BFSK在加性高斯白噪声和多径瑞利衰落信道中的传输性能

如题

BFSK在加性高斯白噪声信道和

多径瑞利衰落信道中的传输性能

自动化 张明键

1. 课程设计的目的

课程设计教学对实现专业培养目标，提高学生全面素质具有重要作用。它是对学生进行的阶段基础知识或阶段专业技能的训练，实现由知识向能力转化的培养手段，是对前期理论与实践教学的检验。

课程设计教学着眼于培养学生正确的设计思想与方法、严谨的科学态度和良好的工作作风、培养学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力、培养学生文字和语言表达能力以及合作工作能力、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能为目标。

2. 课程设计的要求

(1) 熟悉MATLAB Simulink的使用方法；

(2) 熟悉MATLAB Simulink中建立子系统的方法；

(3) 熟悉加性高斯白噪声信道的特点和多径瑞利衰落信道的特点；

(4) 熟悉BFSK(2进制频移键控) 调制的原理；

(5) 用Simulink仿真BFSK在加性高斯白噪声信道中的传输性能；

(6) 用Simulink仿真BFSK在多径瑞利衰落信道中的传输性能；

(7) 观测并记录仿真结果，对结果进行比较和分析；

(8) 按照要求完成课程设计报告。

3. 课程设计内容

用Simulink仿真BFSK在加性高斯白噪声信道中的传输性能，计算各种信噪比（SNR=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15）条件下的误码率。用Simulink仿真BFSK在多径瑞利衰落信道中的传输性能，计算各种信噪比（SNR=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15）条件下的误码率。根据仿真结果，比较这BFSK在这两种信道中的传输性能。

4. 课程设计的实验步骤

（1） 阅读参考资料和文献，掌握加性高斯白噪声信道的特点；掌握多径瑞利

衰落信道的特点；掌握BFSK调制的特点。

（2） 在Simulink中建立二进制频移键控在加性高斯白噪声信道中传输的模型

（如图1）。其中包括三个子系统：Source(信源模块)子系统，Sink(信宿模块)子系统，和Channel(信道模块)子系统。Source子系统中包含的模块有：Random Integer Generator, M-FSK Modulator Baseband 等。Sink子系统中包含的模块有：M-FSK Demodulator Baseband, Error Rate Calculation 等。Channel 子系统中包含的模块有：AWGN Channel 等。

如题

图1 二进制频移键控在加性高斯白噪声信道中传输的模型

（3）编写仿真主程序，在程序中设置以下参数的值：BFSK调制的频率间隔

（Frequency separation）为24000，信号源产生信号的比特率BitRate设为100000（如图2），M-FSK Modulator Baseband 模块和M-FSK Demodulator Baseband 模块中的参数Samples per symbol设置为2， AWGN channel模块中的参数“Mode”设为 Signal to noise ratio (SNR), 仿真时间的长度 Simulation time设为10 。

图2 随机整数产生器的参数设置

（4） 在Simulink中建立二进制频移键控在多径瑞利衰落信道中传输的模型

如题

（如图3）。其中包括三个子系统：Source(信源模块)子系统，Sink(信宿模块)子系统，和Channel(信道模块)子系统。Source子系统中包含的模块有：Random Integer Generator, M-FSK Modulator Baseband 等。Sink子系统中包含的模块有：M-FSK Demodulator Baseband, Error Rate Calculation 等。Channel 子系统中包含的模块有：Multipath Rayleigh Channel, AWGN Channel 等。

图3二进制频移键控在多径瑞利衰落信道中传输的模型

（5）编写仿真主程序，在程序中设置以下参数的值：BFSK调制的频率间隔

（Frequency separation）为24000，信号源产生信号的比特率BitRate设为100000，M-FSK Modulator Baseband 模块和M-FSK Demodulator Baseband 模块中的参数Samples per symbol设置为2， AWGN channel模块中的参数Mode设为 Signal to noise ratio (SNR), 仿真时间的长度 Simulation time设为10 。发送端和接收端的相对运动速度设为40公里/小时，运动方向和发送端与接收端连线之间的夹角为00 。根据这些参数可以确定多径瑞利衰落信道模块的参数Fd的值（如图4）。

如题

图 4 多径瑞利衰落信道模块的参数设置

（6） 在同一张图上（对数坐标）分别画出BFSK在加性高斯白噪声信道和多

径瑞利衰落信道中传输的误码率与信噪比的对应关系，分析仿真结果。

(7) 改变M-FSK Modulator Baseband模块和M-FSK Demodulator Baseband

模块中的参数Samples per symbol的值，重复步骤(2)-(6)。分析误码率的变化与参数Samples per symbol的对应关系。

5. 课程设计报告的要求

课程设计报告包括以下的内容：

（1） 封面，包括课“程设计名称”、“设计题目”、“学院及专业”、“年级班

别”、“学号”、“姓名”、“指导老师”、“日期”；

（2） 目录；

（3） 课程设计的目的；

（4） 课程设计的要求；

（5） 课程设计的内容；

（6） Simulink仿真工具简介；

（7） BFSK调制的原理，加性高斯白噪声信道的特点和多径瑞利衰落信道

的特点；

如题

（8） 在加性高斯白噪声信道中，BFSK传输特性的仿真模型图的建立过程

和基本思路，特别要说明其中子系统的建立方法和过程；在多径瑞利衰落信道中，BFSK传输特性的仿真模型图的建立过程和基本思路，特别要说明其中子系统的建立方法和过程；

（9） 说明模型图中各个模块的具体参数设置（需要截图表示）和具体的功

能；

（10）仿真结果，BFSK在加性高斯白噪声信道和多径瑞利衰落信道中传输

误码率与信噪比的对应关系图，仿真结果分析；

（11）改变M-FSK Modulator Baseband模块和M-FSK Demodulator Baseband

模块中的参数Samples per symbol的值，分析误码率与参数Samples per symbol之间的对应关系；

（12）收获和心得体会；

（13）参考文献。

附录：

多径瑞利衰落信道

多径衰落是移动通信系统中的一种相当重要的衰落信道类型，它在很大程度上影响着移动通信系统的质量。在移动通信系统中，发送端和接收端都可能处在不停的运动状态之中，发送端和接收端之间的这种相对运动将产生多普勒频移(Doppler shift)。多普勒频移与运动速度和方向有关，它的计算公式是

fd=v

λcosθ=v×ccosθ f

其中，v是发送端和接收端的相对运动速度，θ是运动方向和发送端与接收端连线之间的夹角（如图5所示），λ=c是载波的波长。 f

发射的信号要经过直射、反射、散射等多条传播途径才能达到接收端，而且随着移动台的移动，各条传播路径上的信号幅度、时延及相位随时随地发生变化，所以接收到的信号的电平是起伏、不稳定的，这些多径信号相互叠加就会形成衰落。叠加后的信号幅度变化符合瑞利分布，又称瑞利衰落。

如题

图 5 多普勒频移示意图