畢業(yè)論文--基于matlab連續(xù)信道建模仿真

1、<p>　　題目 基于MATLAB連續(xù)信道建模仿真 </p><p>　　學(xué)院名稱(chēng)　 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí)　　　 </p><p>　　學(xué)生姓名　 　 </p><p>　　導(dǎo)師姓名

2、　 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要4</b></p><p>　　ABSTRACT4</p><p><b>　　第一章 緒論5</b></p><

3、;p><b>　　1.1選題意義5</b></p><p>　　1.2本論文的主要內(nèi)容6</p><p><b>　　第二章 信道6</b></p><p>　　2.1信道的分類(lèi)7</p><p>　　2.2信道數(shù)學(xué)模型7</p><p>　　2.2.1調(diào)制

4、信道模型7</p><p>　　2.2.2 編碼信道模型9</p><p>　　2.3信道中的噪聲9</p><p>　　2.4信道容量10</p><p>　　第三章 連續(xù)信道模型11</p><p>　　3.1連續(xù)信道的定義與分類(lèi)11</p><p>　　3.2AWGN信道模型

5、11</p><p>　　3.3 線性非時(shí)變信道模型12</p><p>　　3.3.1線性非時(shí)變信道的定義12</p><p>　　3.3.2恒參信道特性及對(duì)傳輸信號(hào)的影響13</p><p>　　3.4 多徑時(shí)變信道模型15</p><p>　　第四章 連續(xù)信道建模仿真19</p>&l

6、t;p>　　4.1MATLAB介紹19</p><p>　　4.2線性非時(shí)變信道建模仿真20</p><p>　　4.3 多徑信道模型仿真22</p><p>　　4.3.1單頻信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑時(shí)變信道22</p><p>　　4.3.2數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑非時(shí)變信道25</p><p>　　第五章 結(jié)束語(yǔ)

7、27</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　致 謝30</b></p><p><b>　　附 錄31</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文

8、介紹了移動(dòng)通信信道的基本理論，對(duì)移動(dòng)通信中的衰落信道，如AWGN信道和線性非時(shí)變信道和多徑信道進(jìn)行了分析和建模，并討論了隨參信道和恒參信道的傳輸特性以及對(duì)傳輸信號(hào)的影響。在此基礎(chǔ)上通過(guò)使用MATLAB仿真軟件得到信號(hào)通過(guò)幅頻失真信道、相頻失真信道與多徑信道之后的輸出波形與頻譜。</p><p>　　本文主要通過(guò)MATLAB軟件搭建仿真平臺(tái)，針對(duì)對(duì)AWGN信道模型和線性非時(shí)變信道模型以及多徑信道模型進(jìn)行仿真搭建仿真

9、平臺(tái)，從信號(hào)仿真圖分析比較三者的區(qū)別首先研究了數(shù)字通信的研究背景和國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)；然后對(duì)AWGN信道，線性非時(shí)變信道，多徑信道的基本方法進(jìn)行了研究，從信號(hào)波形圖進(jìn)行理論值分析和比較；最后用MATLAB軟件對(duì)AWGN和線性非時(shí)變信道以及多徑信道進(jìn)行了仿真，并將仿真結(jié)果和相位理想狀態(tài)下的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。</p><p>　　關(guān)鍵詞：通信原理 連續(xù)信道 線性非時(shí)變信道 多徑信道 仿真</p>

10、<p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This article describes the mobile communication channel of the basic theory of mobile communication fading channels, such as the AWGN channel and linear time-v

11、arying channel and multi-path channel is analyzed and modeled, and discussed with the reference channel and the constant reference channel transmission characteristics, and the transmission signal. On this basis, through

12、 the use of simulation software MATLAB get the signal through the channel amplitude-frequency distortion, phase and frequ</p><p>　　In this paper, through the MATLAB software to build simulation platform for

13、on AWGN channel model and linear time-varying channel model and the multi-path channel model simulation simulation platform built from the signal analysis and comparison of simulation diagram difference between the three

14、. First studied digital communication research background and research trends; Then AWGN channel, linear time-varying channel, multi-path channel basic methods have been studied from the signal waveform g</p><

15、p>　　Key words：Communication Theory; continuouschannel; linear time-varying channel; multipathchannel; simulation</p><p><b>　　第一章緒論</b></p><p><b>　　1.1選題意義</b></p&g

16、t;<p>　　當(dāng)今的社會(huì)已經(jīng)成為一個(gè)信息化的社會(huì)，信息化也成為了世界和社會(huì)發(fā)展的重要主題之一，作為信息交互的重要組成，通信越來(lái)越被人們所關(guān)注。理想的通信目標(biāo)是在任何時(shí)候、在任何地方、與任何人都能及時(shí)的進(jìn)行最小出錯(cuò)率的溝通聯(lián)系、以及信息交流。隨著人們對(duì)各種通信業(yè)務(wù)的需求迅速增加，正向著小型化、智能化、高速大容量的方向迅速發(fā)展的數(shù)字通信的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)的發(fā)展使通信系統(tǒng)和通信設(shè)備日益復(fù)雜。為使通信系統(tǒng)在一定條

17、件下具有最佳性能,就必須在設(shè)計(jì)時(shí)了解各種參數(shù)對(duì)性能的影響以及它們之間復(fù)雜的相互依從關(guān)系。隨著計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展,通信系統(tǒng)仿真已成為今天設(shè)計(jì)和分析通信系統(tǒng)的主要工具。</p><p>　　連續(xù)信道包括信道加性高斯白噪聲AWGN(AdditiveWhiteGaussionNoise)、線性非時(shí)變信道與多徑信道。AWGN是最基本的噪聲與干擾模型。而功率譜密度是均勻分布的，它意味著除了加性高斯白噪聲外，r(t)與s(t)

18、沒(méi)有任何失真。即H(f)失真的；線性非時(shí)變信道主要對(duì)應(yīng)著恒參信道，主要包括幅頻失真信道、相頻失真信道；多徑信道對(duì)應(yīng)著隨參信道，研究連續(xù)信道即研究恒參信道以及隨參信道的模型。</p><p>　　信道是移動(dòng)通信的基本環(huán)節(jié)之一，信道的傳輸質(zhì)量影響著信號(hào)的接收和解調(diào)。因此，在對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)性能分析過(guò)程中信道對(duì)傳輸信號(hào)的影響是一個(gè)不可缺少的環(huán)節(jié)。目前人們對(duì)無(wú)線信道的研究和利用基本上還停留在第1代和第2代移動(dòng)通信系統(tǒng)研究開(kāi)

19、發(fā)時(shí)的水平上。【1】因此，對(duì)無(wú)線信道的進(jìn)一步研究顯得越來(lái)越重要，將是未來(lái)移動(dòng)通信發(fā)展面臨的重大課題。【2】移動(dòng)通信的傳輸媒介是無(wú)線信道，所有的信息都在這個(gè)信道中傳輸。信道性能的好壞直接決定著通信的質(zhì)量，因此要想在比較有限的頻譜上盡可能地高質(zhì)量、大容量傳輸有用的信息就要求必須十分清楚地了解信道的特性。通常，無(wú)線信道的傳播可分為大尺度傳播和小尺度傳播兩種。討論大尺度傳播不僅對(duì)分析信道的可用性、選擇載波頻率以及切換有重要意義，而且對(duì)于移動(dòng)無(wú)線

