畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）MQAM調(diào)制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)

1、（輸入章及標(biāo)題） 燕山大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）mqam調(diào)制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn) 學(xué)院（系）里仁學(xué)院 年級(jí)專業(yè) 04級(jí)電子信息工程 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 答辯日期 2008.06.22 ii 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要多電平正交振幅調(diào)制(multilevel quadrature amplitude modulation)是一種具有高頻譜利用率的調(diào)制技術(shù)。simulink提供了用方框圖進(jìn)行建模仿真的圖形接口，它的存在使matlab的功能得到進(jìn)一步的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了可視化的建模仿真及多工作環(huán)境間文件互用和數(shù)據(jù)交換，讓理論研究和工程實(shí)現(xiàn)有機(jī)地結(jié)合在一起。本文利用matlab自定義的m函數(shù)實(shí)現(xiàn)mqa

2、m調(diào)制功能，更加直觀的展示出mqam調(diào)制的基帶星座圖。使用matlab的動(dòng)態(tài)仿真工具simulink對(duì)所建立的通信系統(tǒng)仿真模型進(jìn)行仿真分析。該次設(shè)計(jì)主要采用的模型庫(kù)是通信系統(tǒng)工具-communication blockset，使用命令進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果在運(yùn)行的同時(shí)通過(guò)圖形窗口顯示出不同信噪比對(duì)應(yīng)的誤碼率，從而衡量mqam通信系統(tǒng)的性能。關(guān)鍵詞多進(jìn)制正交振幅調(diào)制；matlab語(yǔ)言；simulink動(dòng)態(tài)仿真ivabstractmulti-level quadrature amplitude modulation is a high utilization of the spectrum modul

3、ation technique. simulink provides a block diagram for modeling and simulation with the graphics interface, its existence enabled matlab the function to obtain the further expansion, has realized between the visualization modelling simulation and the multi-working conditions the document uses mutual

4、ly with the data exchange, let the fundamental research and the project realizes organically unifies in together.this article uses matlab to realize the mqam modulation function from the definition m function, more direct-viewing demonstration mqam modulation baseband constellation. uses matlab dyna

5、mic simulation tool simulink for the communications system simulation model which establishes to carry on the simulation analysis. this design mainly uses the model base is the communications system tool-communication blockset, the use order carries on the simulation, the simulation result demonstra

6、tes the different signal-to-noise ratio correspondence during movement through the graph window the error rate, thus weighs the mqam communications system's performance.keywords multiple system quadrature amplitude modulation； matlab language； smulink dynamic simulation目錄摘 要iabstractii第1章 緒論11.1

7、 課題背景11.1.1 個(gè)人通信的發(fā)展11.1.2 mqam的發(fā)展背景31.2 本論文的內(nèi)容及論文安排4第2章 個(gè)人通信系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)52.1 引言52.1.1 個(gè)人通信的本質(zhì)52.1.2 個(gè)人通信的四要素52.2 個(gè)人通信的技術(shù)基礎(chǔ)62.3 個(gè)人通信的無(wú)線接入部分的系統(tǒng)組成72.4 個(gè)人通信網(wǎng)的演進(jìn)72.5 調(diào)制/解調(diào)技術(shù)82.5.1 調(diào)制技術(shù)的主要分類82.5.2 解調(diào)技術(shù)的主要分類82.5.3 mqam技術(shù)的應(yīng)用92.6 本章小結(jié)12第3章 matlab及其simulink通信仿真133.1 matlab概述133.1.1 simulink簡(jiǎn)介133.1.2 simulink的特點(diǎn)1

8、43.2 通信仿真153.2.1 通信仿真的一般步驟153.3 本章小結(jié)18第4章 qam調(diào)制的計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)194.1 正交幅度調(diào)制(qam)概述194.2 mqam的實(shí)現(xiàn)194.3 正交幅度調(diào)制(16qam)在awgn信道傳輸224.3.1 信源模塊隨機(jī)整數(shù)產(chǎn)生器(random integer generator)224.3.2 信號(hào)的調(diào)制/解調(diào)模塊基帶矩形正交幅度調(diào)制244.3.3 信道模塊加性高斯白噪聲信道(awgn channel)264.3.4 信宿模塊錯(cuò)誤率統(tǒng)計(jì)(error rate calculation)264.4 qam調(diào)制的仿真圖形294.5 仿真運(yùn)行命令294.6 mq

