5 結論18</b></p><p>　　致 謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻19</b></p><p>　　附錄1 主要源程序代碼21&l

16、t;/p><p>　　附錄2 畢業(yè)設計作品說明書23</p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　1.1 課題研究背景及意義</p><p>　　隨著科學技術的不斷提高,無線通信系統(tǒng)不斷更新還代,無線通信走入各家各戶，它帶來的便利深入人心。無線移動通信自誕生以來，其發(fā)展速度令人驚嘆。經(jīng)歷第二代和第三

17、代移動通信的快速發(fā)展，下一代即后三代(Beyond 3G)或第四代移動通信系統(tǒng)(4G)的研究工作已經(jīng)開始展開。移動信道的研究與應用為移動通信開辟更為廣闊的前景,認識移動信道本身的特性是解決移動通信中關鍵技術的前提. 瑞利衰落信道是一種無線電信號傳播環(huán)境的統(tǒng)計模型。這種模型假設信號通過無線信道之后，其信號幅度是隨機的，即“衰落”，并且其包絡服從瑞利分布。在無線通信中，信號通過無線信道后，由于基站周圍反光物體或者其它障礙物的阻塞，經(jīng)過多種路

18、徑的反射、折射，導致信號幅度隨機化，使信號的干擾增大，給接受信號帶來很大不便。而第四代移動通信技術要普及，就要研發(fā)出瑞利衰落信道的解決方法，所以研究瑞利衰落信道具有很大的意義。</p><p>　　在MIMO中，傳統(tǒng)的多天線被用來增加分集度從而克服信道衰落。具有相同信息的信號通過不同的路徑被發(fā)送出去，在接收機端可以獲得數(shù)據(jù)符號多個獨立衰落的復制品，從而獲得更高的接收可靠性。MIMO技術充分開發(fā)空間資源，利用多個天

19、線實現(xiàn)多發(fā)多收，在不需要增加頻譜資源和天線發(fā)送功率的情況下，可以成倍地提高信道容量。要克服瑞利衰落信道帶來的不便，就要先研究它的特性。當在實際電子通信系統(tǒng)中進行試驗研究比較困難或更本無法實現(xiàn)時，仿真技術就成為必然選擇。我的研究課題就是利用Matlab仿真對瑞利衰落信道進行模擬仿真，對產(chǎn)生的各種符合瑞利分布的信道系數(shù)畫出曲線圖，并進行分析研究。</p><p>　　1.2 開發(fā)工作與論文的主要內(nèi)容</p>

20、;<p>　　1.2.1 開發(fā)工作主要內(nèi)容</p><p>　　瑞利衰落信道是無線通信系統(tǒng)中最常用的信道模型之一。本課題要求掌握matlab程序設計，通過m語言編程實現(xiàn)對瑞利衰落信道的matlab仿真。要求根據(jù)瑞利衰落信道模型，產(chǎn)生符合瑞利分布的信道系數(shù)，畫出相應的曲線圖。</p><p><b>　　信道仿真具體步驟：</b></p>&

21、lt;p>　　通過m語言編程建立瑞利衰落信道模型;</p><p>　　代入各項參數(shù)產(chǎn)生符合瑞利分布的信道系數(shù)；</p><p>　　通過這些信道系數(shù)畫出相應的曲線圖。</p><p>　　1.2.2 論文內(nèi)容</p><p>　　論文分為五章。第一章概述介紹了本課題的背景意義和研究開發(fā)的主要內(nèi)容。第二章解釋了瑞利衰落信道的產(chǎn)生原理及克

22、服技術，同時介紹了OFDM系統(tǒng)和MIMO天線技術的原理。第三章介紹了信道仿真平臺的開發(fā)環(huán)境和開發(fā)流程以及MATLAB的應用。第四章是仿真的主要步驟和運行結果，通過信道系數(shù)畫出的曲線圖，以及有待完善的地方。最后一章結論對整個論文工作情況進行總結。</p><p><b>　　2 瑞利衰落信道</b></p><p>　　2.1 瑞利衰落信道的概念</p>

23、<p>　　瑞利衰落信道（Rayleigh fading channel）是一種無線電信號傳播環(huán)境的計模型。這種模型假設信號通過無線信道之后，其信號幅度是隨機的，即“衰落”，并且其包絡服從瑞利分布，這一信道模型能夠描述由電離層和對流層反射的短波信道，以及建筑物密集的城市環(huán)境。</p><p>　　在無線通信信道環(huán)境中[1] [2]，電磁波經(jīng)過反射折射散射等多條路徑傳播到達接收機后，信號的強度服從瑞利分布

