數(shù)字通信系統(tǒng)仿真研究多址技術(shù)超鏈接課件

1、數(shù)字通信系統(tǒng)仿真研究（二）姓名：吳藝專業(yè)：09通信工程學(xué)號(hào)：2009100 xx指導(dǎo)老師：饒偉研究背景 在過(guò)去的幾十年光景里，數(shù)字通信系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的復(fù)雜程度有著明顯地提高。與此同時(shí)，涌現(xiàn)了一系列的新型技術(shù)，例如光纖光學(xué)的器件、集成光學(xué)的設(shè)備和單片微波集成的電路等，這些均影響著數(shù)字通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。數(shù)字通信系統(tǒng)復(fù)雜度的提高，使得用來(lái)分析和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)間和精力也隨之提高。 現(xiàn)如今，社會(huì)已進(jìn)入高速發(fā)展的信息時(shí)代，信息的傳輸及通信都起著舉足輕重的作用。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)正向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和寬帶化的方向不斷發(fā)展。對(duì)于信息的傳輸而言，數(shù)字通信已經(jīng)成為重要的方式。社會(huì)的不斷前

2、進(jìn)發(fā)展，要求數(shù)字通信系統(tǒng)的功能越來(lái)越齊全，性能越來(lái)越穩(wěn)定，構(gòu)成越來(lái)越復(fù)雜，同時(shí)，要求在數(shù)字通信系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)的時(shí)候，縮短周期，降低成本，提高水平。只有通過(guò)對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真，使數(shù)字通信系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)變得直觀、明了，從而推動(dòng)了數(shù)字通信系統(tǒng)仿真技術(shù)的迅速發(fā)展。研究意義 數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真，是貫穿于數(shù)字通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真，具有廣泛的適應(yīng)性和極好的靈活性，有利于幫助我們更好地研究數(shù)字通信系統(tǒng)的性能。 數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真是衡量數(shù)字通信系統(tǒng)性能的工具，通過(guò)仿真模型出來(lái)的仿真結(jié)果，可用來(lái)判斷原有數(shù)字通信系統(tǒng)的性能，從而為建立新的數(shù)字通信系

3、統(tǒng)或改善原有數(shù)字通信系統(tǒng)，提供可靠，可行的參考模型，降低新建的數(shù)字通信系統(tǒng)失敗的可能性，減少數(shù)字通信系統(tǒng)潛在的瓶頸問(wèn)題，防止對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)中某些功能部件造成過(guò)量的負(fù)載，從而優(yōu)化數(shù)字通信系統(tǒng)的整體性能。 本文側(cè)重對(duì)多址技術(shù)（頻分多址、時(shí)分多址、碼分多址）和信道仿真技術(shù)（加性高斯白噪聲信道、瑞利信道、萊斯信道、二進(jìn)制平衡信道）的仿真分析。多址技術(shù) 在通信網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)多個(gè)用戶通過(guò)一個(gè)公共信道與其他用戶進(jìn)行通信的時(shí)候，就必須采用某種多址技術(shù)。然而，所謂的多址技術(shù)指的是，允許兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的發(fā)射機(jī)，通過(guò)一個(gè)公共信道發(fā)送信號(hào)的技術(shù)。頻分多址（FDMA） 頻分多址（FDMA），把不同的用戶分配在頻率不同，時(shí)隙

