移动通信原理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,移动通信原理课程设计,必做题：,无线信道特性分析,BPSK/QPSK通信链路搭建与误码性能分析,选做题：,直接,序列扩频系统性能分析,无线信道特性分析,基于,simulink,搭建一个,QPSK,发送链路，,QPSK,调制信号经过了瑞利衰落信道，观察信号经过衰落前后的星座图，观察信道特性。仿真参数：信源比特速率为,500kbps,，多径相对时延为,0 4e-06 8e-06 1.2e-05,秒，相对平均功率为,0-3-6-9dB,，最大多普勒频移为,200Hz,。,1,、根据,信道参数，计算信道相干带宽和相干时间。,2,、设置,较长的仿真时间（例如,10,秒），运行链路，在运行过程中，观察并分析瑞利信道输出的信道特征图（观察,Impulse Response(IR),、,Frequency Response(FR),、,IR Waterfall,、,Doppler Spectrum,、,Scattering Function,）。（配合截图来分析）,3,、观察,并分析信号在经过瑞利衰落信道前后的星座图变化（截图并解释）。,QPSK,基本原理,QPSK,是,QuadraturePhaseShiftKeying,的简称，意为正交移相键控，是数字调制的,一种方式。它规定了四种载波相位,0,/2,2,/3,星座图如图,1,（,a,）、（,b,）所示。,QPSK,的调制,因为输入信息是二进制序列，所以需要将二进制数据变换成四进制数据，才能和四进制的载波相位配合起来。采取的办法是将二进制数字序列中每两个序列分成一组，共四种组合（,00,01,10,11,），每一组称为双比特码元。每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成，它们分别代表四进制四个符号中的一个符号。,QPSK,每次调制可传输两个信息比特。,QPSK,的解调,QPSK,信号可以用两个正交的载波信号实现相干解调，它的相干解调器如图,3,所示，正交路分别设置两个匹配滤波器，得到,I,（,t,）和,Q,（,t,），经电平判决和并转串即可恢复出原始信息。,电路图,产生二进制序列,对信号进行,QPSK,调制,将信号通过瑞利信道,对比信号经过瑞利信道前后的变化,相关参数,二进制序列产生器：,0,、,1,等概率产生，速率,500kbps,QPSK,调制方式,相关参数,瑞利信道,星座图同时观测,4000,个点,根据信道参数，计算信道相干带宽和相干时间,相干带宽：,各径时延与功率为：,0 4e-06 8e-06 1.2e-05 (s),0 -3 -6 -9 dB,相干时间,Tc=1/fm=0.005 s,Bc=5.4582e+04 Hz,设置较长的仿真时间（例如,10,秒），运行链路，在运行过程中，观察并分析瑞利信道输出的信道特征图（观察,Impulse Response(IR),、,Frequency Response(FR),、,IR Waterfall,、,Doppler Spectrum,、,Scattering Function,）。（配合截图来分析）,Impulse Response(IR),Frequency Response(FR),IR Waterfall,Doppler Spectrum,Scattering Function,观察并分析信号在经过瑞利衰落信道前后的星座图变化（截图并解释）。,经过瑞利信道前,经过瑞利信道后,BPSK/QPSK通信链路搭建与误码性能分析,1,、基于,simulink,搭建,BPSK/QPSK,通信链路，经过,AWGN,信道，接收端相干解调，仿真并绘出,BPSK,和,QPSK,信号在,为,010dB,时（间隔：,1dB,）误码性能曲线。,仿真参数：,仿真点数：,10,6,信源比特速率：,1Mbps,。,2,、在,1,的基础上，信号先经过平坦（单径）瑞利衰落，再经过,AWGN,信道，假设接收端通过理想信道估计获得了信道衰落值（勾选衰落信道模块的“,Complex path gain port,”）。仿真并绘出,BPSK,和,QPSK,信号在,为,040dB,时（间隔：,5dB,）误码性能曲线。,信道仿真参数：最大多普勒频移为,100Hz,。,BPSK,基本原理,相移键控系统中，有待传输的基带数字脉冲控制着载波相位的变化，从而形成振幅与频率不变，而相位取离散值变化的已调波。,二进制相移键控,BPSK,（,Binary Phase Shift Keying,）方式一般是键控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的数字调制方式，也就是说，二进制的数字基带信号,0,与,1,分别用相干调制的载波的,0,与,相位的波形来表示。其表达式由公式（,1-1,）给出：,（,1-1,）,其中,为双极性的二进制数字序列，,的取值为,1,，,为二进制的符号间隔，,基带的发送成形滤波器的冲激响应，通常具有升余弦特性；,是调制载波的频率，,是调制载波的初始相位。,用,BPSK,调制方式时，因为发送端以某一个相位作为基准，所以在接收端也一定有这样一个固定的基准相位作为参考。假如参考相位发生变化了，那么接收端恢复的信息也会出错，也就是存在,“,倒,”,现象。因此需要在接收端使用载波同步，才能够正确恢复出基带的信号。