通信原理课程设计----多径信道对信号影响的仿真和分析

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：
1 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
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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。

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.for end。

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/windows xp/
软件系统：Matlab软件
4 开发工具和编程语言
开发工具：MATLAB 7.1
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m20
s0=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
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.
for i=1:m
v=abs(sin(2*pi*r(i)*t));
s0=a1*cos(2*pi*f0*(t-v));
s=s+s0
end
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;
for i=1:m
v=abs(sin(2*pi*r(i)*t));
s0=a1*cos(2*pi*f0*(t-v));
s=s+s0
end
s=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
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
-1-0.5
0.5
1
t
s i
单频信
号-100
10
20
t s 多径信道接收信号
图一：时域多径传输信号衰落分析图
0500
1000
1500
f s 0f
单频信号频谱
0500
1000
1500
f s f
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
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
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。