4、相同的信道。頻分多路傳輸系統(tǒng)中，根據(jù)要求，把集中控制的頻段分配給用戶。頻分多址的通道容量可按照要求進(jìn)行動(dòng)態(tài)交換。 在頻分多址系統(tǒng)中，用戶分配給一個(gè)信道，也就是一對(duì)頻譜，一個(gè)頻譜作為前向信道，即從基站到移動(dòng)臺(tái)方向，另一個(gè)則作為反向信道，即從移動(dòng)臺(tái)到基站方向。在同一時(shí)刻，這種信道系統(tǒng)的基站必須發(fā)射和接收多個(gè)不同頻率的信號(hào)，任意兩個(gè)移動(dòng)用戶進(jìn)行通信，都必須由基站進(jìn)行中轉(zhuǎn)，因此在同一時(shí)刻，必須占用兩個(gè)信道，即兩對(duì)頻譜，才能實(shí)現(xiàn)雙工通信。頻分多址（FDMA）仿真模型 在頻分多址（FDMA）通信系統(tǒng)的仿真框圖中，發(fā)射部分，三個(gè)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生幅度為 1、頻率為 4 rad/s的正弦信號(hào)和方波信號(hào)以及幅度為

5、1、頻率為 3 rad/s的鋸齒波信號(hào)，這三個(gè)信號(hào)作為信源，分別進(jìn)入載頻設(shè)定為40Hz、60Hz、80Hz的雙邊帶幅度調(diào)制，產(chǎn)生雙邊帶信號(hào)，然后各自進(jìn)入與調(diào)制模塊載頻相應(yīng)的模擬濾波器設(shè)計(jì)的模塊，通過(guò)帶通濾波器濾出上邊帶，作為單邊帶調(diào)制的輸出信號(hào)。三路信號(hào)在加法器中合成，饋入加性高斯白噪聲傳輸環(huán)境。接收部分，三路并聯(lián)的帶通濾波器分別工作在上述三個(gè)載頻上，分別濾出這三路單邊帶信號(hào)，帶通濾波器后面連著載頻與巴特沃茲帶通濾波器中心頻率相同的雙邊帶幅度調(diào)制的解調(diào)模塊。解調(diào)輸出的信號(hào)在合路器中與各自的原始信號(hào)匯合，然后輸入示波器。頻分多址（FDMA）仿真模型頻分多址（FDMA）系統(tǒng)的仿真框圖頻分多址（FD

6、MA）仿真模型頻分多址（FDMA）三路信號(hào)合成的頻域圖頻分多址（FDMA）仿真模型頻分多址（FDMA）三路信號(hào)合成的時(shí)域圖頻分多址（FDMA）仿真模型正弦波原始信號(hào)與解調(diào)出來(lái)的信號(hào) 頻分多址（FDMA）仿真模型方波原始信號(hào)與解調(diào)出來(lái)的信號(hào)頻分多址（FDMA）仿真模型鋸齒波原始信號(hào)與解調(diào)出來(lái)的信號(hào) 時(shí)分多址（TDMA） 時(shí)分多址（TDMA），將通信信道在時(shí)間坐標(biāo)上劃分成若干個(gè)等間距的時(shí)隙。時(shí)隙編號(hào)并且周期重復(fù)出現(xiàn)。每對(duì)通信設(shè)備將工作在某個(gè)分配或指定的時(shí)隙上，即不同的通信用戶是靠不同的時(shí)隙劃分實(shí)現(xiàn)通信的?，F(xiàn)在的數(shù)字蜂窩無(wú)線通信系統(tǒng)GSM，采用了時(shí)分多址（TDMA）技術(shù)。時(shí)分多址（TDMA）仿真模型

7、 在時(shí)分多址（TDMA）通信系統(tǒng)的仿真模型中，三個(gè)信號(hào)發(fā)生器各自分別產(chǎn)生正弦波、鋸齒波和方波信號(hào)，分別進(jìn)入時(shí)分多址模塊。 在時(shí)分多址接收模塊的輸出口13可以接收到與發(fā)送端相同的以0.1為采樣周期的離散樣值重構(gòu)的信號(hào)?？勺冞x擇器可以實(shí)現(xiàn)交換的功能。將原來(lái)的1、2、3排列順序改變?yōu)?、1、2后，將信號(hào)匯合。時(shí)分多址（TDMA）仿真模型時(shí)分多址（TDMA）系統(tǒng)的仿真框圖 時(shí)分多址（TDMA）仿真模型 脈沖發(fā)生器將產(chǎn)生以1/3為占空比，以10Hz為頻率的周期方波信號(hào)，方波分為三路：本身是一路；延遲1個(gè)和2個(gè)方波寬度的信號(hào)為另外兩路，用作三個(gè)觸發(fā)門控電路的門控信號(hào)，則三路時(shí)間錯(cuò)開(kāi)為0.1/3的方波，相當(dāng)