9、am的優(yōu)點(diǎn)304.7 本章小結(jié)31結(jié)論32參考文獻(xiàn)33致謝34附錄1i附錄2v附錄3viii附錄4xxv燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第1章 緒論1.1 課題背景通信按照傳統(tǒng)的理解就是信息的傳輸。在當(dāng)今高度信息化的社會(huì)，信息和通信已成為現(xiàn)代社會(huì)的“命脈”通信作為傳輸信息的手段或方法，與傳感技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)相互融合，已成為21世紀(jì)國(guó)際社會(huì)和世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)大推動(dòng)力?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái)的通信對(duì)人們的生活方式和社會(huì)的發(fā)展將會(huì)產(chǎn)生更加重大和意義深遠(yuǎn)的影響。個(gè)人通信是人類通信的最高目標(biāo)，它是用各種可能的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)任何人在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)與任何人進(jìn)行任何種類的信息交換。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線個(gè)人通信，工業(yè)界、學(xué)

10、術(shù)界和各種標(biāo)準(zhǔn)化組織都在進(jìn)行著廣泛深入的研究和探討。目前，邁向個(gè)人通信這一目標(biāo)的主要系統(tǒng)有：低功率系統(tǒng)、數(shù)字蜂窩系統(tǒng)、移動(dòng)通信系統(tǒng)、無(wú)線lan/wan、專用移動(dòng)無(wú)線電和尋呼系統(tǒng)等1。1.1.1 個(gè)人通信的發(fā)展 移動(dòng)通信(mobile communication)可以說(shuō)是目前通信領(lǐng)域發(fā)展最快的一部分?，F(xiàn)在的移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)際上是機(jī)器與機(jī)器之間的通信，也就是說(shuō)，現(xiàn)在的通信是手機(jī)和手機(jī)之間(2g,3g)，或是電腦和電腦之間的(internet)，而用戶真正需要的是人與人之間的通信10。個(gè)人移動(dòng)通信系統(tǒng)是搭建在現(xiàn)有的通信系統(tǒng)之上的，它在物理的通信層上構(gòu)建一個(gè)抽象的個(gè)人通信層。個(gè)人通信層就是把人與人的通信

11、需求轉(zhuǎn)換為機(jī)器與機(jī)器之間的通信，新的終端設(shè)備的大量采用和寬帶信息交換及傳輸?shù)娜找嬖龆?，?duì)通信網(wǎng)的傳輸容量、速率和帶寬提出了更高的要求。由傳輸、交換、終端等硬件設(shè)備和相應(yīng)的體制標(biāo)準(zhǔn)等軟件構(gòu)成的通信網(wǎng)必將迅速向數(shù)字化、綜合化、寬帶化、智能化和個(gè)人化方向發(fā)展7。(1)數(shù)字化 早期的通信網(wǎng)完全是模擬的，電話用戶終端設(shè)備產(chǎn)生的是模擬信號(hào)，用戶線和中繼線所傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，交換機(jī)接續(xù)的也是模擬信號(hào)。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，中繼線首先采用了數(shù)字傳輸，它有許多優(yōu)點(diǎn)：如再生誤碼少，傳輸距離遠(yuǎn)，易于復(fù)用(時(shí)分多路)，易于加密等。數(shù)字傳輸首先被引入到中繼傳輸中的原因是傳輸距離遠(yuǎn)、話路傳輸質(zhì)量?jī)?yōu)；其次，數(shù)字交換除能免除多

12、次調(diào)制、解調(diào)外，還具有便于數(shù)字計(jì)算機(jī)控制、速度快、可靠性高、便于模塊設(shè)計(jì)、配置靈活、易于擴(kuò)充等許多優(yōu)點(diǎn)。(2)綜合化 市話交換機(jī)可以通過(guò)數(shù)字環(huán)繞線連接數(shù)字電話、計(jì)算機(jī)終端、圖像終端等幾種不同的終端，形成綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(isdn)。isdn可將電話、電報(bào)、傳真、數(shù)據(jù)、圖像、電視廣播等業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)用數(shù)字程控交換機(jī)和光纖傳輸系統(tǒng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)信息收集、傳遞、處理和控制一體化，提供比電話網(wǎng)傳輸速度更快、容量更大、質(zhì)量更高的信息通道。(3)寬帶化 隨著通信業(yè)務(wù)種類的增加，要求能提供相應(yīng)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)也要增加，從而取代已有的電話網(wǎng)、電報(bào)網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)。21世紀(jì)的通信網(wǎng)應(yīng)是能提供各種電信業(yè)務(wù)并綜合了傳輸和交

