通信原理课程设计----多径信道对信号影响的仿真和分析

1课程设计课程设计名称：通信原理课程设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：课程设计时间：21需求分析给定单频信号，使其经过多径信道，观察信号的变化，分析多经信道对传播信号的影响。本次课程设计要求分析多径信道对信号的影响，信号选用单频信号，选中20条衰减相同，时延的大小随时间变化的路径。任务要求如下：1．用MATLAB产生一个幅度为1、频率为10Hz的单频信号，使其经过20条路径传输，设这20条路径的衰减相同，但时延的大小随时间变化，每径时延的变化规律为正弦型，变化的频率从0-2Hz随机均匀抽取。仿真其输出波形及频谱。2．分析多径信道对传输信号的影响。2概要设计↓↓↓此次课程设计是关于信号经过多径传输后变化的分析，所用的仿真软件是matlab，多径传播对信号的影响称为多径效应，会对信号传输质量造成很大的影响。本次课程设计是考察多径信号对单频正弦信号产生频域弥散的验证。产生一个单频信号随机抽取时延将信号经多径传输获取传输结果信号经傅立叶变换把信号变换到频域并分析3所使用的主要函数如下：1.si=a0*cos(2*pi*f0*t)。此函数是用来产生单频信号。2.r=rand(1,20)*2。此函数用来产生随机的时延。3.sf=fft(s)。此函数用来把时域变换到频域。4.forend。此函数用来产生循环，计算多次时延。5.abs（n）。此函数用来得出绝对值。3运行环境硬件环境：win7/windowsxp/软件系统：Matlab软件4开发工具和编程语言开发工具：MATLAB7.1软件语言：Matlab编程语言5详细设计多径效应指电波传播信道中的多径传输现象所引起的干涉延时效应。在实际的包含所有频率的无线电波传播信道中，常有许多时延不同的传输路径。各条传播路径会随时间变化，参与干涉的各分量场之间的相互关系也就随时间而变化。由此引起合成波场的随机变化。从而形成总的接收场的衰落。因此多径效应是衰落的重要原因。在此对多径效应对单频信号的影响进行仿真分析。设计的思想原理比较简单，首先需要产生一个单频信号，然后经由多径信道时延传输，得出传输后结果，最后对结果进行分析。发送的单频信号为si=a0*cos(2*pi*f0*t)振幅衰减为0.8，时延v=abs(sin(2*pi*r(i)*t))信道m20s0=a1*cos(2*pi*f0*(t-v))接收信号s=sum（s）函数1.r=rand(1,20)此函数用来产生随机的时延4函数2.si=a0*cos(2*pi*f0*t)此函数用来产生单频信号函数3.sf=fft(s)此函数用来使用傅立叶变换将信号变换到频域函数4.fori=1:mv=abs(sin(2*pi*r(i)*t));s0=a1*cos(2*pi*f0*(t-v));s=s+s0end此函数用来计算20次延时后的信号。其中for函数用来产生20次循环。v=abs(sin(2*pi*r(i)*t))，v为时延的绝对值，abs函数用来取绝对值。s0=a1*cos(2*pi*f0*(t-v))，s0为经历一次时延后的信号。s=s+s0，s为多次时延后的信号。给出所需各个初值f0=10;a0=1;m=20;a1=0.8;%初值t=0:0.001:2;抽取随机的时延r=rand(1,20)*2;给出生成单频信号si=a0*cos(2*pi*f0*t);计算经由多径时延后的信号s=0;fori=1:m5v=abs(sin(2*pi*r(i)*t));s0=a1*cos(2*pi*f0*(t-v));s=s+s0ends=sum(s);变换到频域分析s0f=fft(si);sf=fft(s);%傅里叶变换给出运行结果图figure(1)subplot(2,1,1)plot(t,si);xlabel('t');ylabel('si');title('单频信号');%单频输入信号时域波形subplot(2,1,2)plot(t,s);xlabel('t');ylabel('s');title('多径信道接收信号');%接收信号时域波形figure(2)subplot(2,1,1)plot(abs(s0f));xlabel('f');ylabel('s0f');title('单频信号频谱');%单频信号频谱subplot(2,1,2)plot(abs(sf));xlabel('f');ylabel('sf');title('多径信道后信号频谱');%多径传输后接受频谱6调试分析对于本次模拟仿真分析，最开始没有进行傅立叶变换，所以仅仅有时域上上的结果，对频域上反而没有进行分析，而这恰恰是不合理的，经同学帮助后添加sf=fft(s)这一函数并给出其结果运行图，然后很容易就分析出了信号变化和多径影响。代码的编写也出现了一些小小的问题，例如分号的错误使用，经常有一些位置是多了分号而提示错误，这也说明了我对matlab的基本功掌握不够，以6后还要多加练习，才能更好的使用这一有力工具。7测试结果00.20.40.60.811.21.41.61.82-1-0.500.51tsi单频信号00.20.40.60.811.21.41.61.82-1001020ts多径信道接收信号图一：时域多径传输信号衰落分析图05001000150020002500050010001500fs0f单频信号频谱05001000150020002500050010001500fsf多径信道后信号频谱图二：频域多径传输信号衰落分析图由图一可知，单频信号经多径信道后，接收信号的包络随时间随机起伏；由图二看出，单频信号的频谱为两个冲击，而多径传输后频谱变为窄带频谱。这是因为在多径传播的随参信道中，衰耗是恒定的，然而时延是随机变化的，因此接7收到的信号便是各路径时延随时间变化的各路径的合成。因为随机时延的存在，导致了包络的起伏，同时时延误差导致了频率上出现一系列频率间隔，形成如上的频谱图。参考文献1、《MATLAB通信仿真开发手册》国防工业出版社孙屹2、《现代通信系统分析与仿真－MATLAB通信工具箱》西安电子科技大学出版社李建新3、《现代通信原理》清华大学出版社曹志刚著4、教学用“通信原理”教材5、教学用“matlab”教材8心得体会本次试验是针对于通信原理的课程设计，但是在实际过程中发现，确切的说此次的课程设计是MATLAB，高频和通信原理，数字信号处理等课程知识的融合，并不仅仅是简简单单的一门课程知识的应用作为电子信息工程专业的学生，信号的处理和通信系统是我们的主要研究对象，今后的专业方向的工作一般也和这两方面有关，在此之中，通信原理是我们的重要专业课程。我们是在上个学期学习的通信原理，通过此次的课程设计，相当于把上学期的重要知识复习了一遍，同时对多径效应对信号的影响有了更深刻的认识和理解。通过对单频信号经过多径传输后结果信号的分析，认识到了多径传输效应对信号的巨大危害，同时对滤波器的MATLAB实现有了进一步的实践。平时理论上我们想当然的知识，实践起来却并非如此，对于理论结合实际有了更深刻解读。此外，我更深的认识到，通信是一门涉及知识面很广的技术，不仅仅限于将课本的知识熟练掌握，现代通信技术的发展日新月异，要想赶上通信的发展，我们还有很长的一段路要走。9