20、網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃也很重要。</p><p>　　1.2本論文的主要內(nèi)容</p><p>　　本論文主要研究的是連續(xù)信道的建模仿真。第二章首先簡(jiǎn)要介紹了信道的相關(guān)內(nèi)容，然后主要介紹了信道的定義與分類(lèi)，、信道模型、信道噪聲及信道容量第三章是對(duì)具體的連續(xù)信道的分析。主要包括了AWGN信道，線性非時(shí)變信道，多徑信道以及信道特性以及信道特性對(duì)傳輸信號(hào)的影響，隨參信道和恒參信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?。第四章則是利

21、用MATLAB軟件對(duì)AWGN信道、線性非時(shí)變信道和多徑信道進(jìn)行仿真，得到各自的信號(hào)波形仿真模型，并根據(jù)仿真結(jié)果分析比較三種模型。此外，由于在仿真的時(shí)候需要用MATLAB軟件，因此，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真之前，對(duì)MATLAB進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。</p><p><b>　　第二章 信道</b></p><p>　　通信的目的是傳輸信息，通信系統(tǒng)一般模型如圖下圖2-1</

22、p><p>　　圖2-1 通信系統(tǒng)模型</p><p>　　由圖可知信道是通信系統(tǒng)的重要組成部分，信道是一種物理煤質(zhì)，用來(lái)將來(lái)自發(fā)送設(shè)備的信號(hào)傳送到接收端。在無(wú)線信道中，信道可以是自由空間；在有線信道中，可以是明線、電纜和光纖。有線信道和無(wú)線信道均有多種物理煤質(zhì)。信道既給信號(hào)以通路，也會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生各種干擾和噪聲。信道的固有特性及引入的干擾和噪聲直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。</p>&

23、lt;p><b>　　2.1信道的分類(lèi)</b></p><p>　　信道是以傳輸媒質(zhì)為基礎(chǔ)的通道。信道連接發(fā)送端和接收端的通信設(shè)備，其功能是將信號(hào)從發(fā)送端傳送到接收端。是通信系統(tǒng)的重要組成部分，其特性對(duì)通信系統(tǒng)的性能有很大影響。按其不同特征有不同的分類(lèi)方法。</p><p>　　1.按信道的組成劃分，可分為廣義信道和狹義信道。 狹義信道-發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間用

24、以傳輸信號(hào)的媒介或通道。廣義信道-除了傳輸媒介外，還包括有關(guān)的部件和電路，如調(diào)制器、解調(diào)器、編碼器、解碼器等。</p><p>　　調(diào)制信道（廣義信道）：從調(diào)制器的輸出端至解調(diào)器的輸入端。調(diào)制信道又分為恒參信道和隨參信道。</p><p>　　編碼信道（廣義信道）：從編碼器輸出端至解碼器輸入端。編碼信道又分為無(wú)記憶編碼信道和有記憶編碼信道。</p><p>　　廣義

25、信道除了包括傳輸媒質(zhì)外，還包括與通信系統(tǒng)有關(guān)的變換裝置，這些裝置可以是發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、饋線與天線、調(diào)制器、解調(diào)器等等。這相當(dāng)于在狹義信道的基礎(chǔ)上， 擴(kuò)大了信道的范圍。廣義信道的引入主要是從研究信息傳輸?shù)慕嵌瘸霭l(fā)，使通信系統(tǒng)的一些基本問(wèn)題研究比較方便。</p><p>　　狹義信道是廣義信道十分重要的組成部分，通信效果的好壞，在很大程度上將依賴(lài)于狹義信道的特性。因此，在研究信道的一般特性時(shí)，“傳輸媒質(zhì)”是討論的

26、重點(diǎn)。</p><p>　　2.按傳輸介質(zhì)劃分，可分為有線信道和無(wú)線信道。有線信道-由各種傳輸線路構(gòu)成的信道。無(wú)線信道-電波傳播空間構(gòu)成的信道。</p><p>　　3.按傳輸信號(hào)的特征，可分為模擬信道（連續(xù)信道）和數(shù)字信道。模擬信道（連續(xù)信道）-傳輸模擬信號(hào)的信道。廣義信道中的調(diào)制信道屬于模擬信道。數(shù)字信道-傳輸數(shù)字信號(hào)的信道。</p><p><b>

27、　　2.2信道數(shù)學(xué)模型</b></p><p>　　信道數(shù)學(xué)模型用來(lái)表征實(shí)際物理信道特性，方便通信系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)。針對(duì)調(diào)制信道和編碼信道的數(shù)學(xué)模型分別說(shuō)明。</p><p>　　2.2.1調(diào)制信道模型</p><p>　　為研究調(diào)制與解調(diào)問(wèn)題，建立調(diào)制信道（廣義信道）。</p><p>　　只關(guān)心調(diào)制信道輸入信號(hào)形式和已調(diào)信號(hào)通過(guò)

28、調(diào)制信道后的信號(hào)與噪聲特性，不關(guān)心調(diào)制信道內(nèi)部變換過(guò)程。可用具有一定輸入、輸出關(guān)系的方框表示調(diào)制信道。調(diào)制信道共性： </p><p>　　(1)有一對(duì)（或多對(duì)）輸入端和一對(duì)（或多對(duì)）輸出端；</p><p>　　(2)絕大多數(shù)的信道為線性信道， 滿足線性疊加理；</p><p>　　(3)信號(hào)通過(guò)信道會(huì)有一定延遲，還會(huì)受到（固定的或時(shí)變的）損耗；</p>

29、;<p>　　(4)即使沒(méi)有信號(hào)輸入， 信道輸出端仍可能有功率輸出（噪聲）。</p><p>　　根據(jù)以上幾條性質(zhì)，調(diào)制信道可以用一個(gè)二端口(或多端口)線性時(shí)變網(wǎng)絡(luò)來(lái)表示，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)即調(diào)制信道模型。</p><p>　　圖2-2 調(diào)制信道模型</p><p>　　對(duì)于二對(duì)端的信道模型， 其輸出與輸入的關(guān)系：</p><p>　　

30、eo(t)=f［ei(t)］+n(t) (2.2- 1)</p><p>　　式中：ei(t)為輸入的已調(diào)信號(hào)； eo(t)為信道總輸出波形；n(t)為加性噪聲， n(t)與si(t)相互獨(dú)立，無(wú)依賴(lài)關(guān)系。f［ei(t)］表示已調(diào)信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)所發(fā)生的（時(shí)變）線性變換。 </p><p>　　假定能把f［ei(t)］寫(xiě)為k(t) ei(t)，

31、k(t)依賴(lài)于網(wǎng)絡(luò)的特性，k(t)×ei(t)反映網(wǎng)絡(luò)特性對(duì)ei(t)的作用。k(t)的存在，對(duì)ei(t)來(lái)說(shuō)是一種干擾，通常稱(chēng)其為乘性干擾。于是式(2.2-1)可表示為 </p><p>　　eo(t)=k(t) ei(t) +n(t) (2.2–2)</p><p>　　式(2.2–2)即為二對(duì)端信道的數(shù)學(xué)模型。</p>

32、<p>　　信道對(duì)信號(hào)的影響可歸結(jié)為兩點(diǎn)：</p><p>　?。?）乘性干擾k(t)，</p><p>　?。?）加性干擾n(t)。</p><p>　　對(duì)于信號(hào)，如果了解k(t)與n(t)的特性，就能知道信道對(duì)信號(hào)的具體影響。 通常信道特性k(t)是復(fù)雜函數(shù)，可能包括各種線性失真、非線性失真、交調(diào)失真、衰落等。同時(shí)由于信道的遲延特性和損耗特性隨時(shí)間作隨

