基于Simulink軟件無線電的仿真與研究

1、 本文由魔法土豆ok貢獻(xiàn) pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 科門箍！三蘭舟：塑！ 代碼塑镕 專菇椰孿生彥 士學(xué)位論文 論文題目一基于軟件無線電的 墮基：量妥塑 。 二 學(xué)暨嫩名 學(xué) 一 號(hào) 施邑磊 ！堅(jiān)！：二 專 指導(dǎo)教師二堂查雯墼二堡 攀科專業(yè) 電路與系統(tǒng) 研究方向堡垡適焦墾壅塑墮墮魚呈墼型 論囊提交目期三旦童箜查旦 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 摘要 摘要 本文系統(tǒng)地研究了基于中的通信基帶系統(tǒng)建模仿真。利用 對(duì)通信系統(tǒng)中幾種基本信道模型進(jìn)行了構(gòu)造研究，同時(shí)還構(gòu)造了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型， 并以此解決盲信號(hào)檢測(cè)問題，仿真結(jié)果表明文件和模型結(jié)果一致。

2、由于 是具有內(nèi)在的模塊化，系統(tǒng)化，以及時(shí)間流，定點(diǎn)數(shù)的仿真工具，不僅可以真實(shí)地模擬一 個(gè)通信系統(tǒng)，使通信系統(tǒng)里面的核心算法在整個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行仿真驗(yàn)證，而且可以和 的工具包（）結(jié)合，產(chǎn)生可以直接在數(shù)字信號(hào)處理硬件上 運(yùn)行的代碼，所以這些研究工作對(duì)于軟件無線電技術(shù)開發(fā)應(yīng)用具有重要價(jià)值。本文主要工 作歸納如下： 利用對(duì)通信系統(tǒng)中最基本信道模型一性高斯白噪聲信道的特性進(jìn)行 仿真。首先介紹了該信道的基本特性，然后構(gòu)建了它的系統(tǒng)仿真模型，介紹了一 種基于批處理的仿真系統(tǒng)。 研究了基帶通信系統(tǒng)中衰落信道的特性，在對(duì)模型進(jìn)行分析的基 礎(chǔ)上，利用的基礎(chǔ)模塊搭建了與數(shù)學(xué)模型對(duì)應(yīng)的完整衰落信道 模型。 學(xué)習(xí)了解了神經(jīng)

3、網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)知識(shí)，由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的能量函數(shù)的特性，可 以利用發(fā)送信號(hào)的有限字符集特性和接收信號(hào)矩陣的正交補(bǔ)空間特性，把信號(hào)盲 檢次優(yōu)化形式轉(zhuǎn)換為具有穩(wěn)定狀態(tài)解的連續(xù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能量函數(shù)形 式，實(shí)現(xiàn)對(duì)盲信號(hào)的直接恢復(fù)，并用仿真實(shí)現(xiàn)，驗(yàn)證了其良好的性能。 由于硬件化的特性，使得本論文的工作有著很大的實(shí)用性以及一定的創(chuàng) 新性。 關(guān)鍵詞：；軟件無線電：信道；衰落信道；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ， ， 。 ， ， ， ， ： ， ， ， ， ， ； ， 一 南京郵電大學(xué)碩上研究生學(xué)位論文 ：； ； ； 南京郵電大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究 工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文

4、中特別加以標(biāo)注和致謝的 地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包 含為獲得南京郵電大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材 料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了 明確的說明并表示了謝意。 研究生簽名：箍、晝磊日期：丑：笸孑 南京郵電大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 南京郵電大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所、國(guó)家圖書館有權(quán)保留 本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其 他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一 致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布 （包括刊登）論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布（包括刊登

5、）授權(quán) 南京郵電大學(xué)研究生部辦理。 研究生簽名：盈匝疊盤導(dǎo)師簽 吼夥 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第一章緒論 第一章緒論 軟件無線科 軟件無線電研究的背景及定義 隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步，近幾十年來，無線通信技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，它正 被廣泛應(yīng)用于商業(yè)、軍事、氣象、民用等領(lǐng)域。當(dāng)代無線通信系統(tǒng)有很多種，例如，衛(wèi)星 通信系統(tǒng)、蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)、無線尋呼系統(tǒng)、微波通信系統(tǒng)、短波通信系統(tǒng)等等。各種 無線通信系統(tǒng)的調(diào)制方式也有很多種，如、 等等。其中，多址方式有：（碼分多址）、（時(shí)分多址）和（頻分多 址）、空分多址等。各種通信系統(tǒng)由于自身的特性而應(yīng)用于不同的場(chǎng)合，而且他們的功能 相對(duì)較少，靈活性

6、不夠，可擴(kuò)展能力較差，不同通信系統(tǒng)之間不能完全互通，然而另一方 面，由于社會(huì)的發(fā)展和人類需求的增加，我們都希望這些不同的通信系統(tǒng)之間可以互通。 為了解決互通性問題，各國(guó)都進(jìn)行了積極的探索，努力使各不同設(shè)備既能滿足互通性要求， 又能滿足抗干擾，保密性好的要求；既能使通信設(shè)備跟上無線通信飛速發(fā)展的步伐，又能 延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。其中一種設(shè)想就是研制多功能電臺(tái)，用軟件實(shí)現(xiàn)硬件的功能?；?此，年月，公司的 首次明確提出了軟件無線電（： ）的概念，從而引發(fā)了軟件無線電的研究熱潮。從事通信方面的專家認(rèn)為，“軟 件定義無線電”將是一個(gè)解決全球無線通信需求的方案，它將成為未來無線通信設(shè)備設(shè)計(jì) 的核心所在。

7、軟件無線電是實(shí)現(xiàn)無線通信的一種新思路，它可以說是無線通信產(chǎn)業(yè)繼年代中期 到年代中期從模擬到數(shù)字通信、年代中期到年代中期從固定到移動(dòng)通信這兩次革 命之后的第三次革命，也稱為從硬件無線通信到軟件無線通信的革命，這是通信科技發(fā)展 的必然選擇。軟件無線電在通信系統(tǒng)中，特別是在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用目前已經(jīng) 成為研究的熱點(diǎn)。歐洲的先進(jìn)的通信技術(shù)與業(yè)務(wù)計(jì)劃中，有三項(xiàng)計(jì)劃是將軟件無線電技術(shù) 應(yīng)用在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的：（ ，靈 活的綜合無線電系統(tǒng)和技術(shù)）計(jì)劃將軟件無線電技術(shù)應(yīng)用到設(shè)計(jì)多頻多?？删幊淌謾C(jī)。這 種手機(jī)可自動(dòng)檢測(cè)接收信號(hào)以接入不同的網(wǎng)絡(luò)，且適應(yīng)不同接續(xù)時(shí)間的要求； 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位

8、論文 第一章緒論 （ ，未來的無線寬帶多址系統(tǒng)）計(jì)劃的目標(biāo)是 定義、研究與評(píng)估寬帶有效的多址接入方案來滿足（ ，通用移動(dòng)通信系統(tǒng)）要求，方法之一是采用軟件無線電技術(shù)； （軟件無線電技術(shù)）計(jì)劃是演示靈活的有效的軟件可編程電臺(tái)，它具有無線自適應(yīng) 接入功能，并符合的標(biāo)準(zhǔn)。如將軟件無線電的基本思想用到無線電通信中，將不需 要為每一種新的通信體制重新建網(wǎng)、更換設(shè)備，只需在各個(gè)通信系統(tǒng)中建設(shè)統(tǒng)一的硬件平 臺(tái)，然后不論是現(xiàn)有的各種體制和標(biāo)準(zhǔn)還是將來新出現(xiàn)的體制和標(biāo)準(zhǔn)，都以軟件加載的方 式進(jìn)行更新?lián)Q代。需要更新的軟件可以通過一個(gè)統(tǒng)一的軟件提供商來供給，軟件可以以無 線電波的形式從空中下載。使用這樣一種理想的軟