,BPSK,调制解调原理,电路图,只经过,AWGN,的,bpsk,通信链路,调制部分：从左到右依次为信号产生、极性变换、调制，经过高斯信道,解调部分：从左往右依次为相干解调、滤波、采样、量化,分析误码率部分：由于存在延迟，需要加入,delay,模块,电路相关参数,仿真点数：,10,6,信源比特速率：,1Mbps,。,高斯信道信噪比：,010dB,调制部分波形变化（,SNR,为,10dB,）,从上往下依次为单极性二进制序列、双极性二进制序列、调制信号、经过,AWGN,后的信号,解调部分波形变化（,SNR,为,10dB,）,从上往下依次是接收信号、与本地载波相乘后信号、滤波后信号、采样后信号、量化后信号,bpsk,信号在,为,010dB,时（间隔：,1dB,）误码性能,信噪比（,dB,）,0,1,2,3,4,误码率,0.051948,0.034101,0.02046,0.010754,0.004957,5,6,7,8,9,10,0.001908,0.000603,0.00012,0.000017,0.000002,0,从,0dB,到,10dB,间隔,1dB,对应的误码率截图如下,注：由于存在延迟会导致差错统计多出延迟对应的错误，需减去,bpsk,信号在,为,010dB,时（间隔：,1dB,）误码性能曲线。,电路图,经过,AWGN,信道的,QPSK,调制,调制部分：,Buffer,和,Select Rows,模块用于将一路信号分为正交与同相两路信号，其它与,BPSK,相同,解调部分：,Switch,模块用于将正交和同相信号合并为一路信号，其余从左往右在两路信号上分别与本地载波相乘，滤波，采样，量化,两路载波,qpsk,信号在,为,010dB,时（间隔：,1dB,）误码性能,信噪比（,dB,）,0,1,2,3,4,误码率,0.046421,0.029721,0.017111,0.008876,0.003903,5,6,7,8,9,10,0.001445,0.00043,0.000071,0.000007,0.000001,0,从,0dB,到,10dB,间隔,1dB,对应的误码率截图如下,qpsk,信号在,为,010dB,时（间隔：,1dB,）误码性能曲线,电路图,bpsk,信号先经过瑞利信道再经过,AWGN,信道,将调制后的,bpsk,信号经过瑞利信道，由于模块要求输入复数，令虚部为,0,获得信道增益,在与本地载波相乘前，对信号进行处理，除以信道衰减，以减小瑞利信道的影响，之后提取实部的信号信息，舍去虚部,瑞利信道参数,bpsk,信号在,为,040dB,时（间隔：,5,dB,）误码性能,信噪比（,dB,）,0,5,10,15,误码率,0.113048,0.045737,0.016428,0.005276,20,25,30,35,40,0.00164,0.000475,0.000135,0.000048,0.000018,从,0dB,到,40dB,间隔,5dB,对应的误码率截图如下,bpsk,信号在,为,040dB,时（间隔：,5,dB,）误码性能曲线,电路图,qpsk,信号先经过瑞利信道再经过,AWGN,信道,将调制后的,qpsk,信号经过瑞利信道，由于模块要求输入复数，令正交和同相两路信号分别为实部和虚部,获得信道增益,在与本地载波相乘前，对信号进行处理，除以信道衰减，以减小瑞利信道的影响,两路信息分别在复数信号的实部与虚部，对应提取,qpsk,信号在,为,040dB,时（间隔：,5,dB,）误码性能,信噪比（,dB,）,0,5,10,15,误码率,0.108032,0.043469,0.015386,0.004904,20,25,30,35,40,0.001537,0.000437,0.000123,0.000039,0.000017,从,0dB,到,10dB,间隔,5dB,对应的误码率截图如下,qpsk,信号在,为,040dB,时（间隔：,5,dB,）误码性能曲线,直接序列扩频系统性能,分析,基于,simulink,搭建直接序列扩频仿真通信链路，仿真分析在不同信道条件下的误比特率性能。,直接序列扩频原理,在发射端把有用信号与伪随机序列相乘,(,或者模二加,),，使信号的频谱展宽到一个很宽的范围，然后用扩展后的序列去调制载波。在接收端，把接收到的信号用相同的伪随机序列相乘，有用信号与伪随机码相关，相乘后恢复为扩频前的信号。直接序列扩频系统的组成原理框图如图,2-1,所示。,由图,2-1,可知，输入的数据信息为,d(t)(,设基带带宽为,B1),，由伪随机编码,(,如,m,序列,),调制成基带带宽为,B2,的宽带信号，由于扩频信号带宽大于数据信号带宽，所以信号扩展的带宽由伪随机码控制，而与数据信号无关。经扩频调制的信号再经射频调制后即可发送。,接收端收到发送来的信号，经混频得到中频信号后，首先通过同步电路捕捉并跟踪发端伪码的准确相位，由此产生与发端伪码相位完全一致的伪随机码作为扩频解扩的本地扩频码，再与中频信号进行相关解扩，恢复出扩频前的窄带信号，而在解扩处理中，干扰和噪声与伪随机码不相关故被扩展，通过滤波使之受到抑制，这样就可在较高的解扩输出信噪比条件下进行信息解调解码，最终获得信息数据。,直接序列扩频原理,电路图,调制部分,扩频部分,解扩频部分,解调部分,扩频码参数,误码性能（信源速率,1kbps,，仿真,10s,，在,010dB,下，间隔,1dB,）,信噪比（,dB,）,0,1,2,3,4,误码率,0.01,0.0041,0.0015,0.0003,0,5,6,7,8,9,10,0,0,0,0,0,0,从,0dB,到,10dB,间隔,1dB,对应的误码率截图如下,误码特性曲线,