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基于jupyter notebook的python编程-----通过python编程实现通信系统的多径仿真目录
一、多径衰落信道简介1、多径衰落信道2、多径衰落信道特点3、多径衰落信道原理
二、python的多径衰落信道模拟1、在
r
0
r_0
r0处的信道特点2、修改移动台距离基站的位置，让
r
0
=
9
r_0=9
r0=93、修改发射频率
f
=
1
0
8
且
r
0
=
3
f=10^8且r_0=3
f=108且r0=34、让移动台以速度v=1向反射墙运动5、分离出移动台接收的合成信号
三、多径仿真结论1、多径仿真结论2、多径扩展
四、Matlab多径仿真完整代码1、matlab多径源码如下
对于通信传输，多径传输一直以来都是重要且难点的内容，不仅需要考虑多径衰落带来的影响，还需要考虑怎么在模拟中完成多径的搭建模拟，本次博客，林君学长主要带大家了解，如何通过python代码实现通信系统的多径仿真
一、多径衰落信道简介
1、多径衰落信道
在无线信道中，发送和接收天线之间通常存在多于一条的信号传播路径。多径的存在是因为发射机和接收机之间建筑物和其他物体的反射、绕射、散射等引起的。当信号在无线信道传播时，多径反射和衰减的变化将使信号经历随机波动。因此，无线信道的特性是不确定的、随机变化的。 2、多径衰落信道特点 频率选择性衰落时间选择性衰落 3、多径衰落信道原理本次博客，通过一个简单的模拟程序来说明多径衰落信道的特点，然后再给出多径衰落信道的仿真方法。 1）、首先，先说一下程序模拟多径信道的场景，如图4-15所示 式中，减号体现了反射信号与直射信号的相位相反 接下来，我们就通过python代码来实现上面的原理吧！ 二、python的多径衰落信道模拟 1、在 r 0 r_0 r0处的信道特点1）、python代码如下所示： #r0=3 import numpy as np from numpy import random import matplotlib.pyplot as plt plt.rcParams['font.sans-serif']=['SimHei'] #显示中文标签 plt.rcParams['axes.unicode_minus']=False f=1 #发射信号频率 v=0 #移动台速度，静止时刻为0 c=3e8 #电磁波速度，光速 r0=3 #移动台距离基站的初始距离 d=10 #基站距离反射墙的距离 t1=np.array([]) #时间 for i in np.arange(0.1,10+0.0001,0.0001): t1=np.insert(t1,len(t1),i) E1=np.cos(2*np.pi*f*((1-v/c)*t1-r0/c))/(r0+v*t1) #直射径信号 E2=np.cos(2*np.pi*f*((1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c))/(2*d-r0-v*t1) #反射径信号 plt.plot(t1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r') #画出直射径信号、反射径信号、移动台接收的合成信号 plt.legend(["直射径信号","反射径信号","移动台接收的合成信号"],loc='upper left') plt.axis([0,10,-0.8,0.8]) #设置横纵比 plt.show()2）、模拟结果 1）、python代码如下所示： #r0=9 f=1 #发射信号频率 v=0 #移动台速度，静止时刻为0 c=3e8 #电磁波速度，光速 r0=9 #移动台距离基站的初始距离 d=10 #基站距离反射墙的距离 t1=np.array([]) #时间 for i in np.arange(0.1,10+0.0001,0.0001): t1=np.insert(t1,len(t1),i) E1=np.cos(2*np.pi*f*((1-v/c)*t1-r0/c))/(r0+v*t1) #直射径信号 E2=np.cos(2*np.pi*f*((1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c))/(2*d-r0-v*t1) #反射径信号 plt.plot(t1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r') #画出直射径信号、反射径信号、移动台接收的合成信号 plt.legend(["直射径信号","反射径信号","移动台接收的合成信号"],loc='upper left') plt.axis([0,10,-0.8,0.8]) #设置横纵比 plt.show()2）、模拟结果 以上是发射频率f=1的情况，发射其他频率的信号结果会怎样呢?