L
Ⅳ0一lⅣ^一, No-INo-I r
4C ,f+。· cos(o).COS口nk =lEn≧+2∑∑础材国cs。c,九+r·¨九)cos(% O=nSOC 月’;o 础·(H f)+≧1)I _J . l,]
=2C2∑-∑-u-E【cos(O)M COScZ础¨国材Co馏∥(Hf)+九+九)】 ,
=2C2∑∑E【cos(?COS础·,+%COS。.七·(r+f)+丸+吮.七)】 南京邮电大学硕士论文
第三章基于Simulink的Rayleigh衰落信道分析及仿真研究 ^『o—lⅣo—l r
,
+2C2∑∑Ebs(%COS£Z破·卜%COSDr。★·(f+f)+九一九)j n=0 n。:0 .Ⅳo—l
=2C2∑cos(oJM COS础·n1 ‘一 ’“ n=O (3.31)
其中, E【.】表示一个过程的期望。在式(3.31)中, 的
我们假设期望 ,
E[cos(cou cosa.k·r+%cos吒k·(f+f)+九+吮.t)】 值 恒 为0 期 望
E[cos(%cos?·f一(-OM COS。.I·o+f)+丸一九.I)J的值在刀≠以‘时为0,同时,当刀≠刀‘时,丸
和丸l在[o,2万)上服从均匀分布‘271。
同样的Tk(t)正交分量的自相关函数、同相分量与正交分量的互相关函数以及Tk(t)和 Tt(t)的互相关函数分别如式(3.32)、(3.33)和(3.34)所示 .Ⅳn—l
Ek(r)毛(Hr)】=2C2∑cos(coM Ek(,)瓦(,+f)】=0 sina!腑·f)
(3.32)
(3.33)
E嘶驰卅斗c2/V驴O-i 1
s(%cos¨r)+cos(%sina.k.r)], 0
篡@34,
式(3.34)中的+表示为复过程。方程(3.33)和(3.34)表明任一衰落过程的同相和正交
分量都是独立的,不同的衰落过程也是相互独立的。
瓦(,)在时域自相关函数(巧(,)瓦(f+f))也可以用式(3.34)的形式表示,是时间变量f
的函数,其中(·)表示随机过程的时间平均。无论时域还是估计平均,都很容易得到疋(f)的
均值为0。因此,瓦(f)的均值和自相关函数都是广义平稳和各态历经的。
假设C=1/2√1/Ⅳo,同时选择口∞=tr/2MN,瓦(r)可以归一化为单位能量的形式,
新的衰落模型如下式
瓦(o=岳薯【cos(%COS口n*"t+丸)+州n(%sincz.。·t+九)】 k:0,】。2?M一1 (3.35)
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第三章基于Simulink的Rayleigh衰落信道分析及仿真研究
随机相位九和以可看作是实现不同Tk(t)的种子。值得注意的是,式(3.35)中的正弦曲
线可以用余弦函数或者正弦函数代替而不影响衰落模型的统计特性。 从式(3.34)可以得出瓦(r)的归一化自相关函数为
见(,)=击篆【coS(%c。s口旋∽+c0S(%sina础.r)] 相关功率谱密度函数为 (3-36)
&(厂)=ER七(f弘’。2咖df
2亩丢眵u一厶COSgtnk)+烈厂一厶sinct—k) +8(f+厶COSgt础)+8(f+厶sin口础)】 (3.37)
式中,艿(·)表示Dirae delta函数,厶=COM/2万。当疗=0,1,2时St(/)与理想Jakes功率 谱密度函数相同: bo=e瓯(门矽=民(o)=l bl 2
(3.38) (3.39) (3.40)
2万匕/sI(f)df=一jRk(O)=0
以=(2刀)2
e厂2Sk(f)df=一总(o)=吾砧 其中,或(f)和凰p)分别为R。(f)的一阶和二阶偏导数。
图3-15所示的是当M=No=8时的相关函数的仿真结果,从图中可以看出任一衰落 波形的同相分量和正交分量是相互独立的,且任一对衰落波形也是相互独立的。同时,自 相关函数和理论Bessel函数Jo(tomr)基本一致,同相分量和正交分量的自相关函数也非常 接近理论值。随着N。的增大,同相分量和正交分量自相关函数的错误也会越来越小。