9、件無線電概念后，所有的體制和標(biāo)準(zhǔn)更 新，以及不同體制之間的兼容，都可以通過更換適當(dāng)?shù)能浖硗瓿?，這樣既節(jié)省了重新建 網(wǎng)的費(fèi)用，也縮短了從研究到應(yīng)用的周期。 同時(shí)，隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)及微處理器技術(shù)的進(jìn)步，特別是大規(guī)模集成器件和可編程 器件的出現(xiàn)，使以硬件為主的傳統(tǒng)無線電技術(shù)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。、（ ，現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列）及（ ，通用）處理器 等硬件的發(fā)展和機(jī)總線概念的引入，導(dǎo)致無線電結(jié)構(gòu)的重大變革，使無線電技術(shù)進(jìn)入 新的階段軟件無線技術(shù)將成為甚至移動(dòng)通信中的關(guān)鍵技術(shù)之一。 軟件無線電的結(jié)構(gòu) 作為一種新興的技術(shù)，有關(guān)軟件無線電的概念、結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)、用途等都還在發(fā)展之中， 目前尚難以給出一個(gè)嚴(yán)格而全面

10、的定義，根據(jù)現(xiàn)有相關(guān)文獻(xiàn)論述，本文總結(jié)其定義大致為： 軟件無線電是一種基于數(shù)字信號(hào)處理（）芯片，以軟件為核心的嶄新的無線通信體系 結(jié)構(gòu)，通過模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件單元以總線方式連接構(gòu)成基本平臺(tái)，利用軟件編程來實(shí) 現(xiàn)無線電臺(tái)的各種功能，從基于硬件、面向用途的電臺(tái)設(shè)計(jì)方法中解放出來，使得通信具 有很大的通用性、靈活性，并使得系統(tǒng)互聯(lián)和升級(jí)非常方便；該技術(shù)是軟件化、計(jì)算密集 型的操作形式；它與數(shù)字和模擬信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換、計(jì)算速度、運(yùn)算量、存儲(chǔ)量、數(shù)據(jù)處理 方式等問題息息相關(guān)；其目的就是希望建立開放式、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的通用硬件平臺(tái)，將 諸如頻率、調(diào)制方式、數(shù)據(jù)傳輸速率、加密模式、通信協(xié)議等用軟件來完成，使

11、通信系統(tǒng) 具有較好的兼容性、可升級(jí)性和開發(fā)性。其核心思想是在盡可能在靠近天線的地方使用寬 帶的“數(shù)字模擬（）轉(zhuǎn)換器，盡早地完成信號(hào)的數(shù)字化，從而使得無線電臺(tái)的功能 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第一章緒論 盡可能地用軟件來定義和實(shí)現(xiàn)。 這里簡(jiǎn)要介紹軟件無線電的結(jié)構(gòu)特征。一個(gè)典型的軟件無線電平臺(tái)可以將硬件單元?jiǎng)?分成射頻、中頻（ ，）、基帶、信源和信令等各層，它們具有模塊 化結(jié)構(gòu)，各層之間的連接通過控制總線和數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)。軟件無線電充分利用嵌入通信設(shè) 備里的單片機(jī)和專用芯片的可編程能力，提供一種通用的采用寬帶轉(zhuǎn)換器、和通 用中央處理器（）相結(jié)合的無線電臺(tái)硬件平臺(tái)，既保持無線電臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單化

12、， 又帶來如下的優(yōu)點(diǎn)：）靈活性：能轉(zhuǎn)換信道、改變調(diào)制方式和接收不同類型信號(hào)；）集 中性：軟件無線電技術(shù)多信道共享前端射頻級(jí)，可對(duì)每一信道進(jìn)行低成本的數(shù)字處理，盡 管軟件無線電臺(tái)比單個(gè)傳統(tǒng)接收機(jī)要昂貴得多，但每個(gè)信道的成本大大降低了。 軟件無線電的天線跨多個(gè)頻段，形式統(tǒng)一，損耗低。射頻部分完成輸出功率的產(chǎn)生及 前置放大，接收信號(hào)時(shí)將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)中頻信號(hào)，發(fā)射信號(hào)時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換 成射頻信號(hào)，該標(biāo)準(zhǔn)中頻信號(hào)適合和轉(zhuǎn)換。中頻部分完成中頻信號(hào)與已調(diào)基帶 信號(hào)之間的變換（接收和發(fā)射），它的主要功能是頻率變換和濾波。基帶信號(hào)處理部分把 數(shù)據(jù)流變換成適合信道傳輸?shù)幕鶐盘?hào)和解調(diào)基帶信號(hào)（含定時(shí)恢復(fù)

13、），包括針對(duì)非線性 信道的預(yù)失真、編碼和軟判決參數(shù)估計(jì)等。比特流部分采用數(shù)字方式復(fù)接和分接多個(gè)用戶 的比特流，這些比特流經(jīng)過信源編碼，包括（ ，前向糾錯(cuò)碼， 如：比特交織、分組或卷積編碼等）幀定時(shí)、比特填充、無線鏈路加密等，它還具備信令、 控制、運(yùn)營(yíng)、管理和維護(hù)等功能。 軟件無線電硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)寬帶和及高速，公共硬件平臺(tái)，支持 并行、流水線及多處理機(jī)。軟件采用基于（ ，開放式系統(tǒng) 互聯(lián)）參考模型的分層軟件體系，支持開放式的模塊化設(shè)計(jì)。靈活應(yīng)用軟件無線電的基本 硬軟件模塊，可使軟件無線電設(shè)備對(duì)傳播條件具有多種自適應(yīng)能力（包括頻率、功率、速 率及多徑分集等），多種抗干擾能力（包括自適應(yīng)天線調(diào)零

14、、自適應(yīng)干擾抵消、擴(kuò)頻及跳 頻等），靈活可變的多址方式（包括、）及其混合等，用戶需要的 多種業(yè)務(wù)（包括話音、傳真、數(shù)據(jù)及圖象等）及多種組網(wǎng)與接口能力等。 軟件無線電強(qiáng)調(diào)體系結(jié)構(gòu)的開放性和全面可編程性，通過軟件的更新改變硬件的配置 結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)新的功能。軟件無線電采用標(biāo)準(zhǔn)的、高性能的開放式總線結(jié)構(gòu)，以利于硬件模 塊的不斷升級(jí)和擴(kuò)展。理想軟件無線電的組成結(jié)構(gòu)如圖所示，其結(jié)構(gòu)主要由天線、射頻 前端、高速轉(zhuǎn)換器、通用和專用數(shù)字信號(hào)處理器、低速轉(zhuǎn)換器以及各 南京郵屯大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第一章緒論 種接口和各種軟件所組成。 寬帶 多頻 止 高速 語(yǔ)音 低 速 、， 圖像 、 、一 中叫 部分 高速 心

15、卜 一 一 、 專用可 低 編程處理 速 段天 線 天線段 其他 、 、一 網(wǎng)絡(luò) 數(shù)字 信號(hào) 高速處理段 低速處理 圖軟件無線電結(jié)構(gòu)框圖 其關(guān)鍵思想和與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別在于：）將和向端靠近，由基帶到中 頻對(duì)整個(gè)系統(tǒng)頻帶進(jìn)行采樣；）用高速代替?zhèn)鹘y(tǒng)的專用數(shù)字電路與低速 做后的一系列處理。和移向端僅為軟件無線電的實(shí)現(xiàn)提供了必要條件，關(guān) 鍵步驟是采用通用的可編程能力強(qiáng)的器件（和等）代替專用的數(shù)字電路，由此帶 來的一系列好處才是軟件無線電的真正目的所在。 典型的軟件無線電臺(tái)的工作模塊主要包括下面三個(gè)部分：）實(shí)時(shí)信道處理：實(shí)時(shí)信道 處理包括天線、射頻變換、和變換器、中頻處理、基帶與比特流處理及信源編碼。

16、 其中射頻變換包括輸出功率的產(chǎn)生、前置放大、射頻信號(hào)變換為標(biāo)準(zhǔn)中頻或由標(biāo)準(zhǔn)中頻變 換為射頻信號(hào)，以適應(yīng)寬帶和變換。中頻處理部分變換基帶和中頻之間的發(fā)射和 接收信號(hào)。通用主要完成各種數(shù)據(jù)率相對(duì)較低的基帶信號(hào)的處理，比如信號(hào)的調(diào)制解 調(diào)，各種抗干擾、抗衰落、自適應(yīng)均衡算法的實(shí)現(xiàn)等。還要完成經(jīng)信源編碼后的前向糾錯(cuò)， 幀調(diào)整、比特填充和鏈路加密等算法。也有采用多芯片并行處理的方法，以提高其處 理的能力。比特流部分將多個(gè)用戶產(chǎn)生的信源編碼復(fù)用成比特流，或與之相對(duì)應(yīng)將比特流 多路分解。還提供信令、控制和操作、管理和維護(hù)功能。實(shí)時(shí)信道處理部分最合適的結(jié)構(gòu) 是多指令多數(shù)據(jù)多處理器的結(jié)構(gòu)，即將多處理器組成一個(gè)流