修改 f = 1 0 8 f=10^8 f=108并且 r 0 = 3 r_0=3 r0=3 1）、python代码如下所示： #f=10的8次方，r0=3 f=1e8 #发射信号频率 v=0 #移动台速度，静止时刻为0 c=3e8 #电磁波速度，光速 r0=3 #移动台距离基站的初始距离 d=10 #基站距离反射墙的距离 t1=np.array([]) #时间 for i in np.arange(0.1,10+0.0001,0.0001): t1=np.insert(t1,len(t1),i) E1=np.cos(2*np.pi*f*((1-v/c)*t1-r0/c))/(r0+v*t1) #直射径信号 E2=np.cos(2*np.pi*f*((1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c))/(2*d-r0-v*t1) #反射径信号 plt.plot(t1,E1,t1,E2,'-g',t1,E1-E2,'-r') #画出直射径信号、反射径信号、移动台接收的合成信号 plt.legend(["直射径信号","反射径信号","移动台接收的合成信号"],loc='upper left') plt.axis([0,10,-0.8,0.8]) #设置横纵比 plt.show()2）、模拟结果 使 f = 2 , v = 1 , r 0 = 3 , d = 15 , t 1 = 0.1 : 12 : 0.001 f=2 ,v=1,r0=3,d=15,t1=0.1:12:0.001 f=2,v=1,r0=3,d=15,t1=0.1:12:0.001 1）、上面讨论 了移动台静止的情况。现在让移动台向反射墙运动，速度为v，则在时刻t,移动台距离基站的位置r=r+vt。把最开始式中的
r
0
r_0
r0用r代替得： 3）、模拟结果： 1）、分离接收合成信号python代码如下所示： #f=2,v=1,r0=3，t1=0.1:12:0.001时候单独画接收信号 f=2 #发射信号频率 v=1 #移动台速度，静止时刻为0 c=3e8 #电磁波速度，光速 r0=3 #移动台距离基站的初始距离 d=15 #基站距离反射墙的距离 t1=np.array([]) #时间 for i in np.arange(0.1,12+0.001,0.001): t1=np.insert(t1,len(t1),i) E1=np.cos(2*np.pi*f*((1-v/c)*t1-r0/c))/(r0+v*t1) #直射径信号 E2=np.cos(2*np.pi*f*((1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c))/(2*d-r0-v*t1) #反射径信号 plt.plot(t1,E1-E2,'-r') #移动台接收的合成信号 plt.legend(["移动台接收的合成信号"],loc='upper left') plt.axis([0,12,-0.5,0.5]) #设置横纵比 plt.show()2）、分离结果： 1）、在数字通信中，接收端是周期性的对接收符号进行判决从而恢复信息的，1个符号脉冲的周期可大可小，因此，根据相干时间与符号脉冲周期的相对长短，可以把信道分为慢变信道和快变信道。在上面第二张图中，如果发送符号的周期小于1.25s,就可以认为这是慢变信道(或者准静态信道） 2）、无线信道大体可以分为4种：慢变瑞利衰落信道、快变瑞利衰落信道、慢变频率选择性信道、快变频率选择性信道。 1）、如果信道没有频率选择性，则最大的时延扩展Tmax要远远小于符号周期T(Tmax |
假设在一条笔直的高速公路上，一端安装了一个固定的基站，在另一端有一面完全反射电磁波的墙面，基站距反射墙的距离为d，移动台距基站初始距离为
r
0
r_0
r0。基站发射一个频率为f的正弦信号，表示为
c
o
s
(
2
π
f
t
)
cos(2\pi ft)
cos(2πft)，由于墙面的反射，移动台可以接收到2径信号，其中之一是从基站直接发射的信号，另一径是从反射墙反射过来的信号。 2）、首先来看移动台静止的情况。显然，从基站发出的直射信号到达移动台需要的时间为
r
0
/
c
r_0/c
r0/c (c为光速)，从反射墙反射过来的信号到达移动台所需要的时间为
(
2
d
−
r
0
)
/
c
(2d-r_0)/c
(2d−r0)/c。换句话说，在时 刻t,移动台分别接收到了从时刻
t
−
r
0
/
c
t-r_0/c
t−r0/c 基站发出的直射信号和从时刻
t
−
(
(
2
d
−
r
0
)
/
c
)
t-((2d-r_0)/c)
t−((2d−r0)/c) 基站发出的反射信号。 3）、信号在传播的过程中要衰减，自由空间中，电磁波功率随距离r按平方规律衰减，相应的电场强度(接收信号电压)随
1
/
r
1/r
1/r 规律衰减并且反射信号同直射信号的相位相反。所以，时刻t移动台接收到的合成信号为 
3）、结论 上图可以清楚地看出，即使移动台是静止的，由于反射径的存在，使得接收到的合成信号最大值要小于直射径的信号.
3）、结论 从图中可以看出，这次由于靠近反射墙的位置，直射信号要比
r
0
=
3
r _0=3
r0=3处弱-一些，反射信号要比
r
0
=
3
r_0=3
r0=3位置处的信号强一些，但移动台接收到的合成信号更弱了，不仅要小于直射径的信号更小于反射径的信号
3）、结论 我们会发现，此时移动台接收到的信号得到了增强；至此，可以得出结论，在同一位置， 由于反射径信号的存在，发射不同频率的信号时，在接收机处接收到信号有的频率是被增强了，有的频率是被削弱了。频率选择性衰落由此产生。 4）、扩展 既然有频率选择性衰落，自然会问，哪些频率会被增强，哪些频率会被削弱呢?在上面的例子中，如果f=1, 2, 3，.100, … 1000， 会发现这些频率基本，上都是被削弱的，只有让f充分大，如f=10", 才会看出信号被增强了，那么就把那些受到影响基本一致的频率范围称为相干带宽。
2）、那么通过python代码模拟如下：
3）、结论 从前面的程序中可知多径导致了频率选择性。当移动台运动起来后，发现即使同一频率，在不同的时间点，合成信号的强度也是不一样的。
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