33、機(jī)變化，故k(t)往往只能用隨機(jī)過(guò)程來(lái)描述。</p><p>　　實(shí)際使用的物理信道中，根據(jù)信道傳輸函數(shù)k(t)的時(shí)變特性的不同可以分為兩大類(lèi)：</p><p>　?。?）k(t)基本不隨時(shí)間變化，即信道對(duì)信號(hào)的影響是固定的或變化極為緩慢的，這類(lèi)信道稱(chēng)為恒定參量信道，簡(jiǎn)稱(chēng)恒參信道；</p><p>　　（2）信道傳輸函數(shù)k(t)隨時(shí)間隨機(jī)快變化， 這類(lèi)信道稱(chēng)為隨機(jī)參

34、量信道，簡(jiǎn)稱(chēng)隨參信道。</p><p>　　2.2.2 編碼信道模型</p><p>　　編碼信道包括調(diào)制信道、調(diào)制器和解調(diào)器，是數(shù)字信道或離散信道（區(qū)別調(diào)制信道模型 ）。編碼信道輸入、輸出是離散的時(shí)間信號(hào)。編碼信道對(duì)信號(hào)的影響：將輸入數(shù)字序列變成另一種輸出數(shù)字序列。信道噪聲或其他因素的影響，將導(dǎo)致輸出數(shù)字序列發(fā)生錯(cuò)誤， 因此輸入、輸出數(shù)字序列之間的關(guān)系用一組轉(zhuǎn)移概率來(lái)表征。

35、 </p><p>　　二進(jìn)制數(shù)字傳輸系統(tǒng)簡(jiǎn)單編碼信道模型如圖2-3。</p><p>　　圖2-3 二進(jìn)制數(shù)字傳輸系統(tǒng)簡(jiǎn)單編碼信道模型</p><p>　　P(0)和P(1)分別是發(fā)送“0”符號(hào)和“1”符號(hào)的先驗(yàn)概率，P(0/0)與P(1/1)是正確轉(zhuǎn)移的概率，而P(1/0)與P(0/1)是錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移概率。</p><p>　　信道噪聲越大

36、將導(dǎo)致輸出數(shù)字序列發(fā)生錯(cuò)誤越多，錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移概率P(1/0)與P(0/1)也就越大；反之，錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移概率P(1/0)與P(0/1)就越小。輸出的總的錯(cuò)誤概率為Pe=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1)</p><p>　　若信道噪聲或其他因素影響導(dǎo)致輸出數(shù)字序列發(fā)生的錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，則這種信道為無(wú)記憶編碼信道。根據(jù)無(wú)記憶編碼信道的性質(zhì)可以得到P(0/0)=1-P(1/0)，P(1/1)=1-P(0/1)。轉(zhuǎn)移概率完

37、全由編碼信道的特性決定。特定的編碼信道，有確定的轉(zhuǎn)移概率。由無(wú)記憶二進(jìn)制編碼信道模型，容易推出無(wú)記憶多進(jìn)制的模型。</p><p>　　若編碼信道有記憶，即：信道噪聲或其他因素影響導(dǎo)致輸出數(shù)字序列發(fā)生錯(cuò)誤是不獨(dú)立的，則編碼信道模型要復(fù)雜得多，信道轉(zhuǎn)移概率表示式也將變得很復(fù)雜。</p><p><b>　　2.3信道中的噪聲</b></p><p&g

38、t;　　恒參信道和隨參信道的各種畸變，屬于乘性干擾，除此之外還存在加性干擾（即加性噪聲）。加性噪聲的來(lái)源可以分為三個(gè)方面：人為噪聲、自然噪聲、內(nèi)部噪聲。人為噪聲：來(lái)源于其它無(wú)關(guān)的信號(hào)源，如外臺(tái)信號(hào)、開(kāi)關(guān)接觸噪聲、工業(yè)的點(diǎn)火輻射、熒光燈干擾等。自然噪聲：自然界存在的各種電磁波源，如閃電、大氣中的電暴、銀河系噪聲及其它各種宇宙噪聲等。 內(nèi)部噪聲：系統(tǒng)設(shè)備本身產(chǎn)生的各種噪聲，如導(dǎo)體中自由電子的熱運(yùn)動(dòng)（熱噪聲）、電源哼聲等。</p>

39、<p>　　噪聲的種類(lèi)很多，也有多種分類(lèi)方式，若根據(jù)噪聲的來(lái)源進(jìn)行分類(lèi)，一般可以分為三類(lèi)。 (1)人為噪聲。人類(lèi)活動(dòng)所產(chǎn)生的對(duì)通信造成干擾的各種噪聲。包括工業(yè)噪聲和無(wú)線電噪聲(2)自然噪聲。自然界存在的各種電磁波源所產(chǎn)生的噪聲。 如雷電、磁暴、太陽(yáng)黑子、銀河系噪聲、宇宙射線等。(3)內(nèi)部噪聲。通信設(shè)備本身產(chǎn)生的各種噪聲。來(lái)源于通信設(shè)備的各種電子器件、傳輸線、天線等。</p><p>　　根據(jù)噪聲的性

40、質(zhì)分類(lèi)，可以分為單頻噪聲、脈沖噪聲和起伏噪聲。這三種噪聲都是隨機(jī)噪聲。</p><p>　　(1) 單頻噪聲。 </p><p>　　單頻噪聲主要是無(wú)線電干擾，頻譜特性可能是單一頻率， 也可能是窄帶譜。單頻噪聲的特點(diǎn)：連續(xù)波干擾。</p><p><b>　　(2) 脈沖噪聲</b></p><p>　　在時(shí)間上無(wú)規(guī)則、

41、突發(fā)脈沖波形。包括工業(yè)干擾中的電火花、汽車(chē)點(diǎn)火噪聲、 雷電等。脈沖噪聲的特點(diǎn)：以突發(fā)脈沖形式出現(xiàn)、干擾持續(xù)時(shí)間短、脈沖幅度大、周期隨機(jī)、相鄰?fù)话l(fā)脈沖之間有較長(zhǎng)安靜時(shí)間。由于脈沖很窄，所以其頻譜很寬。但是隨著頻率的提高，頻譜強(qiáng)度逐漸減弱?？梢酝ㄟ^(guò)選擇合適的工作頻率、遠(yuǎn)離脈沖源等措施減小和避免脈沖噪聲的干擾。 </p><p><b>　　(3) 起伏噪聲</b></p><

42、p>　　連續(xù)波隨機(jī)噪聲，包括熱噪聲、散彈噪聲和宇宙噪聲。采用隨機(jī)過(guò)程分析方法表征其特性。起伏噪聲的特點(diǎn)：頻帶很寬，并且始終存在，是影響通信系統(tǒng)性能的主要因素。在以后各章分析通信系統(tǒng)抗噪聲性能時(shí)，都是以起伏噪聲為重點(diǎn)。</p><p><b>　　熱噪聲</b></p><p>　　傳輸媒質(zhì)中電子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生熱噪聲， 這種在原子能量級(jí)上的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的普遍特性