17、水線，來實(shí)現(xiàn)軟件模塊分配給 內(nèi)部連接在一起的各個(gè)處理器的不同的功能序列；）環(huán)境管理：在準(zhǔn)實(shí)時(shí)環(huán)境管理模塊 中持續(xù)地使用頻率、時(shí)間和空間特征來表征無線電環(huán)境，這些特征包括信道識(shí)別和估計(jì)其 它參數(shù)。環(huán)境管理模塊的操作模塊化，容易用一臺(tái)多指令多數(shù)據(jù)并行處理器來實(shí)現(xiàn)。這種 并行環(huán)境管理模塊和流水線工作方式的實(shí)時(shí)信道處理模塊之間的接口必須使環(huán)境管理的 參數(shù)和信道處理模塊同步；）在線和離線的軟件工具：在線和離線系統(tǒng)分析、信號(hào)處理 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第一章緒論 和變宿主工具允許人們確定增量業(yè)務(wù)。這些業(yè)務(wù)的增加可在實(shí)時(shí)信道處理模塊中生成和連 接，也允許人們調(diào)整算法，以便鋇試參數(shù)位置、確定業(yè)務(wù)的一

18、些數(shù)值和資源影響。高度集 成化的軟件工具可比較快地實(shí)施增值的軟件升級(jí)，當(dāng)軟件定義的網(wǎng)絡(luò)迅速擴(kuò)大后，可通過 無線傳輸提供改進(jìn)了的業(yè)務(wù)服務(wù)。 軟件無線電的開發(fā)工具 是公司針對(duì)通信領(lǐng)域的產(chǎn)品，它在軟件無線電方面的應(yīng)用目的是 通過如和通信虛擬機(jī)（）將軟件的發(fā)展與底層的硬件分離開來以減少開發(fā) 的投入。其本質(zhì)是基于的。 的工作流程如下： ）將算法模塊化； ）轉(zhuǎn)換為可以識(shí)別的數(shù)據(jù)類型； ）通過應(yīng)用程序借口（）進(jìn)行連接。 簡(jiǎn)介 通信系統(tǒng)仿真簡(jiǎn)介 仿真是衡量系統(tǒng)功能的工具，它通過仿真模型的結(jié)果來判斷原系統(tǒng)的性能，從而為新 系統(tǒng)的建立或者原系統(tǒng)的改造提供可靠的參考。通過仿真，可以降低新系統(tǒng)失敗的可能性， 消除系統(tǒng)

19、潛在的瓶頸，防止對(duì)系統(tǒng)中某些功能部件造成過量的負(fù)載，優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能， 因此，仿真是科學(xué)研究中不可缺少的方法。 實(shí)際通信系統(tǒng)是一個(gè)功能結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，對(duì)這個(gè)系統(tǒng)做出的任何改變（如改變 系統(tǒng)的某個(gè)參數(shù)、改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)等）都可能影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定。因此，在對(duì) 原有的系統(tǒng)做出改進(jìn)或者建立一個(gè)新系統(tǒng)之前，通常需要對(duì)這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，通 過仿真結(jié)果得出方案的可行性，從中獲取最合理的參數(shù)配置和系統(tǒng)配置，然后再應(yīng)用于實(shí) 際系統(tǒng)中，這個(gè)過程就是通信系統(tǒng)的仿真。 圖。給出了仿真的流程圖： 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第一章緒論 圖通信系統(tǒng)仿真流程圖 簡(jiǎn)介】 是一個(gè)可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿

20、真和綜合分析的軟件包。它可以處理的系 統(tǒng)包括：線性、非線性系統(tǒng)；離散、連續(xù)及混合系統(tǒng)；單任務(wù)、多任務(wù)離散事件系統(tǒng)。在 提供的圖形用戶界面上，只要進(jìn)行鼠標(biāo)的簡(jiǎn)單拖拉操作就可以構(gòu)造出復(fù)雜的 仿真模型，甚至不需要編寫一行代碼。它和的無縫結(jié)合使得用戶可以利用 豐富的資源，建立仿真模型，控制仿真過程，分析仿真結(jié)果。另外，在 系統(tǒng)仿真領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛的承認(rèn)和應(yīng)用，許多專用的仿真系統(tǒng)都支持模型， 這非常有利于代碼的重用和移植。使用可以方便地進(jìn)行控制系統(tǒng)、系統(tǒng)、通 信系統(tǒng)以及其它系統(tǒng)的仿真分析和原型設(shè)計(jì)。 為用戶提供了用方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，它與傳統(tǒng)的用微分方程和差分 方程建模的仿真軟件相比，具有更直觀

21、、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。包含很多模塊，如 （輸入源）、（線性環(huán)節(jié)）、（非線性環(huán)節(jié)）、（連接與接 ）和（其他環(huán)節(jié)）子模塊庫(kù)，而且每個(gè)子模塊庫(kù)包含有相應(yīng)的功能模塊。同時(shí)，用 戶還可以定制和創(chuàng)建自己的模塊。 提供了專門用于顯示信號(hào)的模塊，可以在仿真過程中隨時(shí)觀察仿真結(jié)果。同 時(shí)，通過的存儲(chǔ)模塊，仿真數(shù)據(jù)可以方便地以各種形式保存到工作區(qū)和文件中， 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第一章緒論 供用戶在仿真結(jié)束后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。另外，把具有特定功能的代碼組織 成模塊的方式，并且這些模塊可以組織成具有分層結(jié)構(gòu)的子系統(tǒng)，因此具有內(nèi)在的模塊化 設(shè)計(jì)要求?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，稱為一種通用的仿真建模工具，廣泛的應(yīng)用與通

22、信仿 真、數(shù)字信號(hào)處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。 根據(jù)輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的關(guān)系，提供了種類型的模塊：連續(xù)模塊、離散 模塊和混合模塊。連續(xù)模塊是指輸出信號(hào)隨著輸入信號(hào)的變化發(fā)生連續(xù)變化的模塊，離散 模塊則是輸出信號(hào)以固定間隔變化的模塊。對(duì)于連續(xù)模塊，采用積分方式計(jì)算輸 出信號(hào)的數(shù)值，因此，連續(xù)模塊只是涉及導(dǎo)數(shù)的計(jì)算及其積分。離散模塊的輸出信號(hào)在下 一刻抽樣時(shí)刻到來之前保持恒定，這時(shí)候只需以一定的間隔計(jì)算輸出信號(hào)的數(shù)值。 混合模塊是根據(jù)輸出信號(hào)的類型來確定輸出信號(hào)類型的，它既能夠產(chǎn)生連續(xù)輸出信號(hào)，也 能夠產(chǎn)生離散輸出信號(hào)。 如果一個(gè)仿真過程中只包含離散模塊，這時(shí)候采用固定步長(zhǎng)方式進(jìn)行仿真。 當(dāng)所有的離散模

23、塊都有相同的抽樣時(shí)間時(shí)，只需按照這個(gè)時(shí)間間隔實(shí)施仿真；否 則，采用多速率進(jìn)行仿真。多速率仿真模式的一種方案是選取一個(gè)最大可用間隔， 使之用于所有的離散模塊。這個(gè)時(shí)間間隔一般是各個(gè)離散模塊抽樣間隔的最大公約數(shù)。對(duì) 于可變步長(zhǎng)方式，多速率仿真模式按照各個(gè)模塊的抽樣間隔列出可能的仿真時(shí)間，在仿真 時(shí)刻到來的時(shí)候只對(duì)相應(yīng)的離散模塊實(shí)施仿真，從而在一定程度上提高了仿真效率。 如果仿真過程中既包含了連續(xù)模塊，又包含了離散模塊，采用兩種仿真步長(zhǎng) 進(jìn)行仿真。對(duì)于其中的離散模塊，可按照離散模塊的方式進(jìn)行仿真，這個(gè)仿真步 長(zhǎng)稱為主步長(zhǎng)。在每個(gè)主步長(zhǎng)仿真中，使用小步長(zhǎng)間隔，通過積分運(yùn)算得到連續(xù) 狀態(tài)的當(dāng)前輸出信號(hào)。

