移动通信原理与应用实验(7)

关带宽表征的是信号中两个频率分量基本相关的频率间隔。衰落信号中的两个频率分量，在其频率间隔小于相关带宽时，它们是相关的，衰落特性具有一致性；在其频率间隔大于相关带宽时，它们是不相关的，衰落特性不具有一致性。

根据衰落与频率的关系，可将衰落分为两种：频率选择性衰落和非频率选择性衰落，后者又成为平坦衰落。所谓频率选择性衰落是指信号中各分量的衰落情况与频率有关，即信号经过传输后，各频率所受到的衰落具有非一致性，因而波形失真，成为频率选择性衰落。所谓非频率选择性衰落是指信号中各分量的衰落状况与频率无关，即信号经过传输后，各频率所受的衰落具有一致性，即相关性，因而衰落波形不失真。当信号带宽小于相关带宽时，信号通过信道传输后各频率分量的变化具有一致性，成为非频率选择性衰落。

这里，对相关带宽再做一点说明：相关带宽表征的是信号中两个频率分量基本相关的频率间隔。对于具有某一时延扩展值?的一条信道，衰落信道的两个频率分量是否相关，取决于它们的频率间隔。在实际应用中，常用最大时延?m的倒数来规定带宽Bc，即：

Bc?1?m (15-8)

一般来说，窄带信号通过移动信道时将引起平坦衰落，而宽带扩频信号将引起频率选择性衰落。

（3）相关时间

多径效应可能引起时间选择性衰落，多普勒频移引起的频率扩展，使得信号在经过多径传输后可能引起时间选择性衰落。一般情况下，有关时间近似定义为多普勒频移的倒数，表示为：

Tc?1 fd(15-9)

式中Tb表示发送信号的码元周期，当Tb＞Tc时，会产生时间选择性衰落。一般情况下，Tb?Tc，所以不会产生时间选择性衰落，多普勒频移引起的频率扩展可以忽略不予考虑。

在实际移动通信中，3类选择性衰落都存在，根据其产生的条件大致可以划分为以下3类。 第一类多径干扰：是由于快速移动用户附近的物体的反射而形成的干扰信号，其特点是由于用户的快速移动，在信号的频域上产生了多普勒频移扩散，从而引起信号在时域上时间选择性衰落。

第二类多径干扰：用户信号由于远处的高大建筑物或山丘的反射而形成的干扰信号。其特点是传送的信号在空间与时间上产生了扩散。空域上波束角度的扩散将引起接收点信号产生空间选择性衰落，时域上的扩散将引起接收点信号产生频率选择性衰落。

第三类多径干扰：是由于接收信号受基站附近建筑物和其他物体的反射而引起的干扰。其特点是严重影响到达天线的信号入射角分布，从而引起信号在空间的选择性衰落。

在多径环境下，信道的冲激响应可以表示为

h?t???ak??t?tk?ej?k

k?0N(15-10)

式中：N表示多径的数目；ak表示每个多径的幅值（衰减系数）；tk表示多径的时延（相对时延差）；θk表示多径的相位。

该多径信道可以采用图15-1所示的方法来仿真。设最大多普勒频率为fm。图中假定每一条路径的幅度均服从瑞利分布，即每一条路径的信号幅度可以看成是窄带高斯过程（该模型称为Clarke模型，每一路径由若干个具有相同功率的从不同角度（按均匀分布）到达接收机的信号组成），则其功率谱可以表示为

PS?f??av?fm?1??1?ff? f?fm ??m??12(15-11)

式中，Pav是每一路信号的平均功率。该式被称为典型的多普勒频谱（简称为典型谱）。利用该式产生瑞利衰落的过程如图15-2所示。首先产生独立的复高斯噪声的样本，并经过FFT后形成频域的样本，然后与S(f)开方后的值相乘，经IFFT后变换成时域波形，再经过平方，将两路的信号相加和开方运算后，形成瑞利衰落的信号。

输入信号s(t)?1瑞利衰落仿真器a0...?N×××?r(t)瑞利衰落仿真器a1...瑞利衰落仿真器aN

图15-1 多径信道的仿真模型

当每一路径信号中有直射分量时，其信号幅度的功率谱密度由典型谱和一条直射路径谱组成，可以表示为

0.41S?f??2?fm??1?2??1??ffm??12?0.91??f?0.7fm?

(15-12)

该式被称为莱斯多普勒谱（简称为莱斯谱）。

四、实验原理

1、实验模块简介

本实验需用到基带成形模块、IQ调制解调模块及信道模拟模块。 （1）基带成形模块：

本模块主要功能：产生PN31伪随机序列作为信源；将基带信号进行串并转换；按调制要求进行基带成形，形成两路正交基带信号。 （2）IQ调制解调模块：

本模块主要功能：产生调制及解调用的正交载波；完成射频正交调制及小功率线性放大；完成射频信号正交解调。 （3）信道模拟模块

本模块主要功能：采用数字信号处理算法模拟白噪声、慢衰落及多径干扰三种信道。 2、实验框图及电路说明

输入混频信号调理ADA/D原信号D/A多径时延D/A幅度调节OUT1相加SUM混频放大输出9.2M本振幅度调节OUT29.2M本振

IQ调制模块输出的10.7M已调信号，送入信道模拟模块，首先进行降频处理，将频率降为1.5M，主要目的是为了A/D采样及数字处理方便。1.5M信号经信号调理电路处理以适合A/D采样。在FPGA时序电路的控制下，A/D芯片将模拟信号转换为数字处理送入FPGA中进行处理。

FPGA中有四个独立的处理模块，分别是模拟信号采样控制及信号通道、白噪声产生、慢衰信号产生及信号多径时延模块。根据使用者选择的不同输出不同的信号。

当用户选择多径干扰信道，FPGA输出两路数字信号，一路是原信号、一路是原信号时延125us后的信号，经D/A转换后变为两路模拟信号。两路信号可以分别进行幅度调节，以满足实验需求。两路信号经加法器相加后成为多径干扰信号，送入混频电路，将频率变回为10.7M送出，完成多径干扰的模拟。

五、实验步骤

1、 在实验箱上正确安装基带成形模块（以下简称基带模块）、IQ调制解调模块（以下简称IQ模块）及

信道模拟模块（以下简称信道模块）。 2、 关闭实验箱电源，按如下方式连线： a﹑用台阶插座线完成如下连接： 源端口 基带模块：PN31 目的端口 IQ模块：I-IN 连线说明 提供PN31伪随机序列 b﹑用同轴视频线完成如下连接：

源端口 目的端口 连线说明 IQ模块：输出(J2) 信道模块：输入 将调制信号送入模拟信道中 * 检查连线是否正确，检查无误后打开电源。

3、 示波器探头接信道模块“AD”测试点，调节“AD幅度”电位器，使“AD”处信号峰峰值为1V左

右。

4、 按下“选择”键，选择多径衰落信道，“多径”指示灯亮。

5、 用示波器观测“OUT2”测试点处的原始信号波形，调节“OUT2 幅度”电位器可以改变原始信号幅

度。

6、 用示波器观测“OUT1”测试点，输出为时延PSK信号，调节“OUT1 幅度”电位器可以改变时延

信号的大小。

7、 将“OUT2 幅度”电位器顺时针旋到底，“OUT1 幅度”电位器逆时针旋到底，用示波器观测信道模

块上的“输出”点信号波形，此时信号无码间串扰。

8、 顺时针调节“OUT1 幅度”电位器，增大时延信号的幅度，用示波器观测“输出”点信号波形，观

测码间串扰的现象。

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