43、。通信系統(tǒng)中，電阻器件噪聲、天線噪聲、饋線噪聲以及接收機(jī)產(chǎn)生的噪聲均可以等效成熱噪聲。</p><p><b>　　2.4信道容量</b></p><p>　　信道容量是指信道中信息無(wú)差錯(cuò)傳輸?shù)淖畲笏俾?。在信道模型中定義了兩種廣義信道：調(diào)制信道和編碼信道。</p><p>　　調(diào)制信道是連續(xù)信道，可以用連續(xù)信道的信道容量來(lái)表征；編碼信道是離散信

44、道，可以用離散信道的信道容量來(lái)表征。</p><p><b>　　1．香農(nóng)公式</b></p><p>　　設(shè)信道帶寬為B（Hz），信道輸出信號(hào)功率為S（W），輸出加性高斯噪聲功率為N（W），則可以證明該信道的信道容量為</p><p><b>　　（2.3-1）</b></p><p>　　由香農(nóng)

45、公式可得以下結(jié)論：</p><p>　　（1）增大信號(hào)功率S可以增加信道容量，若信號(hào)功率趨于無(wú)窮大，則信道容量也趨于無(wú)窮大，即</p><p><b>　　（2.3-2）</b></p><p>　?。?）減小噪聲功率N（或減小噪聲功率譜密度n0）可以增加信道容量，若噪聲功率趨于零（或噪聲功率譜密度趨于零），則信道容量趨于無(wú)窮大，即</p

46、><p><b>　?。?.3-3）</b></p><p>　?。?）增大信道帶寬B可以增加信道容量，但不能使信道容量無(wú)限制增大。信道帶寬B趨于無(wú)窮大時(shí)，信道容量的極限值為</p><p><b>　　（2.3-4）</b></p><p>　　上式表明，保持S/n0一定，即使信道帶寬B??，信道容量

47、C也是有限的，這是因?yàn)樾诺缼払趨于無(wú)窮大時(shí)，噪聲功率N也趨于無(wú)窮大。</p><p>　　第三章 連續(xù)信道模型</p><p>　　本章主要介紹連續(xù)信道的定義與分類(lèi)，以及三種主要的連續(xù)信道。</p><p>　　3.1連續(xù)信道的定義與分類(lèi)</p><p>　　連續(xù)信道模型是針對(duì)輸入為連續(xù)信號(hào)，輸出也為連續(xù)信號(hào)的情況。連續(xù)信道包括AWGN信

48、道、線性非時(shí)變信道與多徑信道。</p><p>　　3.2AWGN信道模型</p><p>　　AWGN信道的簡(jiǎn)稱(chēng)是加性高斯白噪聲，AWGN信道模型可以用如圖3-1來(lái)表示。 </p><p>　　3-1AWGN信道模型</p><p>　　y(t)=x(t)+n(t),其中n(t)是高斯過(guò)程，在很寬的頻帶內(nèi)，可以將n(t)看成是一個(gè)白（功率譜

49、密度是常數(shù)）的隨機(jī)噪聲。通常用AWGN信道模型來(lái)等效一些恒參信道，如衛(wèi)星通信信道、光纖信道、同軸電纜信道。在常溫下290K下，n(t)的單邊功率譜密度為N=-174dBm/Hz</p><p>　　3.3 線性非時(shí)變信道模型</p><p>　　3.3.1線性非時(shí)變信道的定義</p><p>　　發(fā)送信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)線性非時(shí)變系統(tǒng)h (t)，如圖3-2所示。</p

50、><p>　　3-2線性非時(shí)變信道模型</p><p><b>　　（3.3-1）</b></p><p>　　信道的頻率響應(yīng)函數(shù)為 ，稱(chēng)|H（f）|為信道的幅頻響應(yīng)， 稱(chēng)為信道的相頻響應(yīng)。</p><p><b>　　1.幅度失真</b></p><p>　　當(dāng)信道的幅頻響應(yīng)不

51、是常數(shù)時(shí)，則輸人信號(hào)經(jīng)過(guò)信道后，輸人信號(hào)巾的不同頻率分量的衰減不同，信道輸出信號(hào)與輸人信號(hào)之間有幅度失。</p><p><b>　　2.相位失真</b></p><p>　　當(dāng)信道的相頻響應(yīng)抓不是經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的直線，即 時(shí)，輸人信號(hào)經(jīng)過(guò)信道后，不同頻率分量經(jīng)過(guò)信道的時(shí)延不同，信道輸出信號(hào)產(chǎn)生相位失真，稱(chēng)為信道的時(shí)延特性。 當(dāng)信道的時(shí)延特陣不是常數(shù)，但滿足在 ，輸入的窄

52、帶已調(diào)信號(hào)經(jīng)過(guò)信道后，不同頻率分量經(jīng)過(guò)信道的時(shí)延不同，輸出信號(hào)產(chǎn)生相位失真，引起信號(hào)波形失真，但信號(hào)的包絡(luò)不失真。稱(chēng)為信道的群時(shí)延。</p><p>　　3.3.2恒參信道特性及對(duì)傳輸信號(hào)的影響</p><p>　　恒參信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懯谴_定的或者是變化極其緩慢的。因此，其傳輸特性可以等效為一個(gè)線性時(shí)不變網(wǎng)絡(luò)。 只要知道網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性，就可以采用信號(hào)分析方法，分析信號(hào)及其網(wǎng)絡(luò)特性。&l

53、t;/p><p>　　線性網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性可以用幅度頻率特性和相位頻率特性來(lái)表征。 現(xiàn)在我們首先討論理想情況下的恒參信道特性。</p><p>　　1. 理想恒參信道特性</p><p>　　理想恒參信道就是理想的無(wú)失真?zhèn)鬏斝诺溃?其等效的線性網(wǎng)絡(luò)傳輸特為 （3.3-2） </p><p>　　其中 為傳輸系數(shù)， 為時(shí)間

54、延遲，它們都是與頻率無(wú)關(guān)的常數(shù)。根據(jù)信道的等效傳輸函數(shù)，可以得到幅頻特性為 |H(ω)|= ， 相頻特性為 。</p><p>　　信道的相頻特性通常還采用群遲延-頻率特性來(lái)衡量，所謂的群遲延-頻率特性就是相位-頻率特性的導(dǎo)數(shù)， 則群遲延-頻率特性可以表示為 ，理想信道的幅頻特性、 相頻特性和群遲延特性曲線如圖 3-11所示。理想恒參信道的沖激響應(yīng)為 h(t)= δ(t-td)若輸入信號(hào)為s(t)，則理想恒參信道

55、的輸出為r(t)= s(t-td) 。由此可見(jiàn)， 理想恒參信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懯牵?1) 對(duì)信號(hào)在幅度上產(chǎn)生固定的衰減；</p><p>　　(2) 對(duì)信號(hào)在時(shí)間上產(chǎn)生固定的遲延。這種情況也稱(chēng)信號(hào)是無(wú)失真?zhèn)鬏敗?lt;/p><p>　　(3)由理想的恒參信道特性可知，在整個(gè)頻率范圍，其幅頻特性為常數(shù)(或在信號(hào)頻帶范圍之內(nèi)為常數(shù))，其相頻特性為ω的線性函數(shù)(或在信號(hào)頻帶范圍之內(nèi)為ω的線性函數(shù))。

56、在實(shí)際中，如果信道傳輸特性偏離了理想信道特性，就會(huì)產(chǎn)生失真(或稱(chēng)為畸變)。如果信道的幅度-頻率特性在信號(hào)頻帶范圍之內(nèi)不是常數(shù)，則會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生幅度-頻率失真；如果信道的相位-頻率特性在信號(hào)頻帶范圍之內(nèi)不是ω的線性函數(shù)，則會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生相位-頻率失真。</p><p>　　2. 幅度-頻率失真</p><p>　　幅度-頻率失真是由實(shí)際信道的幅度頻率特性的不理想所引起的， 這種失真又稱(chēng)為頻率失真