8、于將三路信號(hào)分配到以0.1/3為寬度的相鄰的時(shí)隙中。時(shí)隙中的信號(hào)經(jīng)過(guò)合并，然后將合并后的信號(hào)并聯(lián)饋入與時(shí)分多址發(fā)送完全相同的時(shí)分多址接收的模塊。接收端的門控脈沖應(yīng)該與發(fā)送端的門控脈沖頻率相同，而且要求同步。在與時(shí)隙同步的時(shí)刻，門控脈沖將信號(hào)取出0.1/3，并且將樣值保存到下一個(gè)門控脈沖及時(shí)隙到來(lái)之前的時(shí)刻。時(shí)分多址（TDMA）仿真模型時(shí)分多址（TDMA）模塊的結(jié)構(gòu)圖 時(shí)分多址（TDMA）仿真模型時(shí)分多址（TDMA）的三個(gè)觸發(fā)門控電路的門控信號(hào)的波形圖 時(shí)分多址（TDMA）仿真模型時(shí)分多址（TDMA）的原始信號(hào)的波形圖 時(shí)分多址（TDMA）仿真模型時(shí)分多址（TDMA）三路分別填在三個(gè)時(shí)隙中的信號(hào)

9、經(jīng)過(guò)合并以后的波形圖 時(shí)分多址（TDMA）仿真模型時(shí)分多址（TDMA）經(jīng)過(guò)交換機(jī)變化順序的解調(diào)信號(hào)的波形圖 碼分多址（CDMA） 碼分多址（CDMA），利用碼組的正交性，將承載的不同用戶（地址）的通信信息區(qū)分。每對(duì)通信設(shè)備工作在某個(gè)分配或是指定的碼組內(nèi)實(shí)現(xiàn)通信，稱為碼分多址?，F(xiàn)在的數(shù)字蜂窩無(wú)線通信系統(tǒng)CDMA、第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)WCDMA、CDMA2000、TDSCDMA都采用的是碼分多址技術(shù)。 碼分多址（CDMA）是基于碼分技術(shù)和多址技術(shù)的通信系統(tǒng)，系統(tǒng)將各自特定的地址碼分配給每一個(gè)用戶。地址碼之間具有相互準(zhǔn)正交性，可以重疊在時(shí)間、空間和頻率上；把需要傳送的有一定信號(hào)帶寬的信息數(shù)據(jù)，用帶寬遠(yuǎn)

10、遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原有數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，在接收端進(jìn)行相反的過(guò)程，解擴(kuò)，增強(qiáng)抗干擾能力。碼分多址（CDMA）系統(tǒng)屬于自干擾系統(tǒng)。碼分多址（CDMA）系統(tǒng)只接收地址碼一樣的部分，其他的部分將變成噪音。碼分多址（CDMA）仿真模型 在直接擴(kuò)頻的碼分多址（CDMA）通信系統(tǒng)的仿真模型中，三個(gè)伯努利二進(jìn)制隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器表示了三個(gè)不同的通信用戶發(fā)射各自的通信信息，即基帶信號(hào)，碼元寬度為610-6 s。 在本次仿真模型中，m序列的周期是15，碼元寬度為210-7 s，基帶信號(hào)碼元寬度是m序列碼元寬度的30倍，正好是兩個(gè)m序列的周期。延遲4個(gè)（m序列）碼元及延遲7個(gè)（m序列）碼元的兩個(gè)碼