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第三章基于Simulink的Raylcigh衰落信道分析及仿真研究
№m埔z酣‘h悻“咐
图3-15改进模型的相关函数:(a)同一衰落路径的同相分量和正交分量的自相关函数及 它们的互相关函数;(b)不同衰落路径的自相关函数及它们的互相关函数。 3.6.2
Simuliak实现
根据3.6.1节的理论描述,再结合Simulink模块库中的基本运算模块,现自建Raylegh 衰落信道模型如下:
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第三章基于Simulink的Rayleigh衰落信道分析及仿真研究 Multiple delayed signals A 80aIe Colurnns A?D Outl
D
SUbs撼tQm
图3—16与3.6.1节理论模型对应的Simulink整体模型 其中,注有“In"标志的为该模型的输入端口,注有“Out’’标志的为该模型的输出端口。
Multiple delayed signals为自建模型的延迟模块,点击右键的“Look
under
mask"可以看到
内部的子系统构造,如图3.17所示:
图3-17延迟模块 在图3-17中,Variable Integer
Delay模块有两个输入端口In和Delay。根据输入信号
In和延迟Delay,可以确定输入信号的延迟时间。在上图中,Delay端口的输入为ones (1,nPaths),其中nPaths为路径数。即Variable 数对输入进行延迟。 图3-16中的Subsystem模块打开后可见如图3.18和3.19所示的模型。其中3.18所示 的模型是根据3.6.1节提出的模型而建立的,图3.19主要是模拟现实通信环境中的多普勒 (Doppler)频移现象。 Fractional
Delay模块通过时变的采样周期
图3—18与3.6.1节理论模型对应的Simulink模型
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第=章幕于Simulink的Rayleigh衰落信j苴分析及仿真研究 §酋卜E)七习1三卜E)(h ?面i一 蛊黜:. 。::羔, 。::0k
。:2? 。曼三? 囤3—19 Dopple r频移模块
3,6.3仿真结果及分析
该模型相应的仿真结果如图3—20和图3—21所示。其中,图3.20为散图,图3-21为眼 圈。在仿真过程中,使用的信号为BPSK信号.从这两图中可以看出很好地恢复了信号。
图3-20散图结果 垂 寻
图3-21眼图结果
3.7结论
本文给出了基于Simulink在移动通信系统中常见的Rayleigh衰落信道模型建立动态 的、实时的仿真模型,并且在最后的运行和结果分析中论证了仿真模型的正确性,在利用 Simulink仿真该信道模型时,提出了改进算法的方法和思路,得到了较好的验证。
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第四章基于Simulink的Hopfield神经网络研究与仿真
第四章基于Simul ink的Hopfield神经网络研究与仿真