24、 用創(chuàng)建的模型可以具有分層結(jié)構(gòu)，因此用戶可以采用從上到下或者從下到上 的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型。用戶可以從最高層開始觀看模型，然后用鼠標(biāo)雙擊其中的子系統(tǒng)模型， 以查看下一層的內(nèi)容，依此類推，從而可以看到整個(gè)模型的細(xì)節(jié)，幫助用戶理解模型的結(jié) 構(gòu)和各模塊之間的相互關(guān)系。 是一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)和仿真環(huán)境，用戶使用可以在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之前對(duì) 系統(tǒng)進(jìn)行建模，仿真其行為，并最終提煉出可行的設(shè)計(jì)。提供了方便的層次化建 模方式，在模型頂層可以通盤的了解系統(tǒng)，然后在底層進(jìn)行不同子系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)。通過 用戶可以建立完整的端到端仿真系統(tǒng)，包括模擬混合信號(hào)系統(tǒng)、基帶系 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第一章緒論 統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng)和控制

25、邏輯部分在內(nèi)的不同系統(tǒng)組件集成到統(tǒng)一的平臺(tái)中，形成一個(gè)完 整的模型。輔以仿真，用戶就能確認(rèn)設(shè)計(jì)規(guī)范的正確性和可行性，并通過調(diào)參進(jìn) 行設(shè)計(jì)折衷和性能優(yōu)化。可以針對(duì)單通道和多通道數(shù)據(jù)、線性和非線性組件進(jìn)行 建模。可以仿真數(shù)字、模擬和混合信號(hào)系統(tǒng)，提供高效的基于幀的和多速率信號(hào)處理系統(tǒng) 仿真。像 和 這樣的功能模塊庫(kù)也提供了所有常規(guī) 的數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)應(yīng)用中的算法模塊，為用戶建立完整的系統(tǒng)提供方便。同時(shí)， 增加了進(jìn)行定點(diǎn)系統(tǒng)仿真的功能，可以將結(jié)果與浮點(diǎn)仿真進(jìn)行比較， 以便在仿真之前解決定點(diǎn)定標(biāo)問題。除此以外，還有一個(gè)伴生產(chǎn)品用 以對(duì)控制邏輯事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行建模。 本文的主要工作及組織 本文主要

26、利用進(jìn)行基于通信基帶系統(tǒng)的仿真研究，如信道仿真，以 及衰落信道仿真分析等。 第二章利用對(duì)基于調(diào)制的信道進(jìn)行了仿真分析，由于采用的 數(shù)字傳輸是動(dòng)態(tài)的，所以表現(xiàn)了很好的仿真效果和優(yōu)越性。并且結(jié)合自 有的特點(diǎn)，簡(jiǎn)化了模型，使該模型在仿真過程中更容易觀察其動(dòng)態(tài)信息。 第三章則利用對(duì)基于衰落信道的通信系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析。在此章 中，首先根據(jù)衰落信道的特點(diǎn)搭建了仿真模型，在對(duì)其進(jìn)行分析的同時(shí)，結(jié)合 的優(yōu)點(diǎn)、在對(duì)衰落信道深入了解的基礎(chǔ)上，自我構(gòu)建了衰落信 道的模型，取得了很好的效果。 第四章的工作是在了解了如何利用連續(xù)狀態(tài)離散時(shí)間神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)去進(jìn)行盲均衡 的基礎(chǔ)上，利用對(duì)該系統(tǒng)的工作過程進(jìn)行了完整的仿真，在驗(yàn)證

27、了該系統(tǒng)性能的 同時(shí)，也為本文的工作一一基于的軟件無線電的研究做了很好的證明。由于 是基于時(shí)間流的，即和現(xiàn)實(shí)的通信系統(tǒng)相同，這就使得它不同于以往任何形式的 仿真語(yǔ)言。為了更好的證明的仿真性能，在對(duì)上述模型進(jìn)行仿真的同時(shí)，也和 文件仿真做了對(duì)比。由于的硬件化特性，使得本論文的工作有很大實(shí)用性及一定 的創(chuàng)新性。 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章基于的加性高斯白噪聲信道的研究 第二章基于 的加性高斯白噪聲信道的研究 在上一章中，我們主要介紹了的一些特性，本章將通過具體的實(shí)例來說明 在通信系統(tǒng)仿真過程中的作用。在本章中，我們將利用對(duì)加性高斯白噪 聲信道（）進(jìn)行仿真。在充分理解該信道特性的基礎(chǔ)上，

28、建立了實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的仿 真模型，并且用對(duì)其仿真，取得了比較好的效果，計(jì)算了該模型相應(yīng)的誤碼率， 并和語(yǔ)言仿真的誤碼率做了對(duì)比，驗(yàn)證了其良好的仿真性能。 通信系統(tǒng)的一般模型 最基本的通信系統(tǒng)由發(fā)射器、接收器和通常作為無線連接的信道組成【】，如圖所 示。由于一般信號(hào)不能直接使用如語(yǔ)音那樣的低頻，因此需要在發(fā)射器中將傳遞的低頻信 息加到高頻載波信號(hào)上，這個(gè)過程叫做調(diào)制。使用調(diào)制也可以使多個(gè)信息信號(hào)共用一個(gè)無 線信道，只要對(duì)每個(gè)信息信號(hào)使用不同的載波頻率即可。調(diào)制的逆過程叫做解調(diào)，它是在 接收器中進(jìn)行的，目的是恢復(fù)出原始信息。圖中的噪聲源是信道中的噪聲以及分散在通信 系統(tǒng)其他各處的噪聲的集中表示。 圖

29、通信系統(tǒng)的一般模型 信息信號(hào)稱作調(diào)制信號(hào)或基帶信號(hào)。理想的通信系統(tǒng)能夠在接收器中準(zhǔn)確地恢復(fù)出信 息信號(hào)，只是無法避免從發(fā)射器到接收器之間的傳輸時(shí)延，再有可能就是信號(hào)幅值的改變。 除此之外的其他任何改變都將構(gòu)成失真。當(dāng)然，任何實(shí)際使用的系統(tǒng)都會(huì)引起一些失真。 而且，由于噪聲的存在，我們不可能完全在接受端恢復(fù)出信號(hào)，但是我們可以利用一些技 術(shù)手段，使得接受信號(hào)接近原始信號(hào)，這樣，通信的目的也就可以在允許的誤差范圍內(nèi)達(dá) 到。 南京郵電大學(xué)碩上研究生學(xué)位論文 第二章基于的加性高斯白噪聲信道的研究 信號(hào)與噪聲 信噪比的定義 各個(gè)通信系統(tǒng)在許多方面都不相同，但是有兩個(gè)方面它們是一樣的。一個(gè)是它們都有 信號(hào)

30、，用于承載有用信息；另一個(gè)就是它們都有噪聲，產(chǎn)生于各個(gè)噪聲源，并且進(jìn)入系統(tǒng)， 使信號(hào)退化，降低通信質(zhì)量。保持一個(gè)足夠高的信號(hào)與噪聲之比（簡(jiǎn)稱信噪比），是進(jìn)行大 量通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)。信噪比一般單位為分貝，表示為，它是所有通信系統(tǒng)的 一個(gè)重要指標(biāo)。定義為： 姍再蒜囂 ， 對(duì)于任何通信系統(tǒng)來說，保持一個(gè)合理的信號(hào)功率與噪聲功率之比是至關(guān)重要的，同 樣地，在已經(jīng)確定好系統(tǒng)模型各部分參數(shù)后，如何準(zhǔn)確地估計(jì)出信噪比對(duì)于很多算法的優(yōu) 化也至關(guān)重要 噪聲 在通信中，我們說干擾，一般是指對(duì)傳輸信號(hào)的干擾，也就是對(duì)信道的干擾。對(duì)于信 道的含義，從廣義而言，通信中傳輸信號(hào)可以有基帶信號(hào)和非基帶信號(hào)（經(jīng)過適當(dāng)調(diào)

31、制）。 因此，信道不僅包含各種傳輸媒質(zhì)（導(dǎo)線、自由空間、電離層等），還包括天線、高頻放大 器、變頻器等設(shè)備。這樣，對(duì)信道而言，它的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間的關(guān)系，常寫成如 下的形式嘲 （于）尼（），（）聆（，） 式中 （） 氐（）：信道的輸出信號(hào) 。（）：信道的輸入信號(hào) 尼（）：信道的乘性干擾 九（）：信道的加性干擾 所謂乘性干擾是由于信道特性而引起的，加性干擾是由于各種噪聲源引起的。當(dāng)我們假設(shè) 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章基于的加性高斯白噪聲信道的研究 信道為理想特性時(shí)，尼（），則 （），（）刀（） 加性噪聲中最常見的是高斯白噪聲，下面就此做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。 （） 首先介紹白噪聲，它

