Phân tích chương trình mô phỏng sim uwb 4 02 và sim uwb 4 03

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG MÔN HỌC CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN Phân tích chương trình mô phỏng SIM UWB 4 02 và SIM UWB 4 03 Giảng viên Nguyễn Viết Đảm SIM UWB 4 02 Phân tí[.]

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG

MÔN HỌC: CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Phân tích chương trình mô phỏng SIM_UWB 4.02 và SIM_UWB 4.03

Giảng viên: Nguyễn Viết Đảm

SIM_UWB 4.02

Phân tích mô phỏng:

Gọi x(t) là một tín hiệu băng tần cơ sở phát Tín hiệu băng thông dải của x(t) là:

𝑥̃(𝑡) = 𝑅𝑒[𝑥(𝑡)𝑒𝑗2𝜋𝑓𝑐 𝑡]

trong đó, Re[x(t)] là phần thực của tín hiệu x(t)

Tín hiệu thông dải được biểu diễn như sau:

𝑦̃(𝑡) = 𝑅𝑒 [∑ 𝐶𝑙𝑒𝑗2𝜋(𝑓𝑐 +𝑓𝑙)(𝑡−𝜏𝑙)

𝐿

𝑙=1

]

= 𝑅𝑒[𝑦(𝑡)𝑒𝑗2𝜋𝑓𝑐 𝑡] trong đó: 𝐶𝑙, 𝜏𝑙, 𝑓𝑙 lần lượt là độ lợi, trễ và dịch tần Doppler của thành phần đa đường thứ

l

Đáp ứng xung kim của tín hiệu:

ℎ(𝑡, 𝜏) = ℎ(𝑡)𝛿(𝑡 − 𝜏̂)

Giả sử x(t)=1 thì tín hiệu thu được biểu diễn như sau:

𝑦̃(𝑡) = 𝑅𝑒[𝑦(𝑡)𝑒𝑗2𝜋𝑓 𝑐 𝑡] = 𝑅𝑒[{ℎ𝐼(𝑡) + 𝑗ℎ𝑄(𝑡)}𝑒𝑗2𝜋𝑓𝑐𝑡] = ℎ𝐼(𝑡) cos(2𝜋𝑓𝑐𝑡) − ℎ𝑄(𝑡) sin(2𝜋𝑓𝑐𝑡) Trong đó ℎ𝐼(𝑡), ℎ𝑄(𝑡) là thành phần đồng pha và vuông pha của h(t):

ℎ𝐼(𝑡) = ∑ 𝐶𝑙cos (Φ𝑙(𝑡))

𝐿

𝑙=1

ℎ𝑄(𝑡) = ∑ 𝐶𝑙sin (Φ𝑙(𝑡))

𝐿

𝑙=1

Theo định lý giới hạn trung tâm, khi L đủ lớn, thì ℎ𝐼(𝑡) và ℎ𝑄(𝑡) được coi là xấp xỉ biến ngẫu nhiên Gausơ Nên có thể kết luận biên độ của tín hiệu thu 𝑦̃(𝑡) = √ℎ𝐼2(𝑡) + ℎ𝑄2(𝑡) trên kênh đa đường phải chịu tác động của nhiều thành phần tán xạ có phân bố Rayleigh

Code matlab:

Tạo kênh pha đinh Rayleigh:

% Pro 4.05

% Rayleigh Channel Model

% Input : L : # of channel realization

% Output: H : Channel vector

H = (randn(1,L)+j*randn(1,L))/sqrt(2);

Tạo kênh pha đinh Rice

% Pro 4.06

% Rician Channel Model

% Input:

% K_dB : K factor [dB]

% L : # of channel realization

% Output:

% h : channel vector

K=10^(K_dB/10);

H = sqrt(K/(K+1)) + sqrt(1/(K+1))*uwb40201_Ray_model(L);

Phân bố của kênh pha đinh Rayleigh và kênh pha đinh Rice

% function Sim_UWB_402a

clear all;

close all;

N = 200000;

level = 30;

K_dB = [-40 15];

Rayleigh_ch = zeros(1,N);

