胡苏移动通信课程设计

电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室实验教学指导书姓名： 学号：（实验）课程名称 移动通信 电子科技大学教务处制表实验一 无线信道特性及其分析方法一、 实验目的1. 了解无线信道各种衰落特性；2. 掌握各种描述无线信道特性参数的物理意义；3. 利用MATLAB中的仿真工具模拟无线信道的衰落特性。二、 实验原理1. 预习信道模型的部分；三、 实验步骤3.1 模型及关键模块讲解1. 将当前文件夹改为程序对应的文件夹。2. 打开MATLAB，点击File命令下的Open，选择对应的文件目录，打开已经完成的模型“QPSK_Rayleigh_Channel_6_5.mdl”。3. 关键模块功能介绍和参数配置：（请确保参数和下面图形内一致）1) Bit Source，输出随机的信源比特；2) Convert：示范一个Simulink和m语言接口的程序3) Unipolar to Bipolar Converter，双极性变单极性模块，按照下列参数设置完成二进制0、1变为双极性1、-1序列（二进制0对应输出1，二进制1对应输出-1）点击上图中的Help按钮，可以获得该模块功能说明和参数的含义。4) Rectangular QAM Modulator Baseband，典型的QAM的调制模块，按下述参数可以完成QPSK调制。点击上图中的Help按钮，可以获得相关模块功能的详细说明和参数的含义。5) Multipath Rayleigh Fading Channel：瑞利多径信道模型6) Awgn Channel：高斯噪声信道 7) Signal Trajectory of QPSK Signal 8) 11,Before Rayleigh Fading1 和 12,After Rayleigh Fading9) Display模型中的多个Display模块会显示不同位置的数据。l Display1显示输入的二进制序列；l Display2显示每2个比特为1组进行前后顺序交换后的序列；l Display3显示输入二进制序列转化为双极性二进制后的序列；l Display4显示调制后的符号；3.2 运行程序并进行分析1. 调试。（可选项） 从MATLAB的主命令窗口中打开嵌入的m语言程序f_convert.m，打开后如下图，注意该程序必须和对应的QPSK_Rayleigh_Channel.mdl文件在相同的目录下，且MATLAB的当前目录也要指向该目录 在其中第2行后的任意地方可以设置断点（在对应行左侧灰色部分处单击），如下： 运行Simulation（点击Simulation选项下的Start），则将在第一次调用该程序的时候，停止于断点，此后，可以用step（）或step in（）进行单步调试，并检查数据的变化（将鼠标指向需要观察的变量L，将会自动出现小框描述此时L的数值）。完成对该嵌入的m语言子函数的验证后，可以再次单击原断点处的红色标记以取消该断点，并按Continue()返回Simulation的运行。2. 运行程序，点击Simulation选项下的Start，开始运行程序，出现瑞利信道的特征示意图 （选做，有兴趣的自行在高版本中试验，低版本的MATLAB没有该功能） 在运行过程中，通过选择 Visualization的选项，可以得到不同的信道特征图（本实验只观察Impulse Response 和Doppler Spectrum两个图形）。四、 实验作业1. 在程序运行的过程中，任取一段Display1的数据和Display4的数据，分析其是否满足QPSK的调制过程；从图中可以看出，经过极性变换，0对应输出1，1对应输出-1，极性变换的结果和调制之后的相位满足QPSK调制过程2. 调试嵌入的f_convert.m，看看临时变量L的取值为多少。L=83. 运行过程中，分别截取Signal Trajectory of QPSK Signal，11,Before Rayleigh Fading1 和 12,After Rayleigh Fading模块输出的QSPK的相位转移图和瑞利信道前后的星座图，进行解释。相位在pi/4、-pi/4、3*pi/4、-3*pi/4、之间进行跳变，最大相位跳变为pi。 经过瑞利信道之后，到达接收端的信号是多个不同延时信号的叠加，延时不同，相位不同，最终叠加使得经过瑞利信道的相位很没有规律。