多

徑

衰

落

信

道

2012

年

X

月

X

日

不同參數(shù)時(shí)的多徑衰落信道仿真

姓名：

學(xué)號：班級：通信班

程序模擬多徑信道的場景，如下圖所示：

假設(shè)在一條筆直的高速公路上一端安裝了一個(gè)固定的基站，在另一端有一面完全反射電磁波的墻面，基站距反射墻的距離為d。移動臺距基站的初始距離為r0?；景l(fā)射一個(gè)頻率為f的正弦信號cos(2πft)。由于墻面的反射，移動臺可以接受到2徑信號，其中之一是從基站直接發(fā)射的信號，另一徑是從反射墻反射過來的信號。

當(dāng)移動臺靜止時(shí)，從基站發(fā)出的直射信號到達(dá)移動臺所需時(shí)間為r0/c（c為光速），從反射墻反射過來的信號到達(dá)移動臺所需時(shí)間為（2*d-r0）/c。換句話說，在時(shí)刻t,移動臺分別接收到了從時(shí)刻t-r0/c基站發(fā)出的直射信號和從時(shí)刻t-(2*d-r0)/c基站發(fā)出的反射信號。信號在傳播的過程中要衰減，自由空間中，電磁波功率隨距離r按平方規(guī)律衰減，相應(yīng)的電場強(qiáng)度按1/r規(guī)律衰減，并且反射信號同直射信號的相位相反。所以，時(shí)刻t移動臺接收到的合成信號為：

E(t)=cos[2*∏*f(t-r0/c)]/r0-

cos[2*∏*f(t-(2*d-r0)/c)]/(2*d-r0)

式中，減號體現(xiàn)了反射信號與直射信號的相位相反。

同時(shí)，由于反射徑的存在，使得接收到的合成信號最大值要小于直射徑的信號。

一、仿真不同頻率的信號的多徑效應(yīng)

當(dāng)f分別為1,3e8,9e8時(shí)，程序如下：

clear

all

f=1;%發(fā)射信號頻率

v=0;

%移動臺速度，靜止情況為0

c=3e8;

%電磁波速度，光速

r0=9000;

%移動臺距離基站初始距離

d=15000;

%基站距離反射墻的距離

t1=0:0.0001:10;

%時(shí)間

E1=cos(2*pi*f*((1-v/c).*t1-r0/c))./(r0+v.*t1);

%直射徑信號

E2=cos(2*pi*f*((1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c))./(2*d-r0-v*t1);

%反射徑信號

subplot(2,3,1)

plot(t1,E1,t1,E2,＇-g＇,t1,E1-E2,＇-r＇)

%畫出直射徑、反射徑和總的信號

legend(＇直射徑信號＇,＇反射徑信號＇,＇移動臺接收的合成信號＇)

%axis([0

-0.5

0.5])

subplot(2,3,4)

plot(t1,E1-E2)

f=3e8;

%發(fā)射信號頻率

v=0;

%移動臺速度，靜止情況為0

c=3e8;

%電磁波速度，光速

r0=9000;

%移動臺距離基站初始距離

d=15000;

%基站距離反射墻的距離

t1=0:0.00000000001:0.00000001;

%時(shí)間

E1=cos(2*pi*f*((1-v/c).*t1-r0/c))./(r0+v.*t1);

%直射徑信號

E2=cos(2*pi*f*((1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c))./(2*d-r0-v*t1);

%反射徑信號

subplot(2,3,2)

plot(t1,E1,t1,E2,＇-g＇,t1,E1-E2,＇-r＇)

%畫出直射徑、反射徑和總的信號

legend(＇直射徑信號＇,＇反射徑信號＇,＇移動臺接收的合成信號＇)

%axis([0

-0.5

0.5])

subplot(2,3,5)

plot(t1,E1-E2)

f=1;

%發(fā)射信號頻率

v=0;

%移動臺速度，靜止情況為0

c=9e8;

%電磁波速度，光速

r0=9000;

%移動臺距離基站初始距離

d=15000;

%基站距離反射墻的距離

t1=0:0.0001:10;

%時(shí)間

E1=cos(2*pi*f*((1-v/c).*t1-r0/c))./(r0+v.*t1);

%直射徑信號

E2=cos(2*pi*f*((1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c))./(2*d-r0-v*t1);

%反射徑信號

subplot(2,3,3)

plot(t1,E1,t1,E2,＇-g＇,t1,E1-E2,＇-r＇)

