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1、基于Matlab软件平台的点对点无线通信仿真摘 要：点对点通信中，发送信息由发送端经信道编码，信道到达接收端。 在接收端通过均衡、抽样判决、信道译码和字符转换得到发送信息。本实验将点对 点通信系统进行MATLAB仿真分析。关键字：点对点；仿真分析一、 系统模型在点对点（P2P）通信可以实现网内任意两个用户之间的信息交换。本次实验 实现的是点对点单向单工通信，即在发送端发送信号时，接收端只能进行接收，并 且通信方向不可逆。具体模块上，可分为发送模块，接收模块，信道模块。具系统模型框图如下所 示：图1.1系统整体框图二、 简述原理本次实验通过点对点通信，具体实现通信系统中信息的转换，信道编码，封装
2、 成帧，并通过瑞利信道。在接收端作信道估计，并通过估计的信道信息反卷积得到 发送波形。另外，在接收端可以通过观察眼图和统计直方图来更好地分析信道和发 送、接收波形。最后，通过信道译码和比特与文本转换，得到发送的文本信息。2.1 发送模块信息转换部分用来将待发送的文本信息转换为其ASIC码对应的二进制比特序列。信道编码部分采用(3,1,3)重复编码，即每个比特使用三位相同的比特来表示。 0编码为000 ,1编码为111。该编码方式增加了信息的可靠性，降低误码率， 可以用来对抗信道的影响。信道编码结束后，将信息封装成长度为 1282位的帧，其中包含起始位1和终 止位0。为了简单表示，将超出帧长的部
3、分删去。 在帧前加入长度为1500位的导频 序列，其由500位二进制1 ,500位二进制0和500位二进制1构成。导 频序列的加入是用来进行波形同步和信道估计。接下来，利用SPB将发送帧扩展为发送波形，并传至已经构建好的瑞利信道。2.2 信道模块将发送波形和信道做卷积之后可以得到接收波形。信道为瑞利信道，具体表达 式如下：H 二 randn(LL) + j * randn(l,L)/sqrt2.3 接收模块接收到波形最大值和最小值之和的1/2作为判决门限值。在收到接收波形的基础上，利用导频序列进行同步，找到接收波形的起始点位 置。从起始点位置起，依据SPB,对波形进行抽样和判决，高于门限值的判
4、定为 1, 低于门限值的判定为00至此，完成波形到编码序列的转换。依据信道编码的规则，可以完成信道译码。将之前得到的编码序列去掉重复位 即可得到原序列。由于信息经过信道，由此会产生误码，这里可依据重复码的校验 方式对信号进行简单的检错和纠错。三位码的码重有0、1、2、3四种，根据最短距离准则，码重为0、1的判定为000型码字，码重为2、3的判定为111型 码字。得到的信道译码序列再经过字符转换，转换为字符用。完成了字符串从发送端 到接收端的全过程。三、 仿真分析本实验利用MATLAB软件进行仿真，在仿真中，我采用了两种信道。第一种 是源文件给出的“ doubleexp”信道，另一种则是瑞利信道
5、叠加高斯噪声。3.1 doubleexp信道下的点对点通信在发送端，首先确定，发送信息为“ hello world，经过字符转换后变成总长为 88位的二进制序列。对该二进制序列进行信道编码，即每个码字扩展成三位后再封 装成帧。通过SPB将发送序列转换为波形，并通过“ doubleexp”信道。在接收端 首先对接收到的波形进行均衡，已知信道模型为y(n) = c +矗2 dy(n) = cn dy(n) = cnd接收波形的前400位是导频序列包括前150位0和后250位1,该导频序 列可以用来做信道估计。由于信道噪声影响，标准阶跃序列在接收端产生失真，例 如幅值偏移。利用定义好的长度为400的
6、阶跃序列和接收信号的前400位进行匹配，即可得 到相关参数值c、k、d、a,从而估计出信道。其中c为纵坐标幅度偏置量，可通过前 150个点取平均得到。k为接收波形上 端与下端的差值，可通过后150点的均值与前150点均值做差得到。d为横轴上采 样点的偏置量，由于本实验所用信道模型doubleexp在采样点上没有时延，因此 d的取值即为导频序列中0的个数150。a是实验中重点要得到的值，他表征拟 阶跃序列上升沿的上升速率，a值可以通过迭代法求解匹配波形和接收波形在150-200点之间的最小均方根误差得到。2.2 均衡在信道估计的基础上，加入均衡，可以降低信道对于接收波形的影响，减小误码率。其中a