32、是通信中噪聲分析的一個(gè)理想化模型。噪聲是一個(gè)隨機(jī)過程，稱 之為“白”，是因?yàn)樵肼暤叮ǎ┑墓β首V密度（廠）在（，）整個(gè)頻率范圍內(nèi)都是均勻分 布的。顯然，白噪聲的功率譜密度可表示為 蹦艫譬 其中，為單邊功率譜密度，單位為（）。 根據(jù)維納一辛欽關(guān)系，可以求得白噪聲的自相關(guān)函數(shù)為： （） 尺以（）亍芴聃（ 帆緲絲仃（） 同的瞬間取值是不相關(guān)的。 （） 即白噪聲的自相關(guān)函數(shù)是位于：處、強(qiáng)度為了的沖擊函數(shù)，這表明白噪聲在任何不 確切的說，實(shí)際噪聲的功率譜密度不可能具有無限寬的帶寬，否則其平均功將是無限 大，物理上是不可能實(shí)現(xiàn)的。然而，白噪聲在數(shù)學(xué)上處理比較方便，所以在通信系統(tǒng)的分 析中有十分重要的作用。一

33、般地說，只要噪聲的功率譜密度的寬度遠(yuǎn)大于它作用的系統(tǒng)的 帶寬，并且在系統(tǒng)帶寬內(nèi)，它的功率譜密度基本上是常數(shù)，就可以作為白噪聲處理。 其次我們來討論高斯噪聲，這是通信理論中研究最成熟的一種噪聲形式。顧名思義， 這種噪聲的振幅隨機(jī)變量服從高斯分布，即 黔去等 式中 （）：隨機(jī)變量的概率密度函數(shù) ：隨機(jī)變量 仃，：的標(biāo)準(zhǔn)方差 仫， 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章基于的加性高斯白噪聲信道的研究 蠢：的方差，即二階中心矩 。：，的均值，即數(shù)學(xué)期望 從式（）看到，只要確定高斯變量的方差和均值，其概率特性就可以完全確定。因 此，對(duì)于理論分析是方便的。所以對(duì)于其他隨機(jī)變量，只要能近似成高斯噪聲的都按高

34、斯 噪聲處理。實(shí)驗(yàn)表明：這樣做引起的偏差是很小的。 從前分析可以看出，高斯噪聲和白噪聲是從兩個(gè)不同角度來說明的。通常把服從高斯 分布而功率譜密度又是均勻的噪聲稱為高斯型白噪聲。 一個(gè)隨機(jī)過程，如果它的概率特性不隨時(shí)間而變化，我們稱為平穩(wěn)隨機(jī)過程。實(shí)際上 我們所遇到的噪聲大都是平穩(wěn)的或近似平穩(wěn)的隨機(jī)過程。特別要強(qiáng)調(diào)的是：平穩(wěn)并不要求 在整個(gè)時(shí)域上，而只要在我們所要求的時(shí)段內(nèi)是平穩(wěn)的，就可以說它是平穩(wěn)的隨機(jī)過程。 這時(shí)，只要用一階矩和二階矩就能描述它的全部概率特性。 根據(jù)式（）可以計(jì)算出概率分布函數(shù)（，），它定義為 ， 巧）昂（巧）礦（）咖 （一肼） （） 將式（）代入式（）得 昂（）孺上。口可咖

35、 誤差積分的形式，列出數(shù)值表以供查用。 下面就給出變換過程： （） 然而，昂（）不能用某個(gè)基本函數(shù)表示，所以不便于實(shí)際計(jì)算，所以，常把它變換成 用變量代換，“（礦）仃；，可見，當(dāng)（常數(shù)）時(shí)，銘（常數(shù)，吉 成積分限得變換），；，代入式（），得到 乃（巧） 吖 （） 又因?yàn)?，時(shí)，材，這是名（）的中間值，即，所以式（）又可以寫為 昂（）萬(wàn)。幽了鄺砒 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章基于的加性高斯白噪聲信道的研究 了忑 幽 忑土。幽 幽 三，。幽， ，。 三礦（訓(xùn) 扣礦皤， 式中，礦。），。幽為誤差積分。 汜 傳輸方案嗍 調(diào)制方案簡(jiǎn)介 采用無線電波傳送諸如和一之類的數(shù)字信號(hào)時(shí)，最好的調(diào)制方法就是

36、根據(jù)數(shù)字信 息數(shù)據(jù)調(diào)制載波信號(hào)的頻率五?！罢{(diào)制的意義在于改變載波信號(hào)的一些特殊元素。載波 信號(hào)的表達(dá)式如下： （）萬(wàn)口） （） 其中，、和（）分別是幅度、中心頻率和載波信號(hào)的時(shí)變相位。用戶可以通過改變 式（）中的三個(gè)元素來獲得期望值，這三個(gè)元素分別為幅度、頻率和相位。根據(jù)數(shù)字 信號(hào)改變式（）的幅度，我們稱之為調(diào)制方案；此外，改變式（）中的頻率， 稱之為調(diào)制方案；最后，如果改變式（）中的相位，稱之為或者調(diào)制方案。 接下來的一小節(jié)主要介紹基于調(diào)制的數(shù)字通信方案，描述了傳輸機(jī)和接收機(jī)的基 本特征，在后面的章節(jié)中將給出仿真，并與語(yǔ)言仿真做出對(duì)比。 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章基于的加性高斯白

37、噪聲信道的研究 調(diào)制 在調(diào)制方案中，輸入的數(shù)字信號(hào)和分別直接被轉(zhuǎn)換成相位和萬(wàn)。因此， 波形信號(hào)的表達(dá)式如下： （，）。萬(wàn)七） 其中畋為信息數(shù)據(jù)序列。 （） 圖給出了信號(hào)傳輸流程圖。如圖所示，把數(shù)字信息數(shù)據(jù)和載波相乘， 就得到了信號(hào)波形。然而，對(duì)于頻率帶寬受限信道來說，必須采用額外的沖擊成形 濾波器來控制傳輸信號(hào)的形狀。因此，在信號(hào)產(chǎn)生的過程中，首先要把數(shù)字信號(hào)送 到一個(gè)沖擊成形濾波器電路中：然后通過轉(zhuǎn)換器把沖擊成形信號(hào)變換成模擬信號(hào)，再 和載波信號(hào)相乘，最后發(fā)送出去。 區(qū)因亟垂舊窄夏荊 。 （） 圖（）傳輸過程（）傳輸方案的接收過程 在接收端，接收到的信號(hào)通過一個(gè)帶通濾波器（），從而去除其中的

38、偽波。然后接 收信號(hào)再與載波頻率信號(hào)相乘，再通過轉(zhuǎn)換器把接收信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字采樣信號(hào)，最后 再通過判決電路把傳輸數(shù)字信號(hào)恢復(fù)出來。 為了最大限度的減少偽波信號(hào)的數(shù)量，通常在接收端都會(huì)使用濾波器，而最常用的一 種濾波器就是奈魁斯特（）濾波器。濾波器的頻率響應(yīng)為 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章基于的加性高斯白噪聲信道的研究 眍鄺等 汜 （） 曙 棚刊）皆鄺等 。 價(jià)等 其中，口為滾降因子，其大小決定信道帶寬。 在時(shí)域范圍內(nèi)，濾波器的一個(gè)顯著特征就是在力瓦（為整數(shù)）時(shí)取得值。 因此，當(dāng)我們把同步點(diǎn)設(shè)置在，死時(shí)就不會(huì)產(chǎn)生符號(hào)間干擾。盡管濾波器有諸多 的優(yōu)點(diǎn)，但仍有一問題：在什么時(shí)刻、什么地方用它

