学 号
天津城建大学
设计说明书
起止日期： 2013 年 12 月 23 日 至 2014 年 1 月 17 日
计算机与信息工程学院
2014年 1月 17日
天津城建大学
课程设计任务书
2013 —2014学年第一学期
计算机与信息工程 学院 电子信息工程 专业 1 班级
课程设计名称： 电子系统综合设计
设计题目 基于matlab的单输入单输出信道模型仿真
完成期限：自 2013 年 12 月 23 日至 2014 年 1 月 17 日共 4 周
设计依据、要求及主要内容：
1、 设计依据：
采用matlab仿真软件，实现对于宽带通信系统中双选择信道模型中，单输入单输出天线的信道模型仿真。
2、 要求及主要内容：
1） 熟练使用matlab软件；
2） 理解信道模型仿真，在整个通信系统设计中的重要性；
3） 采用单输入单输出的信道模型；
4） 通过改变不同的障碍物，得到不同的信道模型。
5） 并对不同模型进行比较
指导教师（签字）：
系主任（签字）：
批准日期： 2013 年12月 19 日
目录
第一章 基本原理和设计思路 1
1.1 OFDM 1
1.2 信道模型 1
1.2.1 加性高斯白噪声信道 1
1.2.2 瑞利多路径衰落信道 2
1.2.3稀疏信道 2
1.3 信道容量 3
1.4 算法-傅里叶变换 3
1.5 设计思路 4
第二章 设计实现 5
2.1 Matlab简介 5
2.2 参数设置 5
2.2.2 稀疏信道参数设计 5
2.3 SISO仿真 6
第三章 仿真结果及分析 7
3.1 三维立体模型图 7
3.2 仿真结果及分析 8
3.3 与其他信道模型的比较 8
第四章 课设总结 9
参考文献 10
附录：源程序 11
第1章 基本原理和设计思路
1.1 OFDM
OFDM，即正交频分复用技术，是一种多载波调制技术。顾名思义该技术将高速率数据流分成多个低速率数据流，因而每个子载波带宽很小且大小相同。在通信中，实际信号从发送端到接收端，这两端是一种无线时变多径信道，它会引起信号时间的延迟而导致频率选择性衰落，同时引起信号频率的拓宽而导致多普勒效应。频率选择性衰落会引起符号间干扰（ISI），从而导致通信系统性能下降。而采用OFDM自身特点每个子载波的信道都可以看作平坦信道，可以应付更加恶劣的信道包括窄带干扰和频率选择性衰落。此外，OFD M采用循环前缀（作为保护间隔,不仅消除了符号间干扰还消除了子载波间的干扰。OFDM有如下优点：
1.解决了频分复用和时分复用所面临的问题。正交频分复用可宽带分成许多窄带，又称子载波，这些载波间的正交性表示每个子载波的频率是符号周期倒数的整数倍，不需要额外带宽来做保护间隔同时不像频分复用需要传送众多用户信息，避免了用户切换问题。
2.利用快速傅里叶变换（FFT）作为调制解调器。为了保证OFDM系统的正常运行，我们必须保证所有子载波的正交性。首先根据要传输的数据来确定频谱。再给每个子载波分配数据。这些载波的幅度、相位由调制方式来确定，比如BPSK,QPSK，QAM等等。然后将频谱通过逆傅里叶变换得到时域信号。因此计算复杂度大大降低，并且随着数字信号处理技术的进步所需时间也变得越来越少。同理，接收端通过快速傅立叶变换来解调，这样不单使系统复杂度降低，节省了成本，也保证了各子载波的正交性。
3.通过使用循环前缀消除载波间干扰和符号间干扰。
4.因为自身带宽特点，很容易实现信道均衡。
5.OFDM具有强大的抗多径能力。
1.2 信道模型
信道是指信号在传输过程中所通过的所有媒质，比如无线信道、同轴电缆和铜绞线信道等。在移动通信系统研究中，无线信道成为焦点。信道可以使信号的相位和频率以及幅度都发生变化。城市建筑的多样性，以及各种无限背景噪声的存在，使得产生多变的无线信道。想要提高通信系统的性能，前提要对信道进行有效建模。目前对无线信道的仿真可以借助许多参数确定的数学模型。比如多普勒频移、信号采样率和多径时延等。在不同环境下对信道越好的逼近，即越有效地信道建模，越能真实的模拟通信系统提高系统性能。
1.2.1 加性高斯白噪声信道
信号通过高斯白噪声，将会被加上与信道相同频谱密度的白噪声，并且它的幅度满足高斯分布。在许多物理过程中会产生高斯噪声，比如导线中原子的热运动并且卫星通信和太空通信都使用于高斯白噪声信道模型。其信号框图如1-1所示，这种模型用公式表示如下：
上式中，为接收信号，为发送信号，为高斯白噪声。为了更好显示出白噪声对发送信号的影响，引入信噪比即为信号噪声功率之比。
信道
发送信号x(t) 接收信号y(t)
n(t)
图1-1 受高斯白噪声污染的信道模型
1.2.2 瑞利多路径衰落信道
路政信息 从发射端到达接收端，信号要经过直射、反射以及折射等多种干扰，甚至会受到干扰物移动的影响，因而导致信号的幅度、相位发生改变。这便是一种在无线通信系统中常见的衰落信道类型——多径衰落。在此基础上，如果信号幅度改变叠加后符合瑞利分布，即称为瑞利多路径衰落信道。