57、，屬于線性失真。圖 3 - 3(a)所示是典型音頻電話信道的幅度衰減特性。由圖可見(jiàn)， 衰減特性在 300~3000 Hz頻率范圍內(nèi)比較平坦；300 Hz以下和 3000Hz以上衰耗增加很快，這種衰減特性正好適應(yīng)人類(lèi)話音信號(hào)傳輸。 CCITT M.1020建議規(guī)定的衰減特性如圖 3-3(b)所示。 </p><p><b>　　圖3-3</b></p><p>　　信

58、道的幅度-頻率特性不理想會(huì)使通過(guò)它的信號(hào)波形產(chǎn)生失真， 若在這種信道中傳輸數(shù)字信號(hào)，則會(huì)引起相鄰數(shù)字信號(hào)波形之間在時(shí)間上的相互重疊，造成碼間干擾。</p><p>　　3. 相位-頻率失真</p><p>　　當(dāng)信道的相位-頻率特性偏離線性關(guān)系時(shí)，將會(huì)使通過(guò)信道的信號(hào)產(chǎn)生相位-頻率失真，相位-頻率失真也是屬于線性失真。圖 3- 4給出了一個(gè)典型的電話信道的相頻特性和群遲延頻率特性?？梢钥闯?/p>

59、，相頻特性和群遲延頻率特性都偏離了理想特性的要求，因此會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的相頻失真或群遲延失真。在話音傳輸中，由于人耳對(duì)相頻失真不太敏感，因此相頻失真對(duì)模擬話音傳輸影響不明顯。</p><p>　　如果傳輸數(shù)字信號(hào)，相頻失真同樣會(huì)引起碼間干擾，特別當(dāng)傳輸速率較高時(shí)，相頻失真會(huì)引起嚴(yán)重的碼間干擾，使誤碼率性能降低。由于相頻失真也是線性失真，因此同樣可以采用均衡器對(duì)相頻特性進(jìn)行補(bǔ)償，改善信道傳輸條件。</p>

60、;<p><b>　　圖3-4</b></p><p>　　3.4 多徑時(shí)變信道模型</p><p>　　3.4.1多徑信道的相關(guān)概念</p><p>　　信道時(shí)變是指信道參數(shù)隨時(shí)間變化，它對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懯鞘馆斎诵盘?hào)的頻率彌散。若輸人信號(hào)為單頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)時(shí)變信道后的輸出不再是單頻信號(hào)，而是一個(gè)窄帶的信號(hào)，帶寬大小視時(shí)變因素的快慢

61、而定。引起信道參數(shù)時(shí)變的因素有周?chē)瓷潴w的移動(dòng)、接收機(jī)的移動(dòng)、傳輸媒介的隨時(shí)間變化等，時(shí)變的快慢由多普勒頻移等參數(shù)來(lái)描述。信道時(shí)變?cè)斐山邮招盘?hào)的強(qiáng)度隨時(shí)問(wèn)變化的現(xiàn)象，稱(chēng)為衰落。</p><p>　　多徑信道指信號(hào)傳輸?shù)穆窂讲恢挂粭l，接收端同叫收到來(lái)自多條傳輸路徑的信號(hào).這些信號(hào)可能同相相加或反向相消。由于各徑時(shí)延差不同、每徑信號(hào)的衰減不同，因此數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑信道后有碼間干擾。通常情況下，如果信號(hào)的碼元間隔遠(yuǎn)大于

62、多徑間的最大時(shí)延差，此時(shí)信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑后不會(huì)產(chǎn)牛嚴(yán)重的碼間十?dāng)_;相反，如果信號(hào)碼元間隔與多徑間的時(shí)延差可比，則信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑傳輸后會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的碼間1擾，此時(shí)接收端需要考慮采用均衡和其他消除碼間干擾的方法才能正確接收信號(hào)。信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑時(shí)變信道，會(huì)產(chǎn)生碼間干擾和衰落，其中衰落快慢取決于信道隨時(shí)間變化的快慢，碼間十?dāng)_的嚴(yán)重程度取決于碼元間隔與多徑間的時(shí)延差的相對(duì)關(guān)系。通常，當(dāng)信息速率遠(yuǎn)大于信道的衰落速度時(shí)，信號(hào)經(jīng)歷慢衰落當(dāng)信息速率與信道衰落速度可

63、比時(shí)，信號(hào)經(jīng)歷快衰落當(dāng)碼元間隔遠(yuǎn)大于多徑間的最大時(shí)延差時(shí)，由多徑造成的碼間串?dāng)_對(duì)信號(hào)接收影響不嚴(yán)重;當(dāng)多徑間的時(shí)延差與信號(hào)碼元間隔可比時(shí)多徑造成的碼間干擾就不可忽視。</p><p>　　實(shí)際信道經(jīng)常是多徑且時(shí)變的，如移動(dòng)通信信道、短波信道等，信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑時(shí)變信道后的輸出通常是時(shí)變的有碼間干擾的信號(hào)解決這類(lèi)信道接收的一種方法是采用自話應(yīng)均衡器消除時(shí)變的碼間干擾。</p><p>　　3.4

64、.2隨參信道特性及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?lt;/p><p>　　由上面分析的陸地移動(dòng)信道和短波電離層反射信道這兩種典型隨參信道特性知道，隨參信道的傳輸媒質(zhì)具有以下三個(gè)特點(diǎn)：(1) 對(duì)信號(hào)的衰耗隨時(shí)間隨機(jī)變化；(2) 信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)延隨時(shí)間隨機(jī)變化；(3) 多徑傳播。</p><p>　　在存在多徑傳播的隨參信道中，就每條路徑的信號(hào)而言，它的衰耗和時(shí)延都是隨機(jī)變化的。因此，多徑傳播后的接收信號(hào)將是衰

65、減和時(shí)延都將隨時(shí)間變化的各路徑的合成。</p><p>　　設(shè)發(fā)射波為Acosω0 t，則經(jīng)過(guò)n條路徑傳播后的接收信號(hào)R(t)可用下式表述：</p><p><b>　?。?.3-3）</b></p><p>　　式中μi(t)－－第i條路徑的接收信號(hào)的振幅；τi(t)－－第i條路徑的傳輸延遲，它隨時(shí)間不同而變化 </p><

66、;p>　　經(jīng)大量觀察表明μi(t)和φi(t)隨時(shí)間的變化與發(fā)射載頻的周期相比，通常要緩慢的多，即μi(t)和φi(t)可認(rèn)為是緩慢變化的隨機(jī)過(guò)程。因此，式（3.3-3）可改寫(xiě)成</p><p><b>　　（3.3-4）</b></p><p>　　設(shè)則式（3.3-4）變?yōu)?（3.3-5）</p><p>　　式中V(t)－－合成

67、波R(t)的包絡(luò)；φ(t)－－合成波R(t)的相位。</p><p><b>　　則有</b></p><p>　　信號(hào)的包絡(luò)服從瑞利分布率的衰落，通常稱(chēng)為瑞利型衰落。設(shè)瑞利型衰落信號(hào)的包絡(luò)值記為V，則隨機(jī)變量V的一維概率密度函數(shù)F(V）可表示成</p><p><b>　　（3.3-6）</b></p>&