实验二 典型通信系统的搭建和分析一、 实验目的1. 学习基于BPSK、QPSK和卷积码的典型通信系统的链路实现；二、 实验原理1. 预习调制和关键技术部分；三、 实验步骤3.1模型及关键模块讲解1. 打开MATLAB，点击File命令下的Open，选择对应的文件目录，打开已经完成的模型“BPSK_QPSK_AWGN_BER_6_5.mdl”。2. 关键模块功能介绍和参数配置：（请确保参数和下面图形内一致）1) Bit Source，输出随机的信源比特；2) Convolutional Encoder，卷积码编码模块3) BPSK Mod，用典型的QAM调制模块（Rectangular QAM Modulator Baseband）完成BPSK调制。4) BPSK Demod，用典型的QAM解调模块（Rectangular QAM Demodulator Baseband）完成BPSK解调。5) QPSK Mod，用典型的QAM调制模块（Rectangular QAM Modulator Baseband）完成QPSK调制。6) 6, QPSK Demod，用典型的QAM解调模块（Rectangular QAM Demodulator Baseband）完成QPSK解调。7) 7, AWGN Channel1，添加白高斯噪声模块（BPSK链路）；8) 8, AWGN Channel1，添加白高斯噪声模块（QPSK链路）；9) 9, Viterbi Decoder / 10, Viterbi Decoder，Viterbi译码器；10) Compare Encoder1 / Compare Encoder3 ，误码率比较11) Compare Encoder2/ Compare Encoder4，误码率比较12) Display1/ Display2/ Display3/ Display4，显示误码率比较的结果，第一行为BER，第二行为错误的比特数，第三行为比较的总比特数。其中，Display1 和 Display3 显示的是包含卷积码编译码的系统性能；Display2 和 Display4 显示的是不包含卷积码编译码的系统性能；13) Probe1 / Probe2 / Probe3，可以实时显示测试接点上数据的特征（目前开放的是该路数据的宽度和该路数据总体的采样时间）。3.2运行程序并进行分析1. 运行程序，点击Simulation选项下的Start，开始运行程序，观察测试显示的误码率和Probe显示的数据特点。四、实验作业1. 对比Probe1/ Probe2/ Probe3处的数据，说明采用BSPK和QPSK调制前后，比特周期和符号周期之间的关系。BPSK调制前后比特周期和符号周期一样，QPSK调制比特周期是符号周期的两倍。2. 分别为BPSK和QPSK链路选择多个Es/N0(dB，2,4,6,8)，运行链路，记录数据，将4个Es/N0条件下运行得到的两组误比特率数据（无编译码的）直接赋给BER_BPSK_QPSK.m程序中的ber_BPSK和ber_QPSK，替换原有的1，2，3，4数据，运行BER_BPSK_QPSK.m程序，画出在相同Es/N0下的BPSK和QPSK性能曲线，将两个图进行比较 ，判断结果是否正常，并进行解释。（每个Es/N0大概需要5-6分钟，也可以自行将链路复制，从而一次可以运行多个Es/N0（选作） ）ber_BPSK = 0.03745,0.01248,0.002387,0.0001874;ber_QPSK = 0.1043,0.05672,0.02311,0.006069;相同Es/N0的条件下，QPSK的一个符号承载两个比特，Eb/N0要小一半，从图中也可以看出，在相同的误码率条件下，QPSK和BPSK的Eb/N0相差3dB。3. 1）分别对BPSK设置多个Es/N0(dB，2,4,6,8)，对QPSK设置多个Es/N0(dB，5,7,9,11)，此时二者对应的Eb/N0相同，将4次得到的误比特率数据（无编译码的）直接赋给BER_BPSK_QPSK.m程序中的ber_BPSK和ber_QPSK，替换原有的数据，运行BER_BPSK_QPSK.m程序，画出在相同Eb/N0下的BPSK和QPSK性能曲线，对这两个图进行比较分析和解释；2）分析无编码的MPSK调制方式下Es/N0和Eb/N0的关系，写出二者的关系式。