%畫出直射徑、反射徑和總的信號

legend(＇直射徑信號＇,＇反射徑信號＇,＇移動臺接收的合成信號＇)

%axis([0

-0.5

0.5])

subplot(2,3,6)

plot(t1,E1-E2)

其圖形為：

從圖分析出，當(dāng)頻率f從1增至3e8再增至9e8時(shí)，直射徑信號、反射徑信號和移動臺接收到的合成信號幅度均不變，只是它們的頻率呈現(xiàn)選擇性變化。

在同一位置，由于反射徑信號的存在，發(fā)射不同頻率的信號時(shí)，在接收機(jī)處接受到的信號有的頻率是被增強(qiáng)了，有的頻率是被削弱了，頻率選擇性衰落由此產(chǎn)生。

當(dāng)移動臺處于波峰位置時(shí)，接收到的信號得到增強(qiáng)；而在在波谷位置時(shí)，信號的到衰減。當(dāng)兩條路徑變化長度之差變化1/4波長時(shí)，這兩條路徑的響應(yīng)信號的相位差改變∏/4,從而導(dǎo)致總的接收幅度出現(xiàn)非常嚴(yán)重的變化。

二、仿真移動臺在不同位置時(shí)的多徑效應(yīng)

當(dāng)r0依次等于1000,2000,5000時(shí)，其程序?yàn)椋?/p>

clear

all

f=9e8;

%發(fā)射信號頻率

v=0;

%移動臺速度，靜止情況為0

c=3e8;

%電磁波速度，光速

r0=1000;

%移動臺距離基站初始距離

d=15000;

%基站距離反射墻的距離

t1=0:0.00000000001:0.00000001;

%時(shí)間

E1=cos(2*pi*f*((1-v/c).*t1-r0/c))./(r0+v.*t1);

%直射徑信號

E2=cos(2*pi*f*((1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c))./(2*d-r0-v*t1);

%反射徑信號

subplot(2,3,1)

plot(t1,E1,t1,E2,＇-g＇,t1,E1-E2,＇-r＇)

%畫出直射徑、反射徑和總的接收信號

legend(＇直射徑信號＇,＇反射徑信號＇,＇移動臺接收的合成信號＇)

%axis([0

-0.5

0.5])

subplot(2,3,4)

plot(t1,E1-E2)

f=9e8;

%發(fā)射信號頻率

v=0;

%移動臺速度，靜止情況為0

c=3e8;

%電磁波速度，光速

r0=2000;

%移動臺距離基站初始距離

d=15000;

%基站距離反射墻的距離

t1=0:0.00000000001:0.00000001;

%時(shí)間

E1=cos(2*pi*f*((1-v/c).*t1-r0/c))./(r0+v.*t1);

%直射徑信號

E2=cos(2*pi*f*((1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c))./(2*d-r0-v*t1);

%反射徑信號

subplot(2,3,2)

plot(t1,E1,t1,E2,＇-g＇,t1,E1-E2,＇-r＇)

%畫出直射徑、反射徑和總的接收信號

legend(＇直射徑信號＇,＇反射徑信號＇,＇移動臺接收的合成信號＇)

%axis([0

-0.5

0.5])

subplot(2,3,5)

plot(t1,E1-E2)

f=9e8;

%發(fā)射信號頻率

v=0;

%移動臺速度，靜止情況為0

c=3e8;

%電磁波速度，光速

r0=5000;

%移動臺距離基站初始距離

d=15000;

%基站距離反射墻的距離

t1=0:0.00000000001:0.00000001;

%時(shí)間

E1=cos(2*pi*f*((1-v/c).*t1-r0/c))./(r0+v.*t1);

%直射徑信號

E2=cos(2*pi*f*((1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c))./(2*d-r0-v*t1);

%反射徑信號

subplot(2,3,3)

plot(t1,E1,t1,E2,＇-g＇,t1,E1-E2,＇-r＇)

%畫出直射徑、反射徑和總的接收信號

legend(＇直射徑信號＇,＇反射徑信號＇,＇移動臺接收的合成信號＇)

%axis([0

-0.5

0.5])

subplot(2,3,6)

plot(t1,E1-E2)

其圖形為：

從圖分析出，當(dāng)r0從1000增至2000再增至5000時(shí)，即更靠近反射墻，直射徑信號、反射徑信號和移動臺接收到的合成信號頻率均不變，直射信號變?nèi)?，反射?jīng)信號主逐漸變強(qiáng)，從移動臺接收到的合成信號變?nèi)?，不僅要小于直射徑的信號更小于反射徑的信號。