39、來獲得最優(yōu)的結(jié)果。參考文獻(xiàn)討 論了在環(huán)境中最優(yōu)的配置方法以最大可能的獲得同步點(diǎn)的方法。經(jīng)研究表明，使用 兩個(gè)濾波器，即傳輸濾波器與接收濾波器，將和（）有相同的分布增益，即 （）（廠），（廠）（）。其中，（）和（）為傳輸和接收濾波器的 頻率響應(yīng)： （）（廠）（） 彬一刪瓦妙瓦 。 。悱寄 比瓦 汜川 一般把該濾波器稱為均方根濾波器，其沖擊響應(yīng)（）和（）為： 寺毒咖卜口）牡囂剃卜峙）（ 如圖所示，基帶信號(hào)經(jīng)過調(diào)制（與載波信號(hào)相乘，如）后發(fā)送出去，傳輸信 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章基于的加性高斯白噪聲信道的研究 （）（）， （） 在傳輸過程中信號(hào)會(huì)產(chǎn)生多徑衰落現(xiàn)象，同時(shí)也會(huì)被干擾，所以，

40、接收端接收到的 信號(hào)可表示為 ，（）芎（彳，）圓（卜）行（） 通過比較以和可以計(jì)算出（誤碼率）。的理論值為 （） 其中，（，）為無線信道在時(shí)刻芒的沖擊響應(yīng)，（）為接收噪聲。最后恢復(fù)出信號(hào)以。 咖麗） （） 式中的毛為每個(gè)比特的能量，為噪聲功率密度。 仿真及結(jié)果分析 文件仿真 為了檢測(cè)調(diào)制的誤碼率性能，在本節(jié)中采用計(jì)算機(jī)仿真以驗(yàn)證。整個(gè)通信 的模型如圖所示。 沖擊成形濾波器（傳輸） 沖擊成形濾波器（接收） 圖計(jì)算性能的傳輸系統(tǒng)模型 下面給出仿真結(jié)果，如圖所示，從圖中可以看出，隨著信噪比（色“）的增加， 誤碼率（）也逐步的減小，直至趨近于。 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章基于的加性高斯白噪

41、聲信道的研究 圖 調(diào)制的語(yǔ)言仿真誤碼率曲線圖 接下來的一小節(jié)會(huì)給出調(diào)制方案的仿真的整體過程，為了驗(yàn)證 的性能，在不同的信噪比情況下給出其誤碼率，和語(yǔ)言仿真做出對(duì)比。 仿真結(jié)果及分析 圖給出了調(diào)制的 仿真流程圖。圖中模塊的數(shù)學(xué)模型在前面的幾小 節(jié)已經(jīng)給出，在此就不再贅述。同時(shí)，為了繪制不同信噪比的誤碼率，會(huì)在“ 模塊中改變系統(tǒng)的信噪比（），然后觀察經(jīng)“ ”模塊計(jì)算的 誤碼率的變化情況，據(jù)此則可以從“模塊中顯示相應(yīng)的誤碼率變化情況，如圖 所示。 南京郵電大學(xué)壩研究生學(xué)位論文 第章堆于的加性高斯白噪聲信道的研究 熹蔓疆 贏一些：?。禾m三爿 圖 調(diào)制 仿真流程圖 圖 調(diào)制 仿真誤碼率 從的模塊可以方便

42、的看出仿真結(jié)果，即誤碼率的顯示。在仿真 過程中可以看出：在模塊中的信噪比設(shè)置為（如圖左圖）的時(shí)候，誤碼率 己降為。和文件仿真相比，仿真直觀的多，它可以方便的觀察仿真過程中中 間值的變化情況只要把響應(yīng)的模塊輸出值輸出到界面的中，這樣 就可以更加方便的找出仿真過程中的問題所在，方便了整個(gè)仿真過程；同時(shí)，仿 真更加接近真實(shí)的系統(tǒng)，這就增加了對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的理解。 結(jié)論 在仿真過程中，每個(gè)模塊都可以表示成輸入信號(hào)“，輸出信號(hào) 以及內(nèi)部狀態(tài)之間的關(guān)系。在某個(gè)時(shí)刻，模塊的內(nèi)部轉(zhuǎn)換由兩個(gè)部分組成： 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章基于的加性高斯白噪聲信道的研究 連續(xù)狀態(tài)。和離散狀態(tài)，。，此時(shí)輸出信號(hào)兀，）

43、，連續(xù)狀態(tài)導(dǎo)數(shù) ：厶，材），離散狀態(tài)勤。厶（，“）。根據(jù)連續(xù)狀態(tài)導(dǎo)數(shù)方程進(jìn)行積分 運(yùn)算，得到各個(gè)連續(xù)狀態(tài)的數(shù)值，同時(shí)通過離散狀態(tài)方程計(jì)算離散狀態(tài)的當(dāng)前值。這樣， 就可以得到各個(gè)時(shí)刻的轉(zhuǎn)換以及輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真結(jié)果的求解。 在仿真的過程中，每個(gè)模塊的執(zhí)行過程可以分成三個(gè)階段：初始化階段、仿 真循環(huán)階段和仿真結(jié)束階段。在初始化階段，把各個(gè)模塊調(diào)入內(nèi)存，檢查模塊的 數(shù)據(jù)類型和長(zhǎng)度，設(shè)置仿真時(shí)間間隔，定制仿真模塊的執(zhí)行順序，以及內(nèi)存分配。在仿真 循環(huán)階段，按照初始化階段定制的順序依次執(zhí)行各個(gè)模塊，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的離散 狀態(tài)和輸出信號(hào)，以及小步長(zhǎng)積分的方式計(jì)算各個(gè)連續(xù)狀態(tài)的數(shù)值以及由此產(chǎn)生的輸出。 這個(gè)

44、過程一直持續(xù)到仿真結(jié)束，然后進(jìn)入仿真結(jié)束階段，清理各種已經(jīng)分配的資 源，同時(shí)保存仿真過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。 本文給出了基于在通信系統(tǒng)中的建立動(dòng)態(tài)的、實(shí)時(shí)的仿真模型的探討， 并且在最后的運(yùn)行和結(jié)果分析中論證了在仿真模型的正確性，在利用對(duì)通信系統(tǒng) 進(jìn)行仿真時(shí)，對(duì)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了分析，得到了較好的驗(yàn)證。 總結(jié) 在這一章中，我們給出了的動(dòng)態(tài)的、實(shí)時(shí)的仿真圖形，結(jié)合仿真，利 用了一些里面自帶的一些仿真結(jié)果觀察的模塊，很好的觀察了仿真過程中結(jié)果的 演變過程，并且取得了理想的效果，表明對(duì)這類模型具有很好的仿真功能。本人 也對(duì)其中的算法利用文件進(jìn)行過仿真，結(jié)合作者在兩種仿真過程中遇到的問題，給出了 以下幾點(diǎn)說明。 （）

45、在對(duì)模型的理解方面，利用文件進(jìn)行模型的仿真只要理解了模型本身都可以進(jìn) 行仿真。在時(shí)序方面，文件進(jìn)行的仿真可以完全按照模型中的時(shí)序。而利用進(jìn) 行仿真，必須更加深入的了解模型以及其中的時(shí)序。 （）利用進(jìn)行仿真可能有時(shí)候?yàn)榱朔抡娲罱K的需要，需要對(duì)算法或者是 模型進(jìn)行一定程度的修改，比如這種對(duì)其進(jìn)行的仿真就是完全按照作者修改以后的模型進(jìn) 行的仿真。 （）對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的仿真，利用中自帶的結(jié)果觀察和顯示模塊，可以比利用 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章基于的加性高斯白噪聲信道的研究 文件更加方便的在仿真過程中對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和觀察，上面已經(jīng)給出了明顯的觀察效果。 利用文件編程對(duì)中間結(jié)果的顯示和觀察比

46、較煩瑣，可能還需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的修改和重新仿 真。比如在對(duì)上面?zhèn)€數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真的結(jié)果分析時(shí)，其中進(jìn)行到任何小于的結(jié) 果都顯示在模塊當(dāng)中。所以在對(duì)動(dòng)態(tài)的，實(shí)時(shí)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，要明顯優(yōu)于 語(yǔ)言，這也是最大的優(yōu)點(diǎn)所在。 （）利用進(jìn)行仿真最大的難點(diǎn)不是在于對(duì)模塊本身的含義，而在于對(duì)每一個(gè) 模塊里面的參數(shù)設(shè)置的問題，在這點(diǎn)解決上，我們可以閱讀里面自帶的文件，如果還 不能理解，就可以搭建很簡(jiǎn)單的模型，把這個(gè)模塊帶進(jìn)去，仿真的進(jìn)行輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù) 據(jù)的觀察就能真正的了解這個(gè)模塊的具體含義了。這點(diǎn)也正是在本文作者在仿真過程中了 解模塊用到的方法，因?yàn)樵趪?guó)內(nèi)還沒有對(duì)里面每個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)介紹的書籍。例 如上文用到的錯(cuò)誤