Rician_ch = zeros(2,N);

color = ['k'];

line = ['-'];

marker = ['s','o','^'];

% Rayleigh model

Rayleigh_ch = uwb40201_Ray_model(N); % Pro 4.05

[temp,x] = hist(abs(Rayleigh_ch(1,:)),level); plot(x,temp,['k-' marker(2)],'linewidth',2,'color','b'); hold on;

% Rician model

for i=1:length(K_dB);

Rician_ch(i,:)=uwb40202_Ric_model(K_dB(i),N); % Pro 4.06

[temp x]=hist(abs(Rician_ch(i,:)),level);

plot(x,temp,['k-'

marker(i+1)],'linewidth',1.5,'color','r');

end

xlabel('x','fontname','.vntime','fontsize',12);

ylabel('Mật độ xác suất

PT = legend('Rayleigh','Rician, K=-40dB','Rician,

set(PT,'FontName','.VnTime','FontSize',14);

grid on;

title('Phân bố của kênh pha đinh Rayleigh và kênh pha đinh

Chạy chương trỡnh ta cú được kết quả mụ phỏng phớa dưới:

SIM_UWB 4.03

Nhập tham số đầu vào:

scale = 1e-9; % ns

Ts = 10*scale; % Sampling time t_rms = 30*scale; % RMS delay spread num_ch = 10000; % # of channel

Tạo kênh phân bố pha đinh:

% programe 4.05

% Rayleigh Channel Model

% Input : L : # of channel realization

% Output: H : Channel vector

H = (randn(1,L)+j*randn(1,L))/sqrt(2);

Tạo lý lịch trễ công suất cho mô hình kênh hàm mũ:

function PDP = uwb40302_exp_PDP(tau_d,Ts,A_dB,norm_flag)

% Prog 4.08

% Exponential PDP generator

% Input:

% tau_d : rms delay spread in second

% Ts : Sampling time in second

% A_dB : the smallest noticeable power in dB

% norm_flag : normalizes total power to unit

% Output:

% PDP : PDP vector

%MIMO-OFDM Wireless Communications with MATLABđố Yong Soo Cho, Jaekwon Kim, Won Young Yang and Chung G Kang

%?2010 John Wiley & Sons (Asia) Pte Ltd

if nargin<4, norm_flag=1; end % normalizes

if nargin<3, A_dB=-20; end % 20dB below

sigma_tau = tau_d; A = 10^(A_dB/10);

lmax=ceil(-tau_d*log(A)/Ts); % get max path index

(2.8)/Ts

% Computes normalization factor for power normalization

if norm_flag

p0=(1-exp(-Ts/sigma_tau))/(1-exp(-(lmax+1)*Ts/sigma_tau)); % (2.10)

else p0=1/sigma_tau;

end

% Exponential PDP

l=0:lmax; PDP = p0*exp(-l*Ts/sigma_tau); % (2.11)

Chương trớnh nhận 4 tham số đầu vỏo:

• Trải trễ trung bớnh quón phan phương: tau_d

• Thời gian lấy mẫu: Ts

• Cừng suất nhỏ nhất khả nhận biết được: A_dB

• Cừng suất tổng chuẩn hụa đơn vị: norm_flag

Đầu ra chương trớnh cho ra vector lý lịch trễ cừng suất PDP

Hỏm chợnh

%===================% 2-ray

model==========================================

pow_2 = [0.5 0.5];

delay_2 = [0 t_rms*2]/scale;

H_2 = uwb40201_Ray_model(num_ch).'*sqrt(pow_2);

% Prog 4.05

avg_pow_h_2 = mean(H_2.*conj(H_2));

figure(414)

subplot(121)

stem(delay_2,pow_2,'linewidth',1.5);

hold on;

stem(delay_2,avg_pow_h_2,'r.','linewidth',2.5);

xlabel('TrÔ [ns]','fontname','.vntime','fontsize',12),

ylabel('C«ng suÊt kªnh [tuyÔn

title('PDP lý t-ëng vµ PDP m« pháng cña m« h×nh 2

tia',

'fontname','.vntime','color','b','fontsize',14);

