通信原理實驗 多徑傳播 MATLAB仿真

一、實驗目的
通過實驗掌握多徑傳播、信道的頻率選擇性、相干帶寬等概念，理解多徑信道對信號傳輸的影響。
二、實驗原理
多徑信道指信號傳輸的路徑不止一條，接收端同時收到來自多條傳輸路徑的信號，這些信號可能同向相加或反向相消。由于各徑時延差不同，每徑信號的衰減不同，因此數字信號經過多徑信號后有碼間干擾。通常情況下，如果信號的碼元間隔遠大于多徑間的最大時延差，此時信號經過多徑后不會產生嚴重的碼間干擾；相反，如果信號碼元間隔與多徑間的時延差可比，則信號經過多徑傳輸后會產生嚴重的碼間干擾，此時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。
由于多徑，信道幅頻特性不為常數，對某些頻率產生較大的衰減，對某些頻率的衰減小，即信道具有頻率選擇性。當輸入信號的帶寬遠小于信道帶寬時（第一個零點帶寬），則信道對輸入信號的所有頻率分量的衰減幾乎相同，這種情況下，信號經歷平坦性衰減，當輸入信號的帶寬與信道帶寬可比時，此時信號各頻率分量經過信道的衰減不同，即信號經過了頻率選擇性的衰減。通常可用信道的時延擴展 來表示信道的多徑擴展情況，多徑時延擴展的倒數稱為信道的相干帶寬 ，設輸入信號的碼元間隔為 ，當 >>1時，信號的衰減是平坦的；反之，信號的衰減是頻率選擇性的。
數字信號經過多徑非時變信道后，輸出信號為

從頻域觀點看

三、實驗內容
設三徑信道

1.用Matlab畫出信道的幅頻響應特性和相頻響應特性；
代碼：
clc,clear,close all
f=-3:0.01:3;
H1=0.5exp(-j2pif0);
H2=0.707exp(-j2pif1);
H3=0.5exp(-j2pif2);
H=H1+H2+H3;
subplot(2,1,1)
plot(f,H)
title(‘信道的幅頻響應特性’)
xlabel(‘f’)
ylabel(’|H(jf)|’);
grid on
subplot(2,1,2)
plot(f,angle(H)/(2pi))
title(‘信道的相頻響應特性’)
xlabel(’\omega’)
ylabel(’\phi(\omega)’);
grid on

2.設信道輸入信號為 ，其中 ， ， 隨機取0或1，畫出輸出信號波形；
代碼：
clc,clear,close all
a=rand(1,1000)<0.5;
s=8;%每個碼元的抽樣點數
Ts=1;
dt=1/s;
f=-3:0.01:3;
N=100;
t=0:dt:(Ns-1)Tsdt;
bt=0;
for i=1:1000
bt=bt+a(i)((t>0+iTs)-(t>Ts+iTs));
end
st=0.5bt+0.707[zeros(1,s),bt(1:length(t)-s)]+0.5*[zeros(1,2s),bt(1:length(t)-2s)];
subplot(2,2,1)
plot(t,bt)
title(‘輸入信號’)
grid on
axis([0 100 -0.5 1.5])
Bf=abs(sig_spec(bt,t,dt,f));
subplot(2,2,2)
plot(f,Bf)
title(‘輸入信號的頻譜’)
grid on
subplot(2,2,3)
plot(t,st)
title(‘輸出信號’)
grid on
Sf=abs(sig_spec(st,t,dt,f));
subplot(2,2,4)
plot(f,Sf)
title(‘輸出信號頻譜’)
grid on

3.同（2）相同形式的輸入信號，但 ，畫出輸出信號波形。
代碼：
clc,clear,close all
a=rand(1,1000)<0.5;
s=8;%每個碼元的抽樣點數
Ts=8;
dt=1/s;
f=-3:0.01:3;
N=100;
t=0:dt:(Ns-1)Tsdt;
bt=0;
for i=1:1000
bt=bt+a(i)((t>0+iTs)-(t>Ts+iTs));
end
st=0.5bt+0.707[zeros(1,s),bt(1:length(t)-s)]+0.5*[zeros(1,2s),bt(1:length(t)-2s)];
subplot(2,2,1)
plot(t,bt)
title(‘輸入信號’)
grid on
axis([0 100 -0.5 1.5])
Bf=abs(sig_spec(bt,t,dt,f));
subplot(2,2,2)
plot(f,Bf)
title(‘輸入信號的頻譜’)
grid on
subplot(2,2,3)
plot(t,st)
title(‘輸出信號’)
grid on
axis([0 100 -0.5 2])
Sf=abs(sig_spec(st,t,dt,f));
subplot(2,2,4)
plot(f,Sf)
title(‘輸出信號頻譜’)
grid on

四、思考題
1.從信道幅頻相頻特性分析信道對輸入信號的影響；
答：由于多徑傳輸的原因，使得信道的幅頻特性不為常數，在不同頻率下對信號衰減的影響不同，對一些頻率的信號成分衰減較大，對一些頻率的信號成分衰減較小，即此時的信道具有頻率選擇性衰落。
2.信道相干帶寬是多少？
答：信道的相干帶寬為 B=1/τm，τm為多徑傳輸的最大時延差。
3.比較Ts=1時輸入輸出信號波形，比較Ts=8時輸入輸出信號波形。哪種情況輸出信號失真較大？為什么?
答：Ts=1時輸出信號失真大。因為根據工程經驗，為了盡可能減小頻率選擇性衰落的影響，數字信號的碼元寬度TB至少為TB=（3~5）τm，Ts=1時不滿足上述條件，故產生了嚴重的失真；而Ts=8時有碼元寬度遠遠大于多徑傳輸的最大時延差，故此時不會產生嚴重的失真。

總結

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