ber_BPSK = 0.03748,0.01248,0.00238,0.000184;ber_QPSK = 0.03772,0.0126,0.00242,0.0001942;两种调制方式有相同相同Eb/N0，误码率也应该相等，从图中可以看出。Es/N0=Eb/N0*log2M4. 1）在完成作业3时，同时可以得到两个不同测试点的误码率（包含编译码和不包含编译码的），参考BER_BPSK_QPSK.m的模式进行画图，比较二者的区别并进行解释；2）分析码率为R、采用MPSK调制方式的Es/N0和Eb/N0的关系，写出二者的关系式。ber_Bpsk_Y = 0.0005893,1.295e-6,0,0; /采用编码时的误码率ber_Bpsk_N = 0.03748,0.01248,0.00238,0.000184; /不采用编码时的误码率ber_QPSK_Y= 0.0006073,2.302e-6,0,0; /采用编码时的误码率ber_QPSK_N= 0.03772,0.0126,0.00242,0.0001942; /采不用编码时的误码率经过编译码的误码率比没有进过编译码的误码率低很多，采用编译码能纠正很多的错误。Es/N0=Eb/N0*log2M5. （选作）比较包含编译码和不含编译码两种系统的误比特率性能时，考虑在相同Eb/N0的条件下，所采用的卷积编码器的编码增益。注意： 在高版本中，berawgn函数输出的是未编码调制系统误比特率随着Eb/N0的变化曲线。作业3的性能曲线与该曲线进行比较，可以验证作业3的结果是否正确。在低版本中，大家可以在BER_BPSK_QPSK.m中，利用erfc函数计算BPSK和QPSK的理论误比特率，来验证仿真性能是否正确（自行编写代码）。 在作业2、3中，在测试调制链路误码率性能时（不考虑编译码），可以直接将编码后的数据当做输入信源来看，所以：一个bit的周期为1e-6，BPSK的AWGN信道的Symbol Period设为1e-6；QPSK的AWGN信道的Symbol Period设为2e-6，都表示的是调制符号周期。实验三 典型通信系统的搭建和分析（对比实验）一、实验目的1. 学习基于BPSK，QPSK和卷积码的典型通信系统的m语言实现；二、实验原理1. 预习调制和关键技术部分；三、实验步骤3.1模型及关键模块讲解1. MATLAB提供了标准函数berawgn()用于计算典型的调制方式在AWGN环境下的误码率，bercoding()：用于计算采用卷积编码的相干PSK系统在AWGN信道下的误比特率上界。打开MATLAB，点击File命令下的Open，选择对应的文件目录，打开m程序 vitsimdemo.m / wireless_comm_viterbi_demod.m . 运行即可得到卷积码编码，解码后的误码率。2. 关键函数功能介绍和参数配置：1) trellis = poly2trellis(constlen, codegen)：生成卷积码编码、译码所需要的网格图2) msg_orig = randi(0 1, numSymb, 1)：生成随机的0，1（低版本matlab使用randsrc（）完成此功能）3) msg_enc = convenc(msg_orig, trellis)卷积编码4) hMod = modem.pskmod():产生调制信息5) msg_tx = modulate(hMod, msg_enc);调制编码后的信息（在低版本matlab中由函数dmodce完成4、5的功能）6) awgn()添加awgn噪声7) demodulate():解调 （低版本matlab中由ddemodce完成此功能）8) vitdec()：viterbi解码3.2运行程序并进行分析1. 运行程序：按F5即可运行该代码。观察误码率曲线和数据特点。了解各个函数的用法。2. 为了看每一段程序的功能，可以在每段设置断点，观测每一段的输出。也可以按F10单步执行。四、实验作业1. 对比QPSK调制前后bit和符号的关系。了解经过QPSK调制后比特周期和符号周期之间的关系。调制之后的符号周期是比特周期的两倍。2. 了解Es /N0 与Eb/N0的关系Es/N0=Eb/N0*log2M3. 以框图的形式画出程序执行流程图4. （选作）修改程序，得到仿真ber曲线，并与理论曲线对比32