11、組與原始的碼組構(gòu)成三個(gè)正交的碼組。它們分別對(duì)三個(gè)用戶的信號(hào)進(jìn)行直接擴(kuò)頻。碼分多址（CDMA）仿真模型碼分多址（CDMA）的仿真框圖 信道仿真技術(shù) 在通信系統(tǒng)中，發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)入傳輸信道，信號(hào)在信道傳輸過(guò)程，會(huì)受到各種各樣的噪聲干擾。 根據(jù)信道中起著主要作用的噪聲的特點(diǎn)，信道可分為加性高斯白噪聲信道、瑞利信道、萊斯信道和二進(jìn)制平衡信道等。加性高斯白噪聲信道 加性高斯白噪聲信道，把高斯分布的噪聲信號(hào)，疊加到通過(guò)它的信號(hào)上，使得經(jīng)過(guò)該信道的信號(hào)產(chǎn)生和噪聲均值相應(yīng)的偏移，并且圍繞著平均值作隨機(jī)波動(dòng)。在該信道中，噪聲均值為零的時(shí)候，方差表現(xiàn)為噪聲功率的大小。 加性高斯白噪聲（AWGN），是最基本的噪

12、聲與干擾模型。加性噪聲：疊加在信號(hào)上的一種噪聲，而且無(wú)論信號(hào)是否存在，噪聲是始終存在的；白噪聲：噪聲的功率譜密度在所有的頻率上均為一常數(shù)；高斯白噪聲：白噪聲的概率分布服從高斯分布。加性高斯白噪聲信道仿真模型 加性高斯白噪聲信道的仿真框圖 瑞利信道 由于多徑信道反映了信號(hào)在多條路徑中的傳輸，傳輸?shù)男盘?hào)通過(guò)不同的路徑到達(dá)接收端，因此產(chǎn)生了不同的時(shí)間延遲。當(dāng)信號(hào)沿著不同路徑傳輸并相互干擾時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生多徑衰落現(xiàn)象。 在無(wú)線通信信道環(huán)境中，電磁波經(jīng)過(guò)反射、折射、散射等多條路徑傳播到達(dá)接收機(jī)，總信號(hào)的強(qiáng)度服從瑞利分布，同時(shí)由于接收機(jī)的移動(dòng)及其他原因，信號(hào)強(qiáng)度和相位等特性在起伏變化，故稱為瑞利衰落。瑞利衰落

13、能夠有效地描述存在能夠大量散射無(wú)線電信號(hào)的障礙物的無(wú)線傳播環(huán)境。瑞利信道仿真模型FSK調(diào)制信號(hào)通過(guò)瑞利信道誤碼率的仿真框圖 萊斯信道 如果收到的信號(hào)中，除了經(jīng)反射、折射、散射等來(lái)的信號(hào)以外，還有從發(fā)射機(jī)直接到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)，那么總信號(hào)的強(qiáng)度服從萊斯分布，故稱萊斯衰落。 萊斯信道模塊用于萊斯衰落信道的基帶仿真，適用于無(wú)線通信系統(tǒng)中發(fā)射信號(hào)主要以視線方式傳輸?shù)浇邮斩饲闆r下的模塊仿真。輸入信號(hào)為復(fù)信號(hào)，可以是離散或基于幀結(jié)構(gòu)的列向量。萊斯信道衰落將引起信號(hào)能量的擴(kuò)散。FSK信號(hào)通過(guò)萊斯信道的誤碼率進(jìn)行仿真。多徑的能量越小，誤碼率越小。多普勒頻移越小，誤碼率越小。萊斯信道仿真模型FSK調(diào)制信號(hào)通過(guò)萊斯信道誤碼率的仿真框圖 二進(jìn)制平衡信道 二進(jìn)制平衡信道一般用于對(duì)二進(jìn)制信號(hào)的誤碼比特率性能進(jìn)行仿真。二進(jìn)制平衡信道是離散無(wú)記憶信道，其輸入和輸出都只有0和1，并且發(fā)送1而接收0和發(fā)送1而接收0，即誤碼，概率相同，故稱信道是平衡的。