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1、数字通信系统仿真研究（二）姓名：吴艺专业：09通信工程学号：2009100xx指导老师：饶伟研究背景 在过去的几十年光景里，数字通信系统和数字信号处理系统的复杂程度有着明显地提高。与此同时，涌现了一系列的新型技术，例如光纤光学的器件、集成光学的设备和单片微波集成的电路等，这些均影响着数字通信系统的实现。数字通信系统复杂度的提高，使得用来分析和设计系统的时间和精力也随之提高。 现如今，社会已进入高速发展的信息时代，信息的传输及通信都起着举足轻重的作用。随着现代电子技术的发展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向不断发展。对于信息的传输而言，数字通信已经成为重要的方式。社会的不断前进
2、发展，要求数字通信系统的功能越来越齐全，性能越来越稳定，构成越来越复杂，同时，要求在数字通信系统研究开发的时候，缩短周期，降低成本，提高水平。只有通过对数字通信系统进行仿真，使数字通信系统仿真设计变得直观、明了，从而推动了数字通信系统仿真技术的迅速发展。研究意义 数字通信系统的仿真，是贯穿于数字通信系统工程设计的整个过程，对于数字通信系统的发展有着至关重要的作用。数字通信系统的仿真，具有广泛的适应性和极好的灵活性，有利于帮助我们更好地研究数字通信系统的性能。 数字通信系统的仿真是衡量数字通信系统性能的工具，通过仿真模型出来的仿真结果，可用来判断原有数字通信系统的性能，从而为建立新的数字通信系统
3、或改善原有数字通信系统，提供可靠，可行的参考模型，降低新建的数字通信系统失败的可能性，减少数字通信系统潜在的瓶颈问题，防止对数字通信系统中某些功能部件造成过量的负载，从而优化数字通信系统的整体性能。 本文侧重对多址技术（频分多址、时分多址、码分多址）和信道仿真技术（加性高斯白噪声信道、瑞利信道、莱斯信道、二进制平衡信道）的仿真分析。多址技术 在通信网络中，当多个用户通过一个公共信道与其他用户进行通信的时候，就必须采用某种多址技术。然而，所谓的多址技术指的是，允许两台或两台以上的发射机，通过一个公共信道发送信号的技术。频分多址（FDMA） 频分多址（FDMA），把不同的用户分配在频率不同，时隙相
4、同的信道。频分多路传输系统中，根据要求，把集中控制的频段分配给用户。频分多址的通道容量可按照要求进行动态交换。 在频分多址系统中，用户分配给一个信道，也就是一对频谱，一个频谱作为前向信道，即从基站到移动台方向，另一个则作为反向信道，即从移动台到基站方向。在同一时刻，这种信道系统的基站必须发射和接收多个不同频率的信号，任意两个移动用户进行通信，都必须由基站进行中转，因此在同一时刻，必须占用两个信道，即两对频谱，才能实现双工通信。频分多址（FDMA）仿真模型 在频分多址（FDMA）通信系统的仿真框图中，发射部分，三个信号发生器产生幅度为 1、频率为 4 rad/s的正弦信号和方波信号以及幅度为 1
5、、频率为 3 rad/s的锯齿波信号，这三个信号作为信源，分别进入载频设定为40Hz、60Hz、80Hz的双边带幅度调制，产生双边带信号，然后各自进入与调制模块载频相应的模拟滤波器设计的模块，通过带通滤波器滤出上边带，作为单边带调制的输出信号。三路信号在加法器中合成，馈入加性高斯白噪声传输环境。接收部分，三路并联的带通滤波器分别工作在上述三个载频上，分别滤出这三路单边带信号，带通滤波器后面连着载频与巴特沃兹带通滤波器中心频率相同的双边带幅度调制的解调模块。解调输出的信号在合路器中与各自的原始信号汇合，然后输入示波器。频分多址（FDMA）仿真模型频分多址（FDMA）系统的仿真框图频分多址（FDM
6、A）仿真模型频分多址（FDMA）三路信号合成的频域图频分多址（FDMA）仿真模型频分多址（FDMA）三路信号合成的时域图频分多址（FDMA）仿真模型正弦波原始信号与解调出来的信号 频分多址（FDMA）仿真模型方波原始信号与解调出来的信号频分多址（FDMA）仿真模型锯齿波原始信号与解调出来的信号 时分多址（TDMA） 时分多址（TDMA），将通信信道在时间坐标上划分成若干个等间距的时隙。时隙编号并且周期重复出现。每对通信设备将工作在某个分配或指定的时隙上，即不同的通信用户是靠不同的时隙划分实现通信的。现在的数字蜂窝无线通信系统GSM，采用了时分多址（TDMA）技术。时分多址（TDMA）仿真模型
7、在时分多址（TDMA）通信系统的仿真模型中，三个信号发生器各自分别产生正弦波、锯齿波和方波信号，分别进入时分多址模块。 在时分多址接收模块的输出口13可以接收到与发送端相同的以0.1为采样周期的离散样值重构的信号。可变选择器可以实现交换的功能。将原来的1、2、3排列顺序改变为3、1、2后，将信号汇合。时分多址（TDMA）仿真模型时分多址（TDMA）系统的仿真框图 时分多址（TDMA）仿真模型 脉冲发生器将产生以1/3为占空比，以10Hz为频率的周期方波信号，方波分为三路：本身是一路；延迟1个和2个方波宽度的信号为另外两路，用作三个触发门控电路的门控信号，则三路时间错开为0.1/3的方波，相当于