68、lt;p>　　當(dāng)發(fā)送信號(hào)是具有一定頻帶寬度的信號(hào)時(shí)， 多徑傳播除了會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生瑞利型衰落之外，還會(huì)產(chǎn)生頻率選擇性衰落。頻率選擇性衰落是多徑傳播的又一重要特征。為了分析方便，我們假設(shè)多徑傳播的路徑只有兩條，信道模型如圖 3-5所示。</p><p>　　現(xiàn)在我們來(lái)求模型的傳輸特性。設(shè)f(t)的頻率密度函數(shù)為F(ω)，即有 f(t)?F(ω)</p>&

69、lt;p>　　圖 3-5 兩條路徑信道模型</p><p>　　于是，當(dāng)兩徑傳播式，模型的傳播特性為H(ω)為</p><p><b>　?。?.3-7）</b></p><p>　　后一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的模特性（幅度－頻率特性）為</p><p><b>　　（3.3-8）</b></p&

70、gt;<p>　　圖3－6(a)表示了上述關(guān)系。</p><p>　　另外，相對(duì)時(shí)延差τ(t)通常是時(shí)變參量，故傳輸特性中零點(diǎn)、極點(diǎn)在頻率軸上的位置也隨時(shí)間隨機(jī)變化，這使傳輸特性變得更復(fù)雜，其特性如圖 3- 6(b)所示。</p><p><b>　　圖3-6</b></p><p>　　對(duì)于一般的多徑傳播，信道的傳輸特性將比兩條

71、路徑信道傳輸特性復(fù)雜得多，但同樣存在頻率選擇性衰落現(xiàn)象。多徑傳播時(shí)的相對(duì)時(shí)延差通常用最大多徑時(shí)延差來(lái)表征。設(shè)信道最大多徑時(shí)延差為τm，則定義多徑傳播信道的相關(guān)帶寬為</p><p><b>　?。?.3-9）</b></p><p>　　下面先考察單頻信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑時(shí)變信道時(shí)的輸出情況，給出多徑時(shí)變信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懙某醪嚼斫馊缓笸ㄟ^(guò)數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑信道后碼間十?dāng)_的例

72、子說(shuō)明多徑對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽?lt;/p><p>　　1.單頻信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑時(shí)變信道</p><p>　　設(shè)發(fā)送信號(hào)為單頻信號(hào) ,.經(jīng)過(guò)n條路徑傳播后的接收信號(hào)為：</p><p><b>　?。?.3-10）</b></p><p>　　其中是第i徑的幅度、相位，隨時(shí)間變化而隨機(jī)變化。從大量的觀察結(jié)果看 的變化相對(duì)發(fā)射載頻而

73、言，通常要緩慢的多，即是緩慢變化的隨機(jī)過(guò)程。 （3.3-11）</p><p>　　令 </p><p>　　則 （3.3-12）</p><p>　　由中心極限定理，當(dāng)N很大時(shí)，是高斯分布，因此，r（t）是一個(gè)窄帶高斯過(guò)程。它的幅度服從瑞利分布，相位服從均勻分布，因此

74、，可以將單頻信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑信道時(shí)等效成圖3-7所示的等效基帶模型。</p><p>　　3-7不可分時(shí)變多徑信道模型</p><p>　　從式(3-7)可以看到.接收信號(hào)山一個(gè)單頻信號(hào)變成一個(gè)窄帶隨機(jī)過(guò)程，大量多徑時(shí)變信號(hào)疊加的效果使接收信號(hào)包絡(luò)隨時(shí)間隨機(jī)起伏.即接收信號(hào)隨機(jī)性衰落。當(dāng)二v(t)是瑞利分布時(shí)常稱(chēng)該傳輸信道為瑞利衰落信道，這里衰落是指接收信號(hào)的大小隨時(shí)間變化的現(xiàn)象。信道時(shí)變的參

75、數(shù)通?？捎枚嗥绽疹l移 來(lái)描述，信道參數(shù), 的時(shí)變特性可以由Jakes、Clarke等模刑來(lái)模擬。</p><p>　　第四章 連續(xù)信道建模仿真</p><p>　　本章利用MATLAB軟件編寫(xiě)程序，利用MATLAB軟件得到信號(hào)通過(guò)幅頻失真信道、相頻失真信道與多徑信道之后的輸出波形與頻譜。</p><p>　　4.1MATLAB介紹</p><p

76、>　　MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱(chēng)，是美國(guó)Math Works公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。</p><p>　　20世紀(jì)70年代，美國(guó)新墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任Cleve Moler為了減輕學(xué)生編程的負(fù)擔(dān)，用FORTRAN編寫(xiě)的最早的MATLAB

77、。1984年由Math Works公司正式推向市場(chǎng)。到20世紀(jì)90年代，MATLAB已經(jīng)成為國(guó)際控制界的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算軟件。時(shí)至今日，經(jīng)過(guò)Math Works公司的不斷完善，MATLAB已經(jīng)發(fā)展成為適合多種學(xué)科、多種工作平臺(tái)的功能強(qiáng)勁的大型軟件。[10]</p><p>　　MATLAB將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以

78、及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平?！?</p><p>　　MATLAB和Mathematica、Maple并稱(chēng)為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類(lèi)科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等

79、，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。 </p><p>　　MATLAB語(yǔ)言是一種高級(jí)的基于矩陣/數(shù)組的語(yǔ)言，其最突出的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來(lái)。MATLAB用更直觀的、符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了C和FORTRAN語(yǔ)言的冗長(zhǎng)代碼，給用戶帶來(lái)最直觀、最簡(jiǎn)潔的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。以下簡(jiǎn)單介紹一下MATLAB的主要特

80、點(diǎn)。</p><p>　　語(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊，使用靈活方便，庫(kù)函數(shù)極其豐富。MATLAB程序書(shū)寫(xiě)形式自由，利用其豐富的庫(kù)函數(shù)避開(kāi)繁雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。</p><p>　　運(yùn)算符豐富。由于MATLAB是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的，MATLAB提供了和C語(yǔ)言幾乎一樣多的運(yùn)算符，靈活使用MATLAB的運(yùn)算符將使程序變得極為簡(jiǎn)短。</p><p>　　MATLA

81、B既具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句（如for循環(huán)、while循環(huán)、break語(yǔ)句和if語(yǔ)句），又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦浴?lt;/p><p>　　語(yǔ)法限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。</p><p>　　程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行。</p><p>　　MATLAB里，數(shù)據(jù)的可視化非常簡(jiǎn)單。MATLAB還具有較強(qiáng)的編輯圖形界面的能力。&

82、lt;/p><p>　　MATLAB的缺點(diǎn)是，他和其他高級(jí)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(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序?yàn)榻忉寛?zhí)行，所以速度較慢。</p><p>　　功能強(qiáng)勁的工具箱是MATLAB的另一重大特色。MATLAB包含兩個(gè)部分：核心部分和各種可選工具箱。</p><p>　　源程序的開(kāi)放性，也是MATLAB最受人歡迎的特點(diǎn)。除

83、內(nèi)部函數(shù)以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件。</p><p>　　4.2線性非時(shí)變信道建模仿真</p><p>　　信道響應(yīng)函數(shù)為 ,輸入信號(hào)為，其中， ，用MATLAB畫(huà)出如下情況時(shí)的信道輸出信號(hào)。</p><p>　　（1） （無(wú)失真信道）</p><p>　?。?） （幅度失真信道）</p>

