基于經(jīng)典譜估計(jì)的多普勒頻移算法

1、仿真程序說明文檔 1 平坦衰落信道仿真1.1仿真設(shè)計(jì)1.產(chǎn)生頻率為的路正弦余弦信號(hào)；2.產(chǎn)生在均勻分布的隨機(jī)相位，產(chǎn)生在均勻分布的頻率偏移，將隨機(jī)相位和頻率偏移加入到第一步產(chǎn)生的每路正余弦信號(hào)中；3.產(chǎn)生每路信號(hào)的衰減，將第二步產(chǎn)生的每路信號(hào)乘以衰減；4.將加入隨機(jī)相位頻率偏移以及乘以衰減以后的正弦信號(hào)疊加，得到同相分量，將加入隨機(jī)相位頻率偏移以及乘以衰減以后的余弦信號(hào)疊加，得到正交分量；5.由同相和正交信號(hào)分別作為實(shí)部和虛部得到平坦衰落信道的輸出；1.2程序流程圖1.3仿真結(jié)果下面給出了仿真的平坦衰落信道的統(tǒng)計(jì)特性圖1 通過信道后的接收信號(hào)包絡(luò)在圖1中用信道的最大增益對(duì)衰落進(jìn)行了歸一化?？梢?/p>

2、看出，仿真的數(shù)據(jù)流能夠較好的符合典型的Rayleigh衰落信號(hào)。信道在某些點(diǎn)會(huì)引起深度衰落。圖2 通過仿真信道信號(hào)的包絡(luò)概率密度函數(shù)在圖2中，繪出了當(dāng)=34時(shí)的包絡(luò)分布?？梢钥闯霎?dāng)=34時(shí)，包絡(luò)分布與標(biāo)準(zhǔn)的瑞利分布基本吻合。隨著的增加，包絡(luò)更加趨向瑞利分布，且分布函數(shù)與時(shí)間無關(guān)，這一點(diǎn)滿足廣義平穩(wěn)過程的要求。圖3 通過仿真信道信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)可以看出自相關(guān)函數(shù)趨近貝賽爾(Bessel)函數(shù)。以上我們討論了仿真信道產(chǎn)生的隨機(jī)過程是廣義平穩(wěn)的，并且其信號(hào)包絡(luò)、包絡(luò)概率分布、自相關(guān)性等統(tǒng)計(jì)特性，都能與Clarke模型較好的吻合，因此能夠較真實(shí)的反映信道。2 LCR仿真2.1仿真設(shè)計(jì)1.信號(hào)采樣：首先

3、對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行采樣，得到輸入信號(hào)的離散序列；2.計(jì)算包絡(luò)：根據(jù)輸入的序列，計(jì)算相應(yīng)的包絡(luò)；3.確定電平R：計(jì)算的均方根包絡(luò)電平，使；4.估計(jì)：根據(jù)第二、第三步計(jì)算和估計(jì)每秒通過的次數(shù)；5.求解：進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，求LCR法的速度估計(jì)值；其中，為載波波長(zhǎng)。2.2程序流程圖2.3仿真結(jié)果圖4是仿真得到的電平通過率法的速度估計(jì)性能曲線。圖4 電平通過率法估計(jì)性能從圖4中可以看到，信噪比越高，估計(jì)值越接近真實(shí)值。在信噪比為5dB時(shí)，電平通過率法仍能保證隨著多普勒頻移的提高，估計(jì)值也是上升的。電平通過率法估計(jì)出的多普勒頻移偏差較大，在信噪比大于10dB時(shí)，多普勒頻移的估計(jì)精度也不高。3COV仿真3.1仿真設(shè)

4、計(jì)1.信號(hào)采樣：首先對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行采樣，得到離散序列；2.計(jì)算平方包絡(luò)：根據(jù)輸入的序列，計(jì)算相應(yīng)的平方包絡(luò)；3.計(jì)算自協(xié)方差：計(jì)算的自協(xié)方差其中，N為進(jìn)行一次速度估計(jì)所用的序列的長(zhǎng)度。可以設(shè)定為不同的長(zhǎng)度，一般來講，N越長(zhǎng)，估計(jì)得越準(zhǔn)確，但是需要的存儲(chǔ)空間等資源也越大。4.估計(jì)，根據(jù)下式估計(jì)5.求解速度：進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，求解速度估計(jì)值3.2程序流程圖3.3仿真結(jié)果圖5給出了加性高斯白噪聲對(duì)協(xié)方差法速度估計(jì)的影響。仿真環(huán)境為瑞利衰落信道且為各向同性散射。圖5 協(xié)方差函數(shù)法估計(jì)性能可以看出，隨著信噪比增加，速度估計(jì)的靈敏度有明顯的改善。圖5畫出的是較差性能，即當(dāng)時(shí)，協(xié)方差法的性能。對(duì)任何>

5、0，都會(huì)減少由白噪聲引起的協(xié)方差法的偏差。但是，協(xié)方差法的速度估計(jì)精確度會(huì)隨著的增大而降低。4 功率譜估計(jì)4.1仿真設(shè)計(jì)1.首先對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，得到離散序列；2.根據(jù)離散序列，計(jì)算AR模型階數(shù)P；3.根據(jù)離散序列，計(jì)算AR模型系數(shù)a；4.根據(jù)第二步第三步求出的P和a，利用，由pyulear計(jì)算功率譜密度。4.2程序流程圖4.3仿真結(jié)果圖6是方針得到的接收信號(hào)(=100Hz，散射系數(shù)=5， =20dB)的歸一化多普勒功率譜圖。圖6 多普勒功率譜從圖6可以看出，在最大多普勒頻移處，多普勒功率譜趨向于無窮。曲線能夠很好的符合經(jīng)典多普勒功率譜密度。5 HSM仿真5.1仿真設(shè)計(jì)1.首先對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行采樣

6、，得到離散序列；2.根據(jù),利用AR模型的Yule-walker方法估計(jì)的功率譜密度；3.對(duì)功率譜密度求積分，得到功率譜密度的四階矩；4.對(duì)功率譜密度求積分，得到功率譜密度的六階矩；5.求解速度。根據(jù)數(shù)值計(jì)算，求解速度；5.2程序流程圖5.3仿真結(jié)果圖7圖10給出了在實(shí)際最大多普勒頻移分別為50Hz、100Hz、150Hz、200Hz時(shí)，算法估計(jì)出的最大多普勒頻移的分布情況。在每個(gè)實(shí)際最大多普勒頻移下的估計(jì)值的數(shù)量為1600，信噪比的變化范圍為從6dB到20dB。 圖7 從6dB到20dB變化時(shí)估計(jì)出的的分布(實(shí)際=50Hz)圖8從6dB到20dB變化時(shí)估計(jì)出的的分布(實(shí)際=100Hz)圖9 從6dB到20dB變化時(shí)估計(jì)出的的分布(實(shí)