这种信道模型用公式表示如下：
其中，发送信号为，接收信号为，表示第条路径的增益，代表多路径数目，代表第条路径时延。
研究时不变信道时，假设调制信号：
其中是在第k个载波上的发送数据，且。接着在调制信号上加上循环前缀阿尔泰山区垂直自然带用来抵制符号间干扰，经过多径信号，在接收端接收到的信号表示如下：
其中为第条信道增益，L为信道抽头个数，为采样后的加性高斯复噪声。
那么第K条子载波接收到的数据用公式表达为：
经过上述分析，为了减少信道对信号的影响，可以通过频域单抽头对每个子载波进行补偿：
1.2.3稀疏信道
在实际生活中，很多信号都携带大量冗余信息，这些信息往往造成计算复杂度高，处理速度慢和运行效率低下。如果能去掉大量冗余信息，能大大提高效率还不影响有用信号。
稀疏信道就具有这个功能。稀疏信道具有的稀疏性是指时域脉冲响应只在一部分时间上具有较大幅值，却在其他时间都为零或很小。
假设信号，是空间的离散列向量，其元素用表示，n=1,2,…,N。该向量可以通过河流阶地维的标准正交基向量的线性组合表示，其中为的列向量。
即信号X可以表示为：
其中，为维的满秩基矩阵，为维加权系数列向量，其中，表示转置。由上可见，s是信号X在域的表示。如果s中非零元素的个数P远远小于信号长度N,就可以说信号X在域是可压缩或者是稀疏的。所以，稀疏（可压缩）信号是指在某一正交基下，系数中非零元素个数远远小于信号维数，或者系数的幅值按一定量级呈现指数衰减，并且很少的项幅度较大，其他项幅值近似为零。首先要出合适的基矩阵才能将信号稀疏或者近似稀疏表示，通常情况下离散傅立叶变换基、离散余弦变换基均为比较常用的基矩阵。例如：X可以看成有限长离散时域信号，s为有限带宽下的频域信号，基矩阵为离散傅立叶变换（DFT）矩阵。如果s中非零元素的个数远小于N，即称该信号是可压缩的。可压缩信号可以用极少的大加权系数很好的对其逼近，即该信号能在某个正交基下稀疏表示，所以如何到某个正交基成为压缩感知重点，可以使信号稀疏表示。
1.3 信道容量
单输入单输出（SISO）系统是采用单根发射天线和单根接收天线（nT＝nR＝1）的通信系统，即为传统的单天线系统。对于一个给定的信道，发射端的输入信号功率为P，根据香农容量公式，该信道的归一化容量可表示为：
对于传统的单天线系统，信道传输矩阵H仅有一个元素h11，H是一个复数，而不是一个向量。从公式可以看出，当信噪比比较高时，容量随着信噪比对数增长。在祥龙烧星乐园SNR(信噪比)较高的区域，SNR（信噪比）每增加3dB，可增加lb／s／Hz的信道容量。
实际的无线信道是时变的，要受到衰落的影响，如果用h表示在观察时刻单位功率的复高斯信道的幅度（H＝h），信道容量可表示为：
由于受到衰落的影响，SISO信道的容量值都较小。
1.4 算法-傅里叶变换
傅里叶变换是一种分析信号的方法，它可分析信号的成分，也可用这些成分合成信号。许多波形可作为信号的成分，比如正弦波、方波、锯齿波等，傅里叶变换用正弦波作为信号的成分。是t的周期函数，如果t满足狄里赫莱条件：在一个周期内具有有限个间断点，且在这些间断点上，函数是有限值；在一个周期内具有有限个极值点；绝对可积。则有下图①式成立。①称为积分运算的傅里叶变换，式的积分运算叫做的傅里叶逆变换。叫做的像函数，叫做的像原函数。是的像。是原像。
¢Ù傅里叶变换
¢Ú傅里叶逆变换
1.5 设计思路
单输入单输出(SISO)系统， 发送端输入一个单位脉冲信号，经过稀疏信道后输出。流程图如下
图1-2 设计流程图
第二章 设计实现
2.1 Matlab简介工装管理系统
Matlab是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的缩写，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境， 主要包括Matlab及Simulink两大部分。20 世纪70 年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler在教学过程中为了减轻学生编程的负担，用FORTRAN 编写了最早的Matlab，这便是Matlab的雏形。1984 年由Little Moler、Steve Bangert合作成立了
的MathWorks公司正式把Matlab推向市场。到20 世纪90 年代， 计算方法、图形功能、用户界面设计、编程手段和工具方面的重大改进，使得Matlab成为国际控制界的标准计算软件。目前， Matlab已被广泛地应用于科学研究和解决各种具体的实际问题， 可以预见，Matlab将在科学研究和工程应用中发挥越来越大的作用。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议