7、的值在2.1中依据MMSE准则得到。输出和输入的关系通过如下所示 方程描述：y(n) = a*y(n-l)+(l-a)*x(n)y为输出，x为输入，利用上述递推公式可以得到输入序列，即均衡后的结果。均衡前后的眼图可以用来观察均衡效果。2.3 均衡的影响因素这个实验通过给定不同的单比特采样点数(sample per bit,通过均衡后得到眼图。观察眼图信息，就可以得到 SPB对于均衡的影响程度。2.4 均衡的评估均衡的评估依赖于误码率的计算，通过计算均衡前和均衡后的误码率，即可对 均衡效果进行评估。同时，该实验还将不同 SPB的误码率以图像的形式表示出来。三、仿真分析3.1 信道估计首先，选定的
8、缺省参数为：c = 0; d = 200; k = 1; a = 0.8。此时的接收波形和匹 配波形如下所示：10 3020 1QI111L_050100150200Received Wave -Fit250300350400Sample Index图3.1未调参数时的接收波形和匹配波形其中，横坐标为采样点数，纵坐标为幅度值。蓝线所示为接收波形图，由于噪 声影响，标准阶跃序列的底端0序列部分上升，顶端1序列部分下降。上升 沿部分变得平滑，有类似于开余弦的波形出现。红线为匹配波形。显然，在缺省参 数设置时，匹配效果不佳。下图为调整参数值之后的接受波形和匹配波形，横坐标仍为采样点数，纵坐标 为幅度
9、值。参数值设定为：c = 0.23; d = 150; k = 0.6; a = 0.91%其中，c、d、k的取 值在上一部分有论述。a的取值通过循环函数计算。计算流程图如下：开始图3.2 a的计算过程通过上述方法可以得到a=0.917。将更新后的a的值带入方程可以观察到，此 时的两个波形几乎重合，证明匹配成功。450100150200250300350400Sample Index9 8 O,0.7 6 5 4 3 2 1 O.UO.O,UO.O.图3.3已调参数后的接收波形和匹配波形3.2 均衡信道模型为doubleexp,已知发送波形，可以得到接收波形。又由信道估计方程 y(n) = +
10、 It * (1 * / Y)可以得到输助7(- 1)以及输入飒的关系式。 在这里，由于c和k都是偏置量，为了方便计算，我们可以假定 c=0、k=K这样，我们就得到了递推关系式：咐=a*y(n-l)+(l-a)*x(n)由上式，我们就可以导出信道均衡后的输出波形 x(n)。注意到，由于在n=1时, y(0)是没有定义的，所以需要预先假设 y(0) = y(1)。接下来，为了观察均衡后接收波形相较于均衡前的性能提升，我们可以观察两 个波形的眼图。1051015202530354010 500510152025303540Sample indexSample indexEye Diagram wi
11、th equalization, SPB = 20图3.4均衡前和均衡后的眼图上图是SPB=20时，均衡前和均衡后的眼图对比。由上图可以观察到，均衡后 的眼图相较于均衡前更加清晰，眼睛张开的更大，同时上下阴影区的间隔距离 更大，也就意味着噪声容限更大，提高了判决的准确性，进而降低误码率。另外， 由于利用递推关系式计算时叠加的噪声更大，造成了眼图的线条变粗。3.3 均衡的影响因素此实验取SPB值分别为20、15、10、3,来观察不同SPB值对于均衡的影响, 仿真图如下：20-45U 3pru=dE00510152025303540Sample indexEye Diagram with equalization, SPB = 201050510152026303540Sample index0图3.5 SPB为20时的眼图从图中可以观察到，均衡后相较于均衡前，眼图更加清晰，重合的更好，并且 噪声容限更大。