24、。 同時由于接收機的移動及其他原因， 信號強度和相位等特性又在起伏變化， 故稱為瑞利衰落。如果收到的信號中除了經(jīng)反射折射散射等來的信號外， 還有從發(fā)射機直接到達接收機 （如從衛(wèi)星直接到達地面接收機）的信號，那么總信號的強度服從分布萊斯，則稱為萊斯衰落。蜂窩中的信號傳播高度依賴基站布置和周圍的反光物體的幾何形狀，如果信號沒有被障礙物阻塞，信號的能量會一直向四面八方輻射。由于隨機信號的變更，一個呼叫同樣會被放棄如果移動物體和它的基站之間的信

25、號強度低于通訊所需的最小閾值。就是說一個信號從無線信道里傳出來如果基站周圍有障礙物或者反光物體就會使信號強度變?nèi)?，信號幅度變得有高有低，如果低于信號接受的低于最小閾值，就無法通訊，這種現(xiàn)象就是瑞利衰弱。衰落有幾種表現(xiàn)形式：</p><p>　　(1)慢衰落：它主要是指電磁波在傳播路徑上受到建筑物等的阻擋所產(chǎn)生陰影效應而產(chǎn)生的衰落，反映了在中等范圍內(nèi)(數(shù)百波長量級)的接收信號電平平均值起伏變化的趨勢。典型的分布遵從

26、對數(shù)正態(tài)分布。</p><p>　　(2)快衰落：快衰落又稱小尺度衰落，它反映的事微觀小范圍的空間，時間和頻率上接收信號所呈現(xiàn)的快速起伏。一般由于基站或者移動臺附近的物體對信號的散射作用引起?？焖ヂ湎陆邮招盘柕陌j的典型分布是瑞利(Rayleigh)分布，有些情況下還可能是萊斯(Rice)分布或者納可伽米(Nakaga-mi)分布。</p><p>　　移動信道環(huán)境中，任意時間t接收的瞬時

27、復信號r(t)可以表達為：</p><p>　　R(t)=a(t)ejw(t)(2-1)</p><p>　　其中a(t)代表接受信號r(t)的包絡，由快衰落和慢衰落一起決定，w(t)代表r(t)的相位，而且由衰落過程的頻域特性、時域特性和空域特性來決定，這些特性分別與多徑信號的多普勒擴展(時間選擇性衰落)、時延擴展(頻率選擇性衰落)和角度擴展有關(空間選擇性衰落)。Rayleigh衰落

28、分布：接收信號可由大量的平面波復合而成，此時接收信號可視為廣義平穩(wěn)復高斯隨機過程。因此，我們可以用該隨機過程來對信道建模,設</p><p>　　Hpq=Re(Hpq)+jIm(Hpq) (2-2)</p><p>　　對于某些類型的散射環(huán)境，比如2D全向散射，Re(Hpq)和 Im(Hpq)是獨立同分布的零均值高斯隨機過程，方差均為一。這時

29、，信道增益的幅度Rpq服從Rayleigh分布。</p><p>　　2.2 如何克服瑞利衰落信道</p><p>　　2.2.1 OFDM系統(tǒng)</p><p>　　OFDM是一種多載波調(diào)制技術[3]，其原理是將高速的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化為低速的并行數(shù)據(jù)究了無線信道傳播理論基礎上，分析了無線信道傳播特性，建立了各種衰落信道的結構模型，設計了無線信道抽頭延遲線模型和Jake

30、s仿真模型。對路徑損耗信道模型進行了分析，比較了各模型的特點，仿真分析了模型誤差，提出了各種模型的適用環(huán)境。對0FDM系統(tǒng)進行仿真，重點研究了理想同步情況下[4] [5],保護時隙( CP) 和不同的信道估計方法在高斯信道和多徑瑞利衰落信道下對OFDM系統(tǒng)性能的影響。在給出OFDM系統(tǒng)模型的基礎上, 用MATLAB語言實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的計算機仿真并給出參考設計程序。最后給出在不同的信道條件下,保護時隙、信道估計方法對OFDM 系統(tǒng)誤碼率影

31、響的比較曲線, 得出了較理想的結論。OFDM技術是多載波傳輸?shù)囊环N，其多載波之間相互正交，可以高效地利用頻譜資源，另外，OFDM將總帶寬分割為若干個窄帶子載波可以有效地抵抗頻率選擇性衰落。通過比較加保護間隔和不加保護間隔系統(tǒng)的誤碼率，給出OFDM具有獨特的抗多徑衰落特性。OFDM有很多獨特的優(yōu)點：頻譜利用率很高，比串行系統(tǒng)高近一倍，從理論上講其頻譜利用率可</p><p>　　基于小波變換的OFDM是小波理論[6