84、<p>　?。?）（相位失真信道）</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　編寫(xiě)主程序，在MATLAB窗口中生成m文件，運(yùn)行程序得到數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)不同失真信道時(shí)的輸出信號(hào)畸變情況，如圖4-1所示。</p><p>　　4-1 NRZ信號(hào)經(jīng)過(guò)不同失真信道后的輸出</p><p>　　圖中左

85、邊是信道的幅頻特性和相頻特性，其中相頻特性的縱軸一π為單位?？梢钥吹剑瑪?shù)字信號(hào)無(wú)論經(jīng)過(guò)幅頻失真還是相頻失真的信道時(shí)，對(duì)信號(hào)接收都有影響。幅頻失真影響信號(hào)中不同頻率分量的接收幅度，造成接收信號(hào)幅度的畸變；相頻失真影響信號(hào)中不同頻率分量經(jīng)過(guò)信道時(shí)的時(shí)延，在數(shù)字信號(hào)中這種失真會(huì)嚴(yán)重影響數(shù)字信號(hào)的接收，造成接收信號(hào)的畸變。</p><p>　　4.3 多徑信道模型仿真</p><p>　　4.3

86、.1單頻信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑時(shí)變信道</p><p>　　以下示意了一個(gè)幅度為1、頻率為10HZ的單頻信號(hào)經(jīng)過(guò)20條路徑傳輸?shù)玫降牟ㄐ渭捌漕l譜，這20條路徑的衰減相同，但時(shí)延的大小是隨時(shí)間變化的，每徑時(shí)延的變化規(guī)律為正弦型，變化的頻率從0~2Hz隨機(jī)均勻抽取。</p><p>　　編寫(xiě)主程序，在MATLAB窗口中生成m文件，運(yùn)行程序得到數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)不同路徑的波形圖，如圖4-2所示。</p&g

87、t;<p>　　4-2 時(shí)變多徑信道輸出信號(hào)頻譜</p><p>　　從圖中可以看到，單頻信號(hào)經(jīng)過(guò)20徑時(shí)變信道后，輸出信號(hào)的包絡(luò)隨時(shí)間隨機(jī)起伏，輸出信號(hào)的頻譜從沖激譜變成一個(gè)窄帶頻譜。</p><p>　　我們可以通過(guò)改變程序中的時(shí)延變化頻率參數(shù)taof來(lái)改變衰落的速度，觀察輸出信號(hào)的變化。當(dāng)taof=0.1時(shí)，輸出信號(hào)額波形圖如圖4-3所示，圖中示意了長(zhǎng)時(shí)觀察和短時(shí)觀察

88、時(shí)輸出信號(hào)的包絡(luò)，（a）圖時(shí)間范圍為0~10s，（b）圖時(shí)間范圍為0~1000s。由于此時(shí)載頻為10Hz，衰落的時(shí)變頻率最大為0.1Hz，因此相對(duì)于輸入信號(hào)而言是慢衰落的情況，可以看到慢衰落情況下，接收信號(hào)的包絡(luò)起伏緩慢變化，但由于徑數(shù)呈現(xiàn)隨機(jī)起伏的特點(diǎn)。當(dāng)改變多徑數(shù)為2，且時(shí)延變化頻率參數(shù)taof=100時(shí)，此時(shí)相對(duì)于快衰落情況，接收包絡(luò)快速起伏，但由于徑數(shù)不多，接收信號(hào)包絡(luò)起伏具有明顯的周期性，見(jiàn)下圖4-4。</p>

89、<p><b>　　（a）短時(shí)觀察</b></p><p><b>　?。╞）長(zhǎng)時(shí)觀察</b></p><p>　　圖4-3 20徑慢衰落信道下的輸出信號(hào)（taof=0.1）</p><p>　　圖4-4 2徑快衰落信道時(shí)輸入、輸出信號(hào)對(duì)比（taof=100）</p><p>　　

90、4.3.2數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑非時(shí)變信道</p><p>　　設(shè)三徑信道=0.5， =0.707， =0.5， =0，=1s，=2s。</p><p>　?。?）用MATLAB畫(huà)出信道的幅頻響應(yīng)特性和相頻響應(yīng)特性；</p><p>　　（2）設(shè)信道輸入信號(hào)為 ，其中 ，=1，畫(huà)出輸出信號(hào)波形；</p><p>　　（3）同（2）相同形式的輸入信

91、號(hào)，但 =8，畫(huà)出輸出信號(hào)波形。</p><p>　　編寫(xiě)主程序，在MATLAB窗口中生成m文件，運(yùn)行程序得到數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)不同碼元間隔的波形圖，圖4-5是=1，L=3時(shí)單極性NRZ信號(hào)經(jīng)過(guò)三徑信號(hào)的輸出與幅度譜示意圖，圖4-6是=8，L=3時(shí)單極性NRZ信號(hào)經(jīng)過(guò)三徑信道后的輸出與幅度譜示意圖，</p><p>　　圖4-5 單極性NRZ信號(hào)（ =1）經(jīng)過(guò)三徑信道后的輸出與幅度譜示圖<

92、;/p><p>　　圖4-6 單極性NRZ信號(hào)（=8）經(jīng)過(guò)三徑信道后的輸出與幅度譜示意圖</p><p>　　圖4-7 三徑信道的頻率選擇性</p><p>　　如圖4-5、圖4-6、圖4-7所示，由于多徑，信道幅頻特性不為常數(shù)，對(duì)某些頻率產(chǎn)生較大的衰減，對(duì)某些頻率的衰減小，即信道具有頻率選擇性。當(dāng)輸入信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)小于信道帶寬時(shí)（第一個(gè)零點(diǎn)帶寬），則信道對(duì)輸入信號(hào)的

93、所有頻率分量的衰減幾乎相同，這種情況下，信號(hào)經(jīng)歷平坦性衰減，如圖4-6所示。當(dāng)輸入信號(hào)的帶寬與信道帶寬可比時(shí)，此時(shí)信號(hào)各頻率分量經(jīng)過(guò)信道的衰減不同，即信號(hào)經(jīng)過(guò)了頻率選擇性的衰減，如圖4-5所示。通?？捎眯诺赖臅r(shí)延擴(kuò)展 來(lái)表示信道的多徑擴(kuò)展情況，多徑時(shí)延擴(kuò)展的倒數(shù)稱(chēng)為信道的相干帶寬，設(shè)輸入信號(hào)的碼元間隔為 ，當(dāng)B 》1時(shí)，信號(hào)的衰減是平坦的；反之，信號(hào)的衰減是頻率選擇性的（需要強(qiáng)調(diào)：多徑非時(shí)變信道時(shí)恒參信道，在輸出端不存在衰落現(xiàn)象）。&l

94、t;/p><p><b>　　第五章 結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　本文主要介紹了連續(xù)信道的數(shù)學(xué)模型及其仿真，首先從信道開(kāi)始，信道是通信系統(tǒng)的重要組成部分，有著巨大的作用，然后逐一介紹連續(xù)信道的相關(guān)內(nèi)容，主要包括AWGN信道，線性非時(shí)變信道，多徑信道等。然后再次逐個(gè)進(jìn)行講解討論，通過(guò)MATLAB仿真，對(duì)連續(xù)信道的模型有了更加清楚地了解和認(rèn)識(shí)。</p>