47、率統(tǒng)計(jì)模塊（ ）。 （）在學(xué)習(xí)過程中，利用對(duì)通信系統(tǒng)或者信號(hào)處理系統(tǒng)的仿真也要明顯的優(yōu) 于文件的仿真。它是圖形化的操作畫面，可以更好的仿真系統(tǒng)的內(nèi)部功能，因?yàn)橄到y(tǒng)的 每項(xiàng)功能基本都對(duì)應(yīng)于里面的一個(gè)模塊或一個(gè)子系統(tǒng) 隨著中的集成化越來越高，模塊庫(kù)的越來越豐富，并且自 身的優(yōu)點(diǎn)，有理由相信，利用會(huì)得到越來越廣泛的推廣。而本文所做的工作也就 是在基于導(dǎo)師研究的課題上，著重的利用對(duì)通信系統(tǒng)中的模型進(jìn)行了一定的探討 和研究。 有許多可以進(jìn)一步研究的方向，如： 能夠從模 型中生成可定制代碼及獨(dú)立的可執(zhí)行程序；與其它高級(jí)語(yǔ)言之間的接口問題。文 獻(xiàn)一就是介紹與其它高級(jí)語(yǔ)言之間的接口問題以及具體處理的問題和方

48、法，如，等。文獻(xiàn)就是介紹與 生 成可定制代碼及獨(dú)立的可執(zhí)行程序的具體應(yīng)用等，在這些方面，的仿真模型將產(chǎn) 生巨大的實(shí)際應(yīng)用。 南京郵電大學(xué)碩士論文 第三章基于的衰落信道分析及仿真研究 第三章基于 的衰落信道仿真及研究 本章在對(duì)移動(dòng)無線信道理論物理模型和數(shù)學(xué)模型分析的基礎(chǔ)上，提出了本文中的移動(dòng) 無線信道特性仿真模型的設(shè)計(jì)思想以及具體的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，并對(duì)仿真模型結(jié)構(gòu)中各個(gè)參數(shù)模 塊進(jìn)行了分析。 上一章利用構(gòu)造出在干擾下通信系統(tǒng)仿真模型，這一章將給 出基于幀處理的信道的通信系統(tǒng)仿真模型，同時(shí)給出仿真結(jié)果并加以分析。 無線移動(dòng)通信信道概述 移動(dòng)通信與固定通信的不同在于通信時(shí)電臺(tái)所處的環(huán)境是移動(dòng)的，因此移動(dòng)通

49、信信道 是影響無線通信系統(tǒng)性能的一個(gè)基本因素。發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的傳播路徑非常復(fù)雜，從 簡(jiǎn)單的視距傳播到各種復(fù)雜的具有各種各樣障礙物的發(fā)射、折射和散射的路徑，無線信道 的傳播特性具有極度的隨機(jī)性。同時(shí)，隨著發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間距離的不斷增加而引起電 磁波強(qiáng)度的衰減，而且移動(dòng)臺(tái)相對(duì)于發(fā)射臺(tái)移動(dòng)的速度和方向也對(duì)接收信號(hào)有很大的影 響。因此模擬無線信道一直是移動(dòng)無線設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)，對(duì)移動(dòng)信道的研究只能在統(tǒng)計(jì)意 義上來進(jìn)行。 復(fù)雜、惡劣的傳播環(huán)境是移動(dòng)信道最主要的特征，這是由在移動(dòng)中進(jìn)行無線通信這一 方式本身所決定的。對(duì)于移動(dòng)通信來說，惡劣的通信信道是不可回避的問題。與其它通信 信道相比，無線移動(dòng)信道是

50、最復(fù)雜的一種。在移動(dòng)無線信道中，信號(hào)強(qiáng)度的驟然降低即所 謂的衰落是經(jīng)常發(fā)生的，衰落深度可達(dá)。一輛快速行駛車輛上的移動(dòng)臺(tái)的接收信號(hào)在 一秒鐘之內(nèi)的顯著衰落可達(dá)數(shù)十次。這種衰落現(xiàn)象嚴(yán)重惡化接收信號(hào)的質(zhì)量，影響通信的 可靠性。要在這樣的傳播條件下保持可以接受的傳輸質(zhì)量，就必須采用各種技術(shù)措施來抵 消衰落的不利影響。各種抗衰落技術(shù)都是針對(duì)移動(dòng)通信的信道特點(diǎn)而產(chǎn)生的，包括分集、 擴(kuò)頻、均衡、交織和糾錯(cuò)編碼等。另外，信號(hào)的傳輸方式，如調(diào)制方式，對(duì)信道的衰落也 要有一定的適應(yīng)能力。 由于多徑效應(yīng)和多普勒效應(yīng)的存在，接收信號(hào)會(huì)產(chǎn)生衰落失真，即信號(hào)經(jīng)過短時(shí)間或 短距離傳播后其幅度快速變化，以致大尺度路徑損耗的影

51、響可以忽略不計(jì)。因?yàn)?，這種信 號(hào)的衰落發(fā)生在幾秒內(nèi)或很短的距離中，所以我們稱之為小尺度衰落。其表現(xiàn)如下： （）即使移動(dòng)接收機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，接收信號(hào)也會(huì)由于無線信道所處環(huán)境中的物 南京郵電大學(xué)碩士論文 第三章基于的衰落信道分析及仿真研究 體的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生衰落。 （）基站與移動(dòng)臺(tái)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)使每個(gè)多徑分量產(chǎn)生不同的多普勒頻移，從 而引起接收信號(hào)的隨機(jī)頻率調(diào)制。 （）多徑傳播時(shí)延引起的擴(kuò)展。 多徑信道的沖擊響應(yīng)模型 沖激響應(yīng)是一種寬帶信道特征，它包含了所有用于模擬和分析信道無線傳播的信息， 可以用來預(yù)測(cè)和比較許多不同移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能，以及對(duì)一個(gè)特定的移動(dòng)信道條件預(yù)測(cè) 和比較發(fā)射帶寬。移動(dòng)通信中的

52、信道是線性時(shí)變的，可以用具有時(shí)變沖激響應(yīng)特性的線形 濾波器來描述。 定義辦（，）為時(shí)變多徑無線傳輸信道沖激響應(yīng)們： 一 （，）口如，）（。）仍（，）（心） （） 式中，表示接收臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)間變化，表示對(duì)固定時(shí)刻的信道多徑時(shí)間延遲；（，）， （）分別在時(shí)刻第個(gè)多徑分量的實(shí)際幅度和附加時(shí)延。礬乃（）仍（，）表示第 個(gè)多徑分量在自由空間傳播造成的相移，再加上在信道中的附加相移。 （，）完全表征了信道的特性，它同時(shí)是和的函數(shù)。因此，接收信號(hào)（）可以表 示為發(fā)送信號(hào)（）與時(shí)變信道沖激響應(yīng)的卷積，即： ，（）（）（，） 移動(dòng)多徑信道參數(shù) 信道特性參數(shù)是指對(duì)信號(hào)傳輸具有重大影響的參數(shù)，包括下面幾個(gè)方面： 時(shí)延擴(kuò)

53、展與相干帶寬 多徑傳播導(dǎo)致信號(hào)到達(dá)時(shí)間的延遲擴(kuò)展，可直觀的用最大延遲艤來表征。若令氣為 第個(gè)路徑的時(shí)延，為直達(dá)波的路徑時(shí)延，則有。因此是隨機(jī)變量， 南京郵電大學(xué)碩士論文 第三章基于的衰落信道分析及仿真研究 多徑傳播的時(shí)間延遲擴(kuò)展可用統(tǒng)計(jì)的方法得到平均延遲及標(biāo)準(zhǔn)差盯，并以標(biāo)準(zhǔn)差礦，來 表征時(shí)延擴(kuò)展。若時(shí)間時(shí)延的概率密度為（），則： （）如 （） 盯；（一）（） （） 統(tǒng)計(jì)參量盯，的物理意義在于它表征時(shí)延擴(kuò)展（對(duì)平均時(shí)延）的離散程度，時(shí)延擴(kuò) 。信道相干帶寬是表征載波頻率不 可與相干帶寬色建立一定的關(guān)系，有尻荔 同的信號(hào)其包絡(luò)衰落的相關(guān)性，它反映信道的時(shí)間分布，它是這樣一個(gè)頻率范圍的統(tǒng)計(jì)量： 在這個(gè)