32、]與OFDM技術相結合而產(chǎn)生的一種新的多載波調(diào)制技術。利用了小波函數(shù)的非零平移自正交性和強頻譜帶限能力等優(yōu)勢。仿真該技術在瑞利衰落信道下的性能,并與傳統(tǒng)的OFDM技術進行比較。在低信噪比下,DWT-OFDM技術的性能要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的OFDM技術。OFDM技術具有良好的抗多徑干擾的能力。它將高速數(shù)據(jù)通過串并變換轉(zhuǎn)換為低速數(shù)據(jù)，同時通過插入保護間隔和循環(huán)前綴最大限度的減小了無線信道的多徑時延擴展所產(chǎn)生的時間彌散帶來的符號間干擾。利用接收信號

33、的兩種高階累積量的組合作為信號分類的特征值[7]，有效抵消瑞利衰落和多普勒頻移的影響。該方法可以在中頻對信號進行處理，不需要信號的載波頻率、波特率等先驗信息。計算機仿真表明，該方法對多徑瑞利快衰落和多普勒頻移穩(wěn)健，識別概率高，算法復雜度低，適合實時處理。</p><p>　　2.2.2 MIMO天線技術</p><p>　　在MIMO中，傳統(tǒng)的多天線被用來增加分集度從而克服信道衰落[8]。

34、具有相同信息的信號通過不同的路徑被發(fā)送出去，在接收機端可以獲得數(shù)據(jù)符號多個獨立衰落的復制品，從而獲得更高的接收可靠性。舉例來說，在慢瑞利衰落信道中，使用1根發(fā)射天線n根接收天線，發(fā)送信號通過n個不同的路徑。如果各個天線之間的衰落是獨立的，可以獲得最大的分集增益為n，平均誤差可以減地更小。對于發(fā)射分集技術來說，同樣是利用多條路徑的增益來提高系統(tǒng)的可靠性。在一個具有m根發(fā)射天線n根接收天線的系統(tǒng)中，如果天線對之間的路徑增益是獨立均勻分布的瑞

35、利衰落，可以獲得的最大分集增益為mn。需要特別指出的是在高信噪比的情況下，傳輸速率是自由度受限的，此時對于m根發(fā)射天線n根接收天線，并且天線對之間是獨立均勻分布的瑞利衰落的。MIMO系統(tǒng)在一定程度上可以利用傳播中多徑分量，也就是說MIMO可以抗多徑衰落，但是對于頻率選擇性深衰落，MIMO系統(tǒng)依然是無能為力, 在OFDM的基礎上合理開發(fā)空間資源,也就是MIMO+OFDM，可以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。另外OFDM由于碼率低和加入了時間保護間

36、隔而具有極強的抗多徑干擾能力。由于多徑時延小于保護間隔</p><p>　　已有前輩指出信道模型對于評估MIMO通信系統(tǒng)的性能非常重要[9]MIMO技術充分開發(fā)空間資源，利用多個天線實現(xiàn)多發(fā)多收，在不需要增加頻譜資源和天線發(fā)送功率的情況下，可以成倍地提高信道容量。并在分析 無線信道傳播特征的基礎上，討論了常見的MIMO物理模型，然后研究了MIMO信道建模的基本問題，提出了建模的基本步驟和方法，即從幾何參數(shù)到陣列相

37、關矩陣，然后導出MIMO協(xié)方差矩陣，最后產(chǎn)生符合要求的信道增益矩陣。這一方法對于進MIMO系統(tǒng)性能的分析和仿真是很有用的。MIMO系統(tǒng)有許多優(yōu)點，但是在實際應用中，無論是為了提高系統(tǒng)的可靠性利用其分集特性，還是為了提高系統(tǒng)容量利用其空分復用特性，都不可避免地在發(fā)送端和接收端布置多副天線，因此其射頻鏈路的硬件成本和通信雙方為保持信道的非相關性所需空間的局限性(尤其是移動端)，以及天線數(shù)目的增加所導致的空時碼編譯碼的復雜性都在一定程度上限制

38、MIMO系統(tǒng)的快速應用。MIMO．OFDM技術[10] [11]將OFDM與空時編碼技術有機的結合在一起，能夠大幅度的提高無線通信系統(tǒng)的信道容量和傳輸速率，并能有效的抵抗多徑衰落、抑制干擾和噪聲，在分析移動無線信道衰落特</p><p><b>　　2.3 本章小結</b></p><p>　　本章主要講述了瑞利衰落信道的產(chǎn)生原理及對無線通信的影響，同時從原理上講述了