时变信道的盲均衡和盲辨识问题一直是移动通信的一个技术难点,i刍TXKl28】算法被提 出以后,盲信道辨识和均衡发展就进入了一个新的时期。而近年来,Tsatsanis等人提出通 过改变时变信道模型的角度来解决均衡问题,并提出了相关的盲均衡和盲辨识算法f29也】。 文献【29】【321针对移动信道的特征,提出一种新的复指数基扩展模型来描述无线和移动的时变 信道。通过将信道的时变特性用复指数描述,可以跟踪只有几十个符号的快变信道,首次 考虑了时变信道的盲辨识问题。而且,考虑到在无线通信中,信号源总是首先被映射为字 符信息,它们在有限字符集中进行取值,即发射信号是由有限个字符构成的集合,近年来 也提出了一种用于解决带约束的二次规划问题的盲均衡算法。然而传统的基于二阶统计量 (SOS)和高阶统计量(HOS)的盲均衡算法存在着数学模型过于复杂、搜索过程容易陷于局部 最优点等一系列的缺点。由于神经网络的能量函数和盲检测的二次规划形式的相似性,使 得具有代表性的Hopfield神经网络在盲信道辨识方面具有很大的应用价值。本章主要在学 习了解神经网络的一些特性,在基于其能量函数的基础上,利用接收信号矩阵的正交补空 间与发送信号的有限字符集特性,把构造的信号盲检测二次规化形式拟合成具有稳定状态 解的连续的H0pfield神经网络能量函数形式:结合神经网络自收敛特点与减少网络平衡点 方法,实现对盲信号直接恢复,最后用Simulink对该算法进行了仿真。 在以往利用M文件编成中,先产生统计所需发送数据及接收数据,在利用这些已产生 的数据进行算法的处理,最后接收数据带入均衡器即得到估计信号,这种编程方式只能进 行算法的验证,并不能反映一个通信系统的整体性和实时性。本文利用Simulink针对此算 法提出了一种系统、实时的仿真方法,并针对Hopfield神经网络的盲信道算法建立了仿真 模型,结果表明此方法的正确性及可操作性。同时,Simulink搭建的模型更加接近现实的 通信系统,其工作原理是基于时间流的,与实际的硬件系统工作模式相同,因此其具有一 定的实用价值及创新性,也验证了本论文的目的。 下面先给出Ho西eld神经网络的原理描述。 4.1信号盲检测的问题
SIMO信道接收端的基带离散信号模型可用如下模型表示:
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第四章基于Simulink的Hopfield神经网络研究与仿真 《D2丢h(删肛力+v@)
=Hg。s肘+l(后)+V(后)
(4.1) 式中:接收数据向量x(七)=k@),?,%(后)】r;信道矩阵H。=fh(O),?,h(三)】,其中
h(歹)=[啊(/),?,%(纠r;SL+I(后)=【s(Ji}),?,s(后二三)】7’且Ep(后)·s(,)}-万(后一J『):发送符号
s(k)∈A,(为叙述简单,假设调制方式已正确识别为BPSK,则其有限字符集信息为
彳={+1,一1));V(七)=h(七),?%(后)】7’为噪声矩阵,且E{v(D.v(O 7’)=盯;.8(k一,).,, E§.y,Ii=1,?,口)=o。L=max{L,Ii=1,?,g),厶是子信道啊(vf)的阶数,g是接收子信道
的数目,即过采样因子。 当采用M阶FIR滤波器对接收信号进行均衡时,可以把长度为(M+1)g的接收信号向
量表述为 XM+I(尼)=H·SL+M+l(后)+V肘+l(七)
(4.2) 在此:砀+。(尼)=Ixr(七),?,x71(七一肘)r,屯州+。(尼)=p(七),?,s(k-三一M汀,YM+i(后)是 【(M+1)q x
1】噪声向量。式中信道卷积矩阵H是Toeplitz矩阵,具体形式为 H=
M0∞端:::瞥’h三,:::?I1 h(o)? ? ? h(三)’. ? ;
(4.3) 。m
0;■0’蠢,_∞一J(?M+I?、ox/∽L洲, h(0) ?h(三)
设Q=I-X|Ⅳ(x:x^,).1x五为Ⅳ×Ⅳ矩阵
其中 X.Ⅳ={【x(七),x(七+1),?,x(k+N-1)]7’)Ⅳ。(M+1)g
x(尼)=似;(尼),x。r(k-1),?,xrq(k-M)]7’)(洲ml 当采用M阶滤波器g(z)对接收信号接收数据阵XⅣ的作用可表述成: (4.4)
X^,.g=SⅣ.HⅣ.g=氟(尼) 则有
(4.5)