95、<p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題內(nèi)容涉及的AWGN，恒參信道，隨參信道等都是通信原理專(zhuān)業(yè)課的基礎(chǔ)知識(shí)，要想對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步深入的模擬仿真，就不僅僅局限于課本上的簡(jiǎn)單介紹的理論知識(shí)了。經(jīng)過(guò)一系列前期準(zhǔn)備，在搜集了更多相關(guān)知識(shí)之后，結(jié)合所學(xué)利用MATLAB軟件編程仿真得到仿真圖。仿真的過(guò)程大致上分為設(shè)計(jì)仿真思路、編程調(diào)試、得到仿真結(jié)果并分析三大步。在實(shí)際的仿真過(guò)程當(dāng)中，第一次得到的結(jié)果往往與理論值有很大的誤差，經(jīng)過(guò)多次更改程序可以縮小

96、誤差使得仿真結(jié)果更貼近理論值。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我收獲頗多，不僅加深了對(duì)連續(xù)信道模型相關(guān)知識(shí)的理解，鞏固了自己的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還鍛煉了綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)來(lái)解決面臨的實(shí)際問(wèn)題的能力；同時(shí)也反映出自己在專(zhuān)業(yè)知識(shí)的儲(chǔ)備方面還十分的欠缺。希望經(jīng)過(guò)這次設(shè)計(jì)，自己能夠取長(zhǎng)補(bǔ)短，為以后的學(xué)習(xí)和工作積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></

97、p><p>　　[1] A. Goldsmith, Wirele communications, 1th ed. England: Cambridge University Pre , 2005.；</p><p>　　[2] 樊昌信、曹麗娜，通信原理（第6版），國(guó)防工業(yè)出版社，2009年1月；</p><p>　　[3] 郭文彬、桑林，通信原理－基于MATLA

98、B的計(jì)算機(jī)仿真，北京郵電大學(xué)出版社，2006年6月；</p><p>　　[4] William H. Tranter等著，肖明波、楊光松等譯，通信系統(tǒng)仿真原理與無(wú)線應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，2005年6月。</p><p>　　[5] 鄧華.MATLAB通信仿真及應(yīng)用實(shí)例詳解.北京：人民郵電出版社，2003.9:294~318</p><p>　　[6] And

99、rea Goldsmith、Stanford University. WIRELESS COMMUNICATIONS. Cambridge University Press.2005</p><p>　　[7] D.Divsalar, M.K.Simon. Multiple-Symbol Differential Detection of MPSK[J].IEEETransactions on Communic

100、ations.1990:300～308.</p><p>　　[8] 曹志剛、錢(qián)亞生.現(xiàn)代通信原理.北京：清華大學(xué)出版社，1992</p><p>　　[9] 求是科技.MATLAB 7.0從入門(mén)到精通.人民郵電出版社.2006</p><p>　　[10] 郭文斌、桑林《通信原理：基于MATLAB的計(jì)算機(jī)仿真》，北京郵電大學(xué)出版社，2006.6。</p

101、><p>　　[11] 約翰.G.普羅克斯、馬蘇德.薩勒赫.現(xiàn)代通信系統(tǒng)——使用MATLAB.劉樹(shù)棠譯.西安：西安交通大學(xué)出版社，2001.11:268~278</p><p>　　[12] 陳懷琛、吳大正、高西全.MATLAB及在電子信息課程中的應(yīng)用.3版.北京：電子工業(yè)出版社，2006.3</p><p><b>　　致 謝</b><

102、;/p><p>　　本研究以及學(xué)位論文是在**老師的悉心指導(dǎo)下完成的，從選題、前期準(zhǔn)備、研究到論文的構(gòu)思、寫(xiě)作和修改，無(wú)不凝結(jié)了老師的心血。在論文完成之際，首先衷心感謝*老師對(duì)我的深切關(guān)懷和諄諄教導(dǎo)。*老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、謙和的為人、忘我的科研精神深深地感染了我，使我在學(xué)術(shù)品質(zhì)與治學(xué)態(tài)度上受益匪淺，在此謹(jǐn)向*老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 </p><p>　　最后衷心感謝電氣學(xué)

103、院的所有給予我指導(dǎo)和幫助的領(lǐng)導(dǎo)、老師和同學(xué)，衷心的感謝你們！</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　主程序：</b></p><p><b>　　%信道失真示意</b></p><p>　　clear all;</p><

104、p>　　close all;</p><p><b>　　Ts=1;</b></p><p>　　N_sample = 8; %每個(gè)碼元的抽樣點(diǎn)數(shù)</p><p>　　dt = Ts/N_sample; %抽樣時(shí)間間隔</p><p>　　N = 1000; %碼元數(shù)</p><p>　　t

105、 = 0:dt:(N*N_sample-1)*dt;</p><p>　　gt1 = ones(1,N_sample); %NRZ非歸零波形</p><p>　　gt2 = ones(1,N_sample/2); %RZ歸零波形</p><p>　　gt2 = [gt2 zeros(1,N_sample/2)];</p><p>　　mt3

106、= sinc((t-5)/Ts); % sin(pi*t/Ts)/(pi*t/Ts)波形，截段取10個(gè)碼元</p><p>　　gt3 = mt3(1:10*N_sample);</p><p>　　d = ( sign( randn(1,N) ) +1 )/2;</p><p>　　data = sigexpand(d,N_sample); %對(duì)序列間隔插入N_s

107、ample-1個(gè)0</p><p>　　st1 = conv(data,gt1);</p><p>　　st2 = conv(data,gt2);</p><p>　　d = 2*d-1; %變成雙極性序列</p><p>　　data= sigexpand(d,N_sample);</p><p>　　st3 = c

108、onv(data,gt3);</p><p><b>　　xt = st1;</b></p><p><b>　　%無(wú)失真信道</b></p><p>　　[f,xf] = T2F(t,xt);</p><p>　　hf1 = exp(-j*pi*f);</p><p>　　

109、yf1 = xf.*hf1;</p><p>　　[t1,yt1] = F2T(f,yf1);</p><p><b>　　%幅頻失真信道</b></p><p>　　hf2 = sinc(f).*exp(-j*pi*f);</p><p>　　yf2 = xf.*hf2;</p><p>　　[

110、t2,yt2] = F2T(f,yf2);</p><p>　　%相頻失真、群時(shí)延無(wú)失真信道</p><p>　　%hf3 = exp(j*pi*f+j*0.1*pi);</p><p>　　f1 = find(f<0);</p><p>　　hf3 = exp( -j*pi*f+j*pi );</p><p>

111、　　hf3(f1) = exp( -j*pi*f(f1)-j*pi );</p><p>　　yf3 = xf.*hf3;</p><p>　　[t3,yt3]=F2T(f,yf3);</p><p>　　%相頻、群時(shí)延失真信道</p><p>　　hf4 = exp(-j*pi*f.*f-j*pi*f+j*pi);</p>&

112、lt;p>　　yf4 = xf.*hf4;</p><p>　　[t4,yt4]=F2T(f,yf4);</p><p><b>　　figure(1)</b></p><p>　　subplot(221)</p><p>　　plotyy(f,abs(hf1),f,angle(hf1)/pi);ylabel(&#

113、39;幅頻、相頻特性');</p><p>　　title('線性無(wú)失真信道');grid on;</p><p>　　subplot(222)</p><p>　　plot(t1,real(yt1) );title('經(jīng)過(guò)信道后的輸出信號(hào)');</p><p>　　axis([0,20,-1.2 1.