39、OFDM多載波調(diào)制技術和MIMO天線技術能有效抵抗多經(jīng)衰落、抑制干擾和噪聲，OFDM技術是多載波傳輸?shù)囊环N，其多載波之間相互正交，可以高效地利用頻譜資源，另外，OFDM將總帶寬分割為若干個窄帶子載波可以有效地抵抗頻率選擇性衰落。因此基于這兩種技術的潛力，將二者結合起來可以成為新一代移動通信核心技術的解決方案,能大幅度提高無線通信系統(tǒng)的信道容量和傳輸速率，是克服瑞利衰落信道現(xiàn)象的最主要技術。</p><p>　　3

40、 MATLAB的應用、開發(fā)環(huán)境和開發(fā)流程</p><p><b>　　3.1方案設計</b></p><p>　　本次課題是基于MATLAB軟件平臺的瑞利衰落信道的仿真，先從學校網(wǎng)站上下載matlab6.5軟件，再安裝在電腦上，運行調(diào)試后用M語言編程實現(xiàn)瑞利衰落信道的源程序，在用源程序建立瑞利衰落信道的模型，代入幾個變量后得到相應的符合瑞利分布的信道系數(shù)，最后根據(jù)這些

41、信道系數(shù)畫出相應的曲線圖。</p><p>　　3.2 MATLAB的應用</p><p>　　當在實際電子通信系統(tǒng)中進行試驗研究比較困難或更本無法實現(xiàn)時，仿真技術就成為必然選擇[12]。信息技術的快速發(fā)展, 使得通信系統(tǒng)在性能不斷提高的同時也變得越來越復雜。 正因為如此, 采用傳統(tǒng)技術對通信系統(tǒng)進行分析和設計的日子一去不復返, 而由于計算機仿真方法的廉價性、高效性和靈活性, 使其成為了通

42、信系統(tǒng)中的主要設計和分析手段之一。 另一方面, 計算機仿真更是進行通信與網(wǎng)絡等科研工作時所必備的工具。matlab仿真就是是無線通信系統(tǒng)實驗中常用的一種仿真技術。</p><p>　　Matlab仿真在無線通信系統(tǒng)中的一項運用就是用于信道建模[13]：建立系統(tǒng)模型的過程。又稱模型化。建模是研究系統(tǒng)的重要手段和前提。凡是用模型描述系統(tǒng)的因果關系或相互關系的過程都屬于建模。圖描述的關系各異，所以實現(xiàn)這一過程的手段和方

43、法也是多種多樣的?？梢酝ㄟ^對系統(tǒng)本身運動規(guī)律的分析，根據(jù)事物的機理來建模;也可以通過對系統(tǒng)的實驗或統(tǒng)計數(shù)據(jù)的處理,并根據(jù)關于系統(tǒng)的已有的知識和經(jīng)驗來建模。指出研究信道的快變衰落特性及其仿真實現(xiàn)方法對通信系統(tǒng)的設計與性能分析具有重要意義現(xiàn)有的信道仿真方法主要用于緩變衰落信道 而未來的無線通信系統(tǒng)工作頻率更高容量更大用戶移動速度更快信道的快變特性更加明顯。同時研究了基于時間延遲線(TDL)模型和多速率濾波的快變信道仿真方法，討論了其仿真實

44、現(xiàn)過程 給出了仿真結果，該方法具有計算量小和實現(xiàn)容易的優(yōu)點，還分析了快變信道對正交頻分復用OFDM通信系統(tǒng)性能的影響，為快變信道中的OFDM 系統(tǒng)均衡器設計與性能優(yōu)化奠定了基礎。</p><p>　　Matlab一個高級的距陣/陣列語言[14]，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結構、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個較大的復雜的應用程序(M文件)后再一起運行

45、。新版本的MATLAB語言是基于最為流行的C＋＋語言基礎上的，因此語法特征與C＋＋語言極為相似（和C語言也相似），而且更加簡單，更加符合科技人員對數(shù)學表達式的書寫格式。使之更利于非計算機專業(yè)的科技人員使用。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強，這也是MATLAB能夠深入到科學研究及工程計算各個領域的重要原因。simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，廣泛應用于線性系統(tǒng)、數(shù)字控制、非線性系統(tǒng)以及數(shù)字信號處理的建模和仿真。sim

46、ulink采用模塊化方式，每個模塊都有自己的輸入/輸出端口，實現(xiàn)一定的功能。在simulink中，仿真模型表現(xiàn)為若干個仿真模塊的集合以及這些模塊之間的連接關系，這就使得仿真的設計和分析過程變得相對直觀和便捷，同時有利于仿真模型的擴充。 </p><p>　　3.3 MATLAB的開發(fā)環(huán)境</p><p>　　在開發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個文件和圖形窗口；在編程方面支持了函數(shù)嵌套，有條