8、将三路信号分配到以0.1/3为宽度的相邻的时隙中。时隙中的信号经过合并，然后将合并后的信号并联馈入与时分多址发送完全相同的时分多址接收的模块。接收端的门控脉冲应该与发送端的门控脉冲频率相同，而且要求同步。在与时隙同步的时刻，门控脉冲将信号取出0.1/3，并且将样值保存到下一个门控脉冲及时隙到来之前的时刻。时分多址（TDMA）仿真模型时分多址（TDMA）模块的结构图 时分多址（TDMA）仿真模型时分多址（TDMA）的三个触发门控电路的门控信号的波形图 时分多址（TDMA）仿真模型时分多址（TDMA）的原始信号的波形图 时分多址（TDMA）仿真模型时分多址（TDMA）三路分别填在三个时隙中的信号经
9、过合并以后的波形图 时分多址（TDMA）仿真模型时分多址（TDMA）经过交换机变化顺序的解调信号的波形图 码分多址（CDMA） 码分多址（CDMA），利用码组的正交性，将承载的不同用户（地址）的通信信息区分。每对通信设备工作在某个分配或是指定的码组内实现通信，称为码分多址。现在的数字蜂窝无线通信系统CDMA、第三代移动通信系统WCDMA、CDMA2000、TDSCDMA都采用的是码分多址技术。 码分多址（CDMA）是基于码分技术和多址技术的通信系统，系统将各自特定的地址码分配给每一个用户。地址码之间具有相互准正交性，可以重叠在时间、空间和频率上；把需要传送的有一定信号带宽的信息数据，用带宽远远
10、大于信号带宽的伪随机码进行调制，使原有数据信号的带宽被扩展，在接收端进行相反的过程，解扩，增强抗干扰能力。码分多址（CDMA）系统属于自干扰系统。码分多址（CDMA）系统只接收地址码一样的部分，其他的部分将变成噪音。码分多址（CDMA）仿真模型 在直接扩频的码分多址（CDMA）通信系统的仿真模型中，三个伯努利二进制随机信号发生器表示了三个不同的通信用户发射各自的通信信息，即基带信号，码元宽度为610-6 s。 在本次仿真模型中，m序列的周期是15，码元宽度为210-7 s，基带信号码元宽度是m序列码元宽度的30倍，正好是两个m序列的周期。延迟4个（m序列）码元及延迟7个（m序列）码元的两个码组
11、与原始的码组构成三个正交的码组。它们分别对三个用户的信号进行直接扩频。码分多址（CDMA）仿真模型码分多址（CDMA）的仿真框图 信道仿真技术 在通信系统中，发送端发送的数据进入传输信道，信号在信道传输过程，会受到各种各样的噪声干扰。 根据信道中起着主要作用的噪声的特点，信道可分为加性高斯白噪声信道、瑞利信道、莱斯信道和二进制平衡信道等。加性高斯白噪声信道 加性高斯白噪声信道，把高斯分布的噪声信号，叠加到通过它的信号上，使得经过该信道的信号产生和噪声均值相应的偏移，并且围绕着平均值作随机波动。在该信道中，噪声均值为零的时候，方差表现为噪声功率的大小。 加性高斯白噪声（AWGN），是最基本的噪声
12、与干扰模型。加性噪声：叠加在信号上的一种噪声，而且无论信号是否存在，噪声是始终存在的；白噪声：噪声的功率谱密度在所有的频率上均为一常数；高斯白噪声：白噪声的概率分布服从高斯分布。加性高斯白噪声信道仿真模型 加性高斯白噪声信道的仿真框图 瑞利信道 由于多径信道反映了信号在多条路径中的传输，传输的信号通过不同的路径到达接收端，因此产生了不同的时间延迟。当信号沿着不同路径传输并相互干扰时，就会产生多径衰落现象。 在无线通信信道环境中，电磁波经过反射、折射、散射等多条路径传播到达接收机，总信号的强度服从瑞利分布，同时由于接收机的移动及其他原因，信号强度和相位等特性在起伏变化，故称为瑞利衰落。瑞利衰落能
13、够有效地描述存在能够大量散射无线电信号的障碍物的无线传播环境。瑞利信道仿真模型FSK调制信号通过瑞利信道误码率的仿真框图 莱斯信道 如果收到的信号中，除了经反射、折射、散射等来的信号以外，还有从发射机直接到达接收机的信号，那么总信号的强度服从莱斯分布，故称莱斯衰落。 莱斯信道模块用于莱斯衰落信道的基带仿真，适用于无线通信系统中发射信号主要以视线方式传输到接收端情况下的模块仿真。输入信号为复信号，可以是离散或基于帧结构的列向量。莱斯信道衰落将引起信号能量的扩散。FSK信号通过莱斯信道的误码率进行仿真。多径的能量越小，误码率越小。多普勒频移越小，误码率越小。莱斯信道仿真模型FSK调制信号通过莱斯信
14、道误码率的仿真框图 二进制平衡信道 二进制平衡信道一般用于对二进制信号的误码比特率性能进行仿真。二进制平衡信道是离散无记忆信道，其输入和输出都只有0和1，并且发送1而接收0和发送1而接收0，即误码，概率相同，故称信道是平衡的。 二进制平衡信道模块将通过该信道模块的二进制信号引进一定的错误概率。输入端口馈入需要传输的二进制信号，该信号既可是离散信号，也可以是基于采样的向量或者基于帧结构的行向量。该模块单独处理向量中的每一个元素，并在每一个时隙以一定的错误概率给通过该信道的二进制信号引入二进制错误。二进制平衡信道仿真模型二进制平衡信道误码率的仿真框图 感谢各位老师的聆听！ 由于我的学术水平有限，难免有许多不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！