PT = legend('Lý t-ëng','M« pháng');

set(PT,'fontname','.vntime','fontsize',12)

axis([0 140 0 0.7]);

%===================Exponential model

exp_PDP==============================

pow_e = uwb40302_exp_PDP(t_rms,Ts);

% programe 4.08

delay_e = (0:length(pow_e)-1)*Ts/scale;

H_e = uwb40201_Ray_model(num_ch).'*sqrt(pow_e);

% programe 4.05

avg_pow_h_e = mean(H_e.*conj(H_e));

subplot(122)

stem(delay_e,pow_e);

hold on;

stem(delay_e,avg_pow_h_e,'r.');

xlabel('TrÔ [ns]','fontname','.vntime','fontsize',12);

ylabel('C«ng suÊt kªnh [tuyÔn tÝnh

title('PDP lý t-ëng vµ PDP m« pháng cña m« h×nh hµm

mò',

'fontname','.vntime','color','b','fontsize',14);

PT = legend('Lý t-ëng','M« pháng');

set(PT,'fontname','.vntime','fontsize',12)

axis([0 140 0 0.7]);

Kết quả mô phỏng:

*Chương trình mô phỏng để tạo lý lịch trễ công suất theo mô hình kênh IEEE

802.11

%=========================IEEE80211_model.m===============

=================

clc;

clear all

% close all;

scale = 1e-9; % nano

Ts = 50*scale; % Sampling time

t_rms = 25*scale; % RMS delay spread

num_ch = 10000; % Number of channels

N = 128; % FFT size

PDP = uwb40301_ieee802_11_model(t_rms,Ts); % Prog 4.09

for k=1:length(PDP)

h(:,k) = uwb40201_Ray_model(num_ch).'*sqrt(PDP(k)); % Prog 4.05

avg_pow_h(k)= mean(h(:,k).*conj(h(:,k)));

end

H=fft(h(1,:),N);

figure(415)

subplot(121)

stem([0:length(PDP)-1],PDP,'ko');

hold on,

stem([0:length(PDP)-1],avg_pow_h,'k.');

xlabel('ChØ sè nh¸nh cña kªnh ,

ylabel('C«ng suÊt kªnh trung b×nh [tuyÕn

title('M« h×nh IEEE 802.11, \sigma_\tau=25ns,

'fontname','.vntime','color','b','fontsize',14);

PT = legend('lý t-ëng','m« pháng');

set(PT,'fontname','.vntime','fontsize',14)

axis([-1 7 0 1]);

subplot(122)

plot([-N/2+1:N/2]/N/Ts/10^6,10*log10(H.*conj(H)), 'k-');

xlabel('TÇn sè

ylabel('C«ng su¸t kªnh

title('§¸p øng tÇn sè, \sigma_\tau=25ns, T_S=50ns',

'fontname','.vntime','color','b','fontsize',14); grid on;

Hàm phụ:

Chương trình mô phỏng để tạo lý lịch trễ công suất theo mô hình kênh IEEE 802.11

function PDP=uwb40301_ieee802_11_model(sigma_tau,Ts)

% Prog 4.09

% IEEE 802.11 channel model PDP generator

% Input:

% sigma_tau : RMS delay spread

% Ts : Sampling time

% Output:

% PDP : Power delay profile

%MIMO-OFDM Wireless Communications with MATLABđố Yong Soo Cho, Jaekwon Kim, Won Young Yang and Chung G Kang

%?2010 John Wiley & Sons (Asia) Pte Ltd

lmax = ceil(10*sigma_tau/Ts); % (2.13)

sigma02=(1-exp(-Ts/sigma_tau))/(1-exp(-(lmax+1)*Ts/sigma_tau)); % (2.15)

l=0:lmax; PDP = sigma02*exp(-l*Ts/sigma_tau); % (2.14)

Nhận 2 tham số đầu vỏo:

• Trải trễ trung bớnh quón phương: sigma_tau

• Thời gian lấy mẫu: Ts

Kết quả mừ phỏng