47、件中斷等；在圖形化方面，有了更強大的圖形標注和處理功能，包括對性對起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向Excel和HDF5。Matlab一個高級的距陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結構、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個較大的復雜的應用程序(M文件)后再一起運行。新版本的MATLAB語言是基于最為流行的C＋＋語言基礎上的，因此語法特征與C＋＋語言極為相似（和C語言也

48、相似），而且更加簡單，更加符合科技人員對數(shù)學表達式的書寫格式。使之更利于非計算機專業(yè)的科技人員使用。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強，這也是MATLAB能夠深入到科學研究及工程計算各個領域的重要原因。</p><p>　　Matlab常用工具箱介紹(英漢對照) [15]</p><p>　　Matlab Main Toolbox——matlab主工具箱 </p><

49、p>　　Control System Toolbox——控制系統(tǒng)工具箱 </p><p>　　Communication Toolbox——通訊工具箱 </p><p>　　Financial Toolbox——財政金融工具箱 </p><p>　　System Identification Toolbox——系統(tǒng)辨識工具箱 </p><p

50、>　　Fuzzy Logic Toolbox——模糊邏輯工具箱 </p><p>　　Higher-Order Spectral Analysis Toolbox——高階譜分析工具箱 </p><p>　　Image Processing Toolbox——圖象處理工具箱 </p><p>　　LMI Control Toolbox——線性矩陣不等式工具箱 &

51、lt;/p><p>　　Model predictive Control Toolbox——模型預測控制工具箱 </p><p>　　μ-Analysis and Synthesis Toolbox——μ分析工具箱 </p><p>　　Neural Network Toolbox——神經(jīng)網(wǎng)絡工具箱 </p><p>　　Optimization

52、 Toolbox——優(yōu)化工具箱 </p><p>　　Partial Differential Toolbox——偏微分方程工具箱 </p><p>　　Robust Control Toolbox——魯棒控制工具箱 </p><p>　　Signal Processing Toolbox——信號處理工具箱 </p><p>　　Spline

53、 Toolbox——樣條工具箱 </p><p>　　Statistics Toolbox——統(tǒng)計工具箱 </p><p>　　Symbolic Math Toolbox——符號數(shù)學工具箱 </p><p>　　Simulink Toolbox——動態(tài)仿真工具箱 </p><p>　　System Identification Toolbox

54、——系統(tǒng)辨識工具箱 </p><p>　　Wavele Toolbox——小波工具箱 </p><p>　　例如：控制系統(tǒng)工具箱包含如下功能： </p><p>　　連續(xù)系統(tǒng)設計和離散系統(tǒng)設計 </p><p>　　狀態(tài)空間和傳遞函數(shù)以及模型轉(zhuǎn)換 </p><p>　　時域響應（脈沖響應、階躍響應、斜坡響應） <

55、/p><p>　　頻域響應（Bode圖、Nyquist圖） </p><p><b>　　根軌跡、極點配置 </b></p><p>　　MATLAB R2007b新版本中，產(chǎn)品模塊進行了一些調(diào)整，MATLAB Builder for COM的功能集成到MATLAB Builder for .net中去了，F(xiàn)inacial Time Series

56、Toolbox的功能集成到Financial Toolbox中了。MATLAB 將高性能的數(shù)值計算、矩陣計算和可視化集成在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而被廣泛地應用于科學計算、控制系統(tǒng)、信息處理等領域的分析、仿真和設計工作，而且利用 MATLAB 產(chǎn)品的開放式結構，可以非常容易地對 MATLAB 的功能進行擴充，從而在不斷深化對問題認識的同時，不斷完善 MATLAB 產(chǎn)品以提高產(chǎn)品自身的競爭能力 。同時也使MATLAB越來越被廣泛運

57、用于科學研究和日常教學仿真。</p><p>　　R2007b 提供了重大的新功能： 直接在命令行使用 Real-Time Workshop 的 嵌入式 MATLAB 函數(shù)的 C 代碼生成。 另外，Simulink 中的嵌入式 MATLAB 函數(shù)塊支持多 M 文件中的算法。</p><p><b>　　3.4 本章小結</b></p><p>

58、　　本章主要講述了MATLAB軟件在無線通信系統(tǒng)中的應用，以及matlab的構成主要開發(fā)環(huán)境和所包含的各種工具，通過matlab仿真建立信道模型，為現(xiàn)實的實驗工作提供了極大便利，同時介紹了MATLAB的開發(fā)環(huán)境與各項流程。</p><p>　　4 瑞利衰落信道的仿真</p><p>　　4.1 matllab的仿真流程</p><p>　　4.1.1本次課題仿真的總