54、頻率區(qū)域內(nèi)，信道沖激響應(yīng)可以被認(rèn)為是平坦的（），即能以近似相同的增益和 線性相位通過所有的譜分量。相干帶寬的物理意義在于：為保證信號(hào)的傳輸，信號(hào)的頻譜 應(yīng)處在相干帶寬之內(nèi)；若為使信號(hào)的衰落具有獨(dú)立性，信號(hào)的頻譜應(yīng)處在相干帶寬之外。 時(shí)延擴(kuò)展仃。與相干帶寬反是用于描述本地信道時(shí)間色散特性的參數(shù)引，但都沒有 能反映出由移動(dòng)臺(tái)與基站之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)或者信道中的物體移動(dòng)所引起的信道的時(shí)變特性， 這必須由多普勒擴(kuò)展與相干時(shí)間疋兩個(gè)參數(shù)來表征。 多普勒（）擴(kuò)展與相干時(shí)間 時(shí)延擴(kuò)展與相干帶寬是用于描述本地信道時(shí)間色散特性的兩個(gè)參數(shù)。然而，它們并沒 有提供描述信道時(shí)變特性的信息。這種時(shí)變特性或是由移動(dòng)臺(tái)和基站之間

55、的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起 的，或者是由信道路徑中的物體的運(yùn)動(dòng)所引起的。多普勒擴(kuò)展和相關(guān)時(shí)間就是描述信道時(shí) 變特性的兩個(gè)參數(shù)。 多普勒擴(kuò)展曰是譜展寬的測(cè)量值，這個(gè)譜展寬是移動(dòng)無線信道的時(shí)間變化率的一種 量度。多普勒擴(kuò)展定義為一個(gè)頻率范圍，在此范圍內(nèi)接收的信號(hào)有非多普勒擴(kuò)散。當(dāng)發(fā) 送頻率為正的正弦信號(hào)時(shí)，由于多普勒頻移的作用，接收信號(hào)的頻譜在六一厶至五厶之 間變化，其中厶為多普勒頻移。譜展寬依賴于以，厶是移動(dòng)臺(tái)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度、移動(dòng)臺(tái) 運(yùn)動(dòng)方向與散射波入射方向之間夾角秒的函數(shù)。如果基帶信號(hào)帶寬遠(yuǎn)大于，則在接收端 南京郵電大學(xué)碩士論文 第三章基于的衰落信道分析及仿真研究 可忽略多普勒頻移的影響。 厶，。秒 （）

56、 其中，力為載波長(zhǎng)，為運(yùn)動(dòng)速度，厶云為最大多普勒（）頻移。 信道相干時(shí)間正是多普勒擴(kuò)展在時(shí)域的表示，用于在時(shí)域描述信道頻率色散的時(shí)變特 性，互與多普勒擴(kuò)展成反比，即 瓦去 ， 信道的相干時(shí)間是信道沖擊響應(yīng)維持不變的時(shí)間間隔的統(tǒng)計(jì)平均值。換句話說，相干時(shí)間 就是指一段時(shí)間間隔，在此間隔內(nèi)，兩個(gè)到達(dá)的信號(hào)有很強(qiáng)的幅度相關(guān)性。如果基帶信號(hào) 帶寬的倒數(shù)大于信道的相干時(shí)間，那么傳輸中基帶信號(hào)可能發(fā)生變化，導(dǎo)致接收機(jī)解碼失 真。 多徑衰落信道的統(tǒng)計(jì)模型 目前已經(jīng)建立了許多多徑模型，用以說明移動(dòng)信道的觀測(cè)統(tǒng)計(jì)特性。模型是基 于入射波與建筑物表面隨機(jī)分布的反射波相互干涉的現(xiàn)象而提出的，模型預(yù)測(cè)的平 坦衰落功率

57、譜與市區(qū)外的相一致。但該模型假設(shè)了在發(fā)送機(jī)與接收機(jī)之間存在一條直視通 路，反射角度局限于一個(gè)嚴(yán)格的范圍內(nèi)。然而，市區(qū)里的直視通路幾乎都被建筑物或其他 障礙物擋住了，所以模型不適用于市區(qū)環(huán)境，通常使用的是基于散射波提出的 模型和模型，在本論文中主要考慮模型。 衰落信道 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，移動(dòng)天線接收到許多的反射散射波。由于不同的路徑長(zhǎng)度、隨機(jī) 的相位，因此，接收的功率為個(gè)隨機(jī)變量。假設(shè)載波未經(jīng)調(diào)制，頻率為國(guó)。的信號(hào)通過了 許多路徑到達(dá)接收機(jī)，第條路徑的幅度為，相位為么。如果假設(shè)不存在直達(dá)路徑成分， 則接收到的信號(hào)，（）可表示為： 南京郵電大學(xué)碩士論文 第三章基于的衰落信道分析及仿真研究 （）口，

58、（）。諺） （） 其中，為路徑數(shù)。相位唬取決于不同的路徑長(zhǎng)度，當(dāng)路徑長(zhǎng)度改變一個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，相位破 就改變。因此，相位在，上呈均勻分布。當(dāng)發(fā)送方和接收方之間有相對(duì)的移動(dòng) 時(shí)，等式（）就應(yīng)當(dāng)包括有由移動(dòng)導(dǎo)致的頻移和相移所產(chǎn)生的影響。假設(shè)第條路徑幅度 為、相位為辦的反射波到達(dá)接收機(jī)，其運(yùn)動(dòng)方向與天線之間的夾角為，該反射波的 多普勒頻移由下式： 上沙 坐沙 （） （） 其中，為移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度，為光速（ ），在，上呈均勻分布， 于是接收到的信號(hào)，（）可表示如為： ，（）口，（）。，么） 可將上式表示為如下形式： ，（）（） 。（） 其中： （） （） ）口 （）曲辦） （） （） （西辦） 所以包絡(luò)可表

59、示為： （） 面而習(xí)甄萬(wàn) 當(dāng)）各分量應(yīng)具有隨機(jī)相位和近似相等的功率； ）相位在，內(nèi)隨機(jī)均勻分布； （） ），接收信號(hào)包絡(luò)的概率密度函數(shù)（）糾成分布。 （）考一萬(wàn)），。 （） 南京郵電大學(xué)碩士論文 第三章基于的衰落信道分析及仿真研究 其中，仃為信號(hào)的平均功率。 迄今為止，已經(jīng)有很多仿真模型以及仿真器對(duì)多徑衰落信道進(jìn)行仿真和分 析。其中主要的有平坦衰落的模型、傳統(tǒng)的模型以及對(duì)模型進(jìn)行了改進(jìn) 的模型等等。這里，我們將主要介紹的是模型以及其改進(jìn)模型，因?yàn)閷?duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn) 行仿真時(shí)，其中的多徑小尺度衰落模塊我們主要用的是改進(jìn)的模型。 模型 在文獻(xiàn)刀中提出了一種簡(jiǎn)單的產(chǎn)生多徑衰落的模型，該模型構(gòu)造了復(fù) 低通接

60、收信號(hào)的包絡(luò)，該信號(hào)在全向散射的情況下經(jīng)過一平穩(wěn)的非頻率選擇性移動(dòng)衰落信 道，這個(gè)時(shí)候假設(shè)了不存在直達(dá)路徑。 衰落信道仿真器的輸出為 ： （，） （月丸） （） 其中，厶是載波的幅度，巴為第刀條路徑衰減的隨機(jī)變量，彳療表示的是第條路徑與接 收機(jī)移動(dòng)方向之間夾角的隨機(jī)變量，丸表示的是第條相移的隨機(jī)變量，為載波頻率， 冊(cè)為最大多普勒頻移，且塒，以，為接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度，以為載波波長(zhǎng)。 為了改進(jìn)其仿真器模型，減少低頻振蕩器的個(gè)數(shù)，作出了如下的假設(shè)： 嘉，咒， 小等，刪一” 文獻(xiàn)中給出衰落信道的仿真器模型結(jié)構(gòu)，如下圖所示： （） （） （） 南京郵電大學(xué)碩士論文 第三章基于的衰落信道分析及仿真研究 圖