三、仿真移動臺移動時(shí)的多徑信號

當(dāng)v依次等于1,5,10時(shí)，其程序?yàn)椋?/p>

clear

all

f=9;

%發(fā)射信號頻率

v=1

%移動臺速度，靜止情況為0

c=3e8;

%電磁波速度，光速

r0=3;

%移動臺距離基站初始距離

d=10;

%基站距離反射墻的距離

t1=0:0.0001:1;

%時(shí)間

E1=cos(2*pi*f*((1-v/c).*t1-r0/c))./(r0+v.*t1);

%直射徑信號

E2=cos(2*pi*f*((1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c))./(2*d-r0-v*t1);

%反射徑信號

subplot(2,3,1)

plot(t1,E1,t1,E2,＇-g＇,t1,E1-E2,＇-r＇)

%畫出直射徑、反射徑和總的接收信號

legend(＇直射徑信號＇,＇反射徑信號＇,＇移動臺接收的合成信號＇)

%axis([0

-0.5

0.5])

subplot(2,3,4)

plot(t1,E1-E2)

f=9;

%發(fā)射信號頻率

v=5

%移動臺速度，靜止情況為0

c=3e8;

%電磁波速度，光速

r0=3;

%移動臺距離基站初始距離

d=10;

%基站距離反射墻的距離

t1=0:0.0001:1;

%時(shí)間

E1=cos(2*pi*f*((1-v/c).*t1-r0/c))./(r0+v.*t1);

%直射徑信號

E2=cos(2*pi*f*((1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c))./(2*d-r0-v*t1);

%反射徑信號

subplot(2,3,2)

plot(t1,E1,t1,E2,＇-g＇,t1,E1-E2,＇-r＇)

%畫出直射徑、反射徑和總的接收信號

legend(＇直射徑信號＇,＇反射徑信號＇,＇移動臺接收的合成信號＇)

%axis([0

-0.5

0.5])

subplot(2,3,5)

plot(t1,E1-E2)

f=9;

%發(fā)射信號頻率

v=10

%移動臺速度，靜止情況為0

c=3e8;

%電磁波速度，光速

r0=3;

%移動臺距離基站初始距離

d=20;

%基站距離反射墻的距離

t1=0:0.0001:1;

%時(shí)間

E1=cos(2*pi*f*((1-v/c).*t1-r0/c))./(r0+v.*t1);

%直射徑信號

E2=cos(2*pi*f*((1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c))./(2*d-r0-v*t1);

%反射徑信號

subplot(2,3,3)

plot(t1,E1,t1,E2,＇-g＇,t1,E1-E2,＇-r＇)

%畫出直射徑、反射徑和總的接收信號

legend(＇直射徑信號＇,＇反射徑信號＇,＇移動臺接收的合成信號＇)

%axis([0

-0.5

0.5])

subplot(2,3,6)

plot(t1,E1-E2)

其圖形為：

從圖分析出，當(dāng)移動臺移動速度從1增至5再增至10時(shí)，直射徑信號、反射徑信號和移動臺接收到的合成信號頻率均不變，直射徑信號和移動臺接收的合成信號的衰減速度更快，反射徑信號呈變大趨勢。

即使在同一頻率，在不同的時(shí)間點(diǎn)，合成信號的強(qiáng)度也是不一樣的。當(dāng)接收信號的強(qiáng)度相對位于波谷位置，接收的合成信號幾乎為0，當(dāng)接收信號的強(qiáng)度相對位于波峰位置，接收的直射信號和反射信號要比合成信號大得多，這種由于移動臺運(yùn)動而導(dǎo)致的信號增強(qiáng)或削弱的情況就是時(shí)間選擇性衰落。

實(shí)驗(yàn)總結(jié)：

通過本次實(shí)驗(yàn)，使我對多徑衰落信道中距離、速度、頻率對波形的影響有了進(jìn)一步的了解，使我對多徑衰落信道的特點(diǎn)有了進(jìn)一步的了解。

在無線信道中，發(fā)送和接收天線之間通常存在多于一條的信號傳播路徑。多徑的存在是因?yàn)榘l(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間建筑物和其他物體的反射、繞射、散射等引起的當(dāng)信號在無線信道傳播時(shí)，多徑反射和衰減的變化將使信號歷經(jīng)隨機(jī)波動。因此，無線信道的特性是不確定的，隨機(jī)變化的。多徑衰落信道的兩個(gè)特點(diǎn)：頻率選擇性衰落和時(shí)間選擇性衰落。