59、流程圖</p><p>　　瑞利衰落信道可以通過實部和虛部都服從獨立的高斯分布變量來仿真生成。不過，在一般情況下，人們只對幅度的波動感興趣．針對這種情況，大體上有兩類方法可以仿真產(chǎn)生瑞利衰落信道．一類方法是Jakes模型來實現(xiàn)瑞利衰落信道，另一類方法是利用高斯白噪聲通過濾波器的方法對瑞利衰落信道進行建模。本次畢業(yè)設計就是利用成型濾波法進行對瑞利衰落信道的仿真：</p><p>　　圖4-1

60、瑞利衰落信道仿真總流程圖</p><p>　　高斯白噪聲過程通過譜成形濾波器后，各樣本過程之間就引入了一定數(shù)量的相關性．在移動通信系統(tǒng)中瑞利衰落的產(chǎn)生是由于接收端的移動所致，所以譜成形濾波器采用具有最大多普勒頻移的多普勒濾波器．設Ig(n)和Qg(n)分別代表復高斯白噪聲過程通過譜成形濾波器后的同相和正交分量，那么，瑞利衰落包絡可表示成如下：</p><p>　　a(n)=

61、 (4-1)</p><p>　　4.1.2各模塊所用代碼解釋</p><p>　　本次程序分為3段，每一段程序生成一副圖像，第一段程序生成多普勒功率譜密度，第二段程序生成瑞利信道包絡分布圖，第三段生成瑞利分布概率密度函數(shù)圖，Matlab中提供了直接的函數(shù)，生成瑞利分布隨機數(shù)raylrnd</p><p>　　fc=900*10.

62、^6; %載波頻率為9000 </p><p>　　wc=2*pi*fc; </p><p>　　v1=30*1000/3600; %Receiver spee[km/h]接收器速度 </p><p>　　c=300*10^6; %Light speed 亮速度圖片</p><p&g

63、t;　　wm=wc*(v1/c); %Maximum shift 最大位移 </p><p>　　fm=wm/(2*pi); %Doppler shift 多普勒頻移</p><p>　　N =128*100; % generate Doppler power spectrum 使形成多普勒功率譜</p>

64、<p>　　deltaf = 2*fm/(N-1); </p><p>　　T = 1/deltaf; </p><p>　　sf0 = 1.5/(pi*fm); </p><p>　　for n = 1:(N-2)/2 </p><p>　　sf(n) = 1.5/(pi*fm*sqrt(1-(n*deltaf/fm)^2));

65、 </p><p><b>　　end </b></p><p>　　classicf = [fliplr(sf),sf0,sf]; </p><p>　　figure(1); %繪制圖像（1） </p><p>　　plot(classicf); 繪圖指令</p>

66、;<p>　　% generate two normally distributed random variables</p><p>　　%使形成兩個分布式隨機變量 </p><p>　　gaussN_re1 = randn(1,(N-2)/2); </p><p>　　gaussN_im1 = randn(1,(N-2)/2); </p>

67、;<p>　　gaussN_pos1 = gaussN_re1 + i*gaussN_im1; </p><p>　　gaussN_neg1 = conj(gaussN_pos1); </p><p>　　gaussN1 = [fliplr(gaussN_neg1),0,gaussN_pos1]; </p><p>　　gaussN_re2 = ran

68、dn(1,(N-2)/2); </p><p>　　gaussN_im2 = randn(1,(N-2)/2); </p><p>　　gaussN_pos2 = gaussN_re2 + i*gaussN_im2; </p><p>　　gaussN_neg2 = conj(gaussN_pos2); </p><p>　　gaussN2

69、= [fliplr(gaussN_neg2),0,gaussN_pos2]; </p><p>　　% generating flat Rayleigh fading channel產(chǎn)生平坦的瑞利衰落信道</p><p>　　x = ifft(sqrt(classicf).*gaussN1);高斯白噪聲1通過成形濾波器1后的同相正交分量</p><p>　　y =

70、ifft(sqrt(classicf).*gaussN2);高斯白噪聲2通過成形濾波器2后的同相正交分量</p><p>　　rayleigh_amp = sqrt(abs(x).^2+abs(y).^2); </p><p>　　rayleigh_db = 20*log10(rayleigh_amp); </p><p>　　figure(2);

71、 %繪制圖像（2） </p><p>　　plot(rayleigh_db); 繪制圖瑞利包絡分布圖單位為db即衰落量</p><p>　　figure(3) %繪制圖像（3）</p><p>　　r = sqrt(0.5*(gaussN_re1.^2 + gaussN_re2.^2));&

72、lt;/p><p>　　step = 0.1; range = 0:step:3;橫軸范圍為0~3</p><p>　　h = hist(r, range);概率計算范圍</p><p>　　fr_approx = h/(step*sum(h));</p><p>　　fr = (range/0.5).*exp(-range.^2);</p

73、><p>　　plot(range, fr_approx,'ko', range, fr,'k');</p><p><b>　　grid;</b></p><p>　　4.2 安裝完成后在指定路徑下打開源程序</p><p>　　圖4-2正確安裝matlab6.5后的初始界面</p&g

74、t;<p>　　圖4-3在命令窗口中打開源程序（連上圖）</p><p><b>　　4.3程序仿真結果</b></p><p>　　圖4-4為源程序運行后的多普勒功率譜密度圖</p><p>　　圖中橫軸為多普勒頻移，縱軸為時間，這幅圖表示在1.5秒內(nèi)多普勒頻移最大的是13KHZ.</p><p>　　圖

75、4-5為源程序運行后的瑞利分布包絡圖</p><p>　　圖中橫軸為多普勒頻移，縱軸為衰落量單位是db。</p><p>　　圖4-6為源程序運行后的瑞利分布概率密度函數(shù)</p><p>　　4.4 有待完善的地方</p><p>　　(1)雖然通過運行源程序得出相應的信道參數(shù)，并畫出了曲線圖，但是我得出的曲線只是勉強符合瑞利分布，沒達到光滑

76、的曲線，有點小暇僻。</p><p>　　(2)只取了一種仿真方法，沒有互相對比確保準確性。</p><p>　　(3) MATLAB存在一個固有缺點，它和其他高級程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于MATLAB的程序不用編譯等預處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序為解釋執(zhí)行，所以速度較慢。</p><p><b>　　5 結論</b></p&g

77、t;<p>　　本次設計按照任務書的要求，首先對MATLAB程序設計進行了整體的認識，在了解了matlab程序構成M語言編寫規(guī)范后，又進一步對瑞利衰落信道的產(chǎn)生原理及信道建模流程進行了解。在做足準備工作之后，開始制定瑞利衰落信道的matlab仿真的設計方案。用M語言編程實現(xiàn)瑞利衰落信道的matlab的仿真，并根據(jù)建立的信道模型產(chǎn)生相應的符合瑞利分布的信道系數(shù)，最后畫出相應的曲線圖。</p><p>

78、　　但是也存在一些問題，根據(jù)信道系數(shù)畫出的曲線圖不夠光滑，只能勉強符合瑞利分布，而且由于只用了一種仿真方法，無法確保仿真的準確性。MATLAB存在一個缺點，它和其他高級程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于MATLAB的程序不用編譯等預處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序為解釋執(zhí)行，所以速度較慢。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] A.

79、GoldSmith, wireless communications [M]. New York: Cambridge University Press,2005.</p><p>　　[2] MAO Jian-lin，WU Zhi-ming, Optimal distributed resource allocation in a wireless sensor network for control ses

80、tems[J]《浙江大學學報A（英文版）》2007，1，35（6）：12～14.</p><p>　　[3] 田期星．基于OFDM無線信道特性建模與仿真[D]，大連理工大學碩士學位論文，2008，5．</p><p>　　[4] 宦若虹，金向東．無線通信系統(tǒng)的Madab仿真[J]．電子技術應用，2006，1，21（12）：8～12</p><p>　　[5]

81、王乾,基于MATLAB/SIMULINK的多載波無線通信系統(tǒng)仿真及性能分析[D],中國海洋大學,2007，5</p><p>　　[6] 呂愛琴，田玉敏，朱明華．基于MatlAB的OFDM系統(tǒng)仿真及性能分析[J]．計算機仿真,2005，9 ，22(10)：6～9.</p><p>　　[7] 李煜國, 多徑瑞利信道下OFDM信號的識別方法研究[D], 西安電子科技大學,2009，5.&

82、lt;/p><p>　　[8] 任晶秋，董琳，王秀芳，天線相關性對瑞利衰弱下的MIMO相關信道容量影響[J].大慶石油學院學報，2009,1,23(9):13～16.</p><p>　　[9] 徐凱，MIMO無線通信系統(tǒng)的理論與關鍵技術研究[D]，北京郵電大學，2005，</p><p>　　[10] 付鵬，MIMO-OFDM系統(tǒng)中信道估計方法的研究[D], 西安

83、科技大學,2008,4.</p><p>　　[11] 馬正飛，殷翔.《數(shù)學計算方法與軟件工程運用》[M]北學工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[12] 鄭艷，高立群，李浚圣. Matlab仿真軟件在現(xiàn)代控制理論教學中的應用[J]. 沈陽教育學院學報,2008,2,26(6):16～19.</p><p>　　[13] 代光發(fā)，陳少平.快變衰弱信道的mat

84、lab仿真及應用[J].系統(tǒng)仿真學報，2005,1,23(9):10～13.</p><p>　　[14] 楊大成等．移動傳播環(huán)境理論基礎、分析方法和建模技術[M]一北京：機械工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　[15] 于春銳無線通信系統(tǒng)的信道建模與仿真研究[D]，國防科學技術大學,2007,4.</p><p>　　附錄1 主要源程序代碼</p&g

85、t;<p>　　fc=900*10.^6; %</p><p>　　wc=2*pi*fc; </p><p>　　v1=30*1000/3600;%Receiver spee[km/h]</p><p>　　c=300*10^6;%Light speed </p><p>　　wm

86、=wc*(v1/c); %Maximum shift </p><p>　　fm=wm/(2*pi); %Doppler shift </p><p>　　N =128*100; </p><p>　　% generate Doppler power spectrum </p><p>　　deltaf = 2*f

87、m/(N-1); </p><p>　　T = 1/deltaf; </p><p>　　sf0 = 1.5/(pi*fm); </p><p>　　for n = 1:(N-2)/2 </p><p>　　sf(n) = 1.5/(pi*fm*sqrt(1-(n*deltaf/fm)^2)); </p><p>&l

88、t;b>　　end </b></p><p>　　classicf = [fliplr(sf),sf0,sf]; </p><p>　　figure(1);%</p><p>　　plot(classicf); </p><p>　　% generate two normally distributed random var

89、iables</p><p>　　gaussN_re1 = randn(1,(N-2)/2); </p><p>　　gaussN_im1 = randn(1,(N-2)/2); </p><p>　　gaussN_pos1 = gaussN_re1 + i*gaussN_im1; </p><p>　　gaussN_neg1 = conj(

90、gaussN_pos1); </p><p>　　gaussN1 = [fliplr(gaussN_neg1),0,gaussN_pos1]; </p><p>　　gaussN_re2 = randn(1,(N-2)/2); </p><p>　　gaussN_im2 = randn(1,(N-2)/2); </p><p>　　gauss

91、N_pos2 = gaussN_re2 + i*gaussN_im2; </p><p>　　gaussN_neg2 = conj(gaussN_pos2); </p><p>　　gaussN2 = [fliplr(gaussN_neg2),0,gaussN_pos2]; </p><p>　　% generating flat Rayleigh fading c

92、hannel</p><p>　　x = ifft(sqrt(classicf).*gaussN1); </p><p>　　y = ifft(sqrt(classicf).*gaussN2); </p><p>　　rayleigh_amp = sqrt(abs(x).^2+abs(y).^2); </p><p>　　rayleigh_d

93、b = 20*log10(rayleigh_amp); </p><p>　　figure(2);% </p><p>　　plot(rayleigh_db); </p><p>　　figure(3)%</p><p>　　r = sqrt(0.5*(gaussN_re1.^2 + gaussN_re2.^2));</p>&

94、lt;p>　　step = 0.1; range = 0:step:3;</p><p>　　h = hist(r, range);</p><p>　　fr_approx = h/(step*sum(h));</p><p>　　fr = (range/0.5).*exp(-range.^2);</p><p>　　plot(rang

95、e, fr_approx,'ko', range, fr,'k');</p><p><b>　　grid;</b></p><p>　　附錄2 畢業(yè)設計作品說明書</p><p><b>　　一、作品名稱 </b></p><p>　　瑞利衰落信道的MATLAB仿真

96、</p><p><b>　　一、作品功能</b></p><p>　　1、通過m語言編程實現(xiàn)對瑞利衰落信道的matlab仿真 2、根據(jù)瑞利衰落信道模型，產(chǎn)生符合瑞利分布的信道系數(shù)，畫出相應的曲線圖</p><p><b>　　二、運行環(huán)境 </b></p><p><b>　　1、硬件環(huán)

97、境</b></p><p>　　PC機，基本要求，可以安裝運行MATLAB</p><p><b>　　2、軟件環(huán)境</b></p><p>　　在Windows XP操作系統(tǒng)下安裝Matlab 6.5,在其中運行，并設置好目錄D:\MATLAB\Work</p><p><b>　　四、操作步驟

98、</b></p><p>　　1、打開Matlab 6.5軟件，按下NEW M-File把完成的源程序打入其中，然后存儲在Work中。 </p><p>　　2、運行Matlab 6.5,提取Work中的untitled文件，按下Run鍵運行等待仿真結果圖。</p><p>　　3、如果提示錯誤則檢查源程序是否錯了或者操作是否失誤。</p>

99、<p>　　4、截下所需包絡分布圖和信道系數(shù)曲線圖。</p><p>　　5、使用完畢后關閉程序。 </p><p><b>　　五、注意事項 </b></p><p>　　1、注意輸入的源程序格式一定要正確，注釋前一定要有%； 2、存儲的文件格式必須是MATLAB文件格式。 </p><p>