13、換、具有巨大通信能力的寬帶isdn。寬帶網(wǎng)是為適應(yīng)傳送寬帶業(yè)務(wù)的需要而產(chǎn)生的。寬帶業(yè)務(wù)指的是高清晰電視、高速數(shù)據(jù)、高保真度音頻信號(hào)等。寬帶網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)主要有寬帶交換、寬帶傳輸、用戶光纖傳輸?shù)取?4)智能化 智能是指在電信網(wǎng)中引入更多的智能特性，即該網(wǎng)絡(luò)將有更大的業(yè)務(wù)應(yīng)變能力，隨時(shí)向用戶提供各類所需的業(yè)務(wù)，并能對(duì)網(wǎng)絡(luò)的資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。智能網(wǎng)將改變傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，把網(wǎng)中的交換部分和業(yè)務(wù)控制部分分開，由不同的單元加以完成。智能網(wǎng)將用一些功能組件構(gòu)成不同電信業(yè)務(wù)的支撐平臺(tái)，如果用戶需要增加新的業(yè)務(wù)或者改變業(yè)務(wù)的類型時(shí)，不需改變交換部分，只要改變業(yè)務(wù)控制點(diǎn)中的業(yè)務(wù)邏輯。(5)個(gè)人化 “個(gè)人通信”要求在

14、任何時(shí)間、任何地點(diǎn)與任何人進(jìn)行各種業(yè)務(wù)(如話音、數(shù)字、視頻等)的通信，是為屬于個(gè)人的終端提供廣泛的移動(dòng)性，把服務(wù)到家推向服務(wù)到人。個(gè)人通信帶有更大的靈活性，涉及到更多的新技術(shù)，它的實(shí)現(xiàn)意味著通信進(jìn)入了新的發(fā)展階段。個(gè)人通信的概念在移動(dòng)通信概念的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了飛躍。在個(gè)人通信系統(tǒng)中，用戶走到何處，網(wǎng)絡(luò)就會(huì)將該用戶的電信業(yè)務(wù)提供到距其最近的終端上。它打破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，用戶、終端、網(wǎng)絡(luò)接口一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)論何時(shí)何地使用任一固定或移動(dòng)終端，均能和任何人建立全時(shí)空的信息交換。無(wú)線個(gè)人通信系統(tǒng)必須能夠提供現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)(含isdn)中的絕大部分業(yè)務(wù)，即來(lái)自各種信源(語(yǔ)音、傳真、低速和高速數(shù)據(jù))，具有

15、不同特征(數(shù)據(jù)率、激活因子、突發(fā)性)和不同質(zhì)量(誤比特率)要求的多媒體業(yè)務(wù)。其最高業(yè)務(wù)速率要達(dá)到2mbit/s。個(gè)人通信的發(fā)展，應(yīng)使每個(gè)用戶自由地享用自己所選擇的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)(如話音、e-mail、觀看娛樂(lè)節(jié)目等)，并且可以自由的構(gòu)造和生成自己所需的業(yè)務(wù)。高頻譜效率高性能的調(diào)制解調(diào)技術(shù)是開發(fā)個(gè)人通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。個(gè)人通信系統(tǒng)的無(wú)線覆蓋將采樣宏小區(qū)和微小區(qū)共存的方式。在不同的蜂窩半徑和應(yīng)用環(huán)境下，移動(dòng)信道將呈現(xiàn)不同的衰落特性。對(duì)于半徑較小的微小區(qū)或微微小區(qū)，由于存在很強(qiáng)的直射波，信道條件較好，頻譜利用率較高的正交振幅調(diào)制(qam)及其變型就成為合適的調(diào)制解調(diào)方式，越來(lái)越引

16、起人們的重視。1.1.2 mqam的發(fā)展背景 實(shí)現(xiàn)通信的方式和手段很多，如手勢(shì)、語(yǔ)言、旌旗、消息樹、烽火臺(tái)和擊鼓傳令，以及現(xiàn)代社會(huì)的電報(bào)、電話、廣播、電視、遙控、遙測(cè)、因特網(wǎng)、數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)通信等，這些都是消息傳遞的方式和信息交流的手段。1837年莫爾斯發(fā)明的有線電報(bào)開創(chuàng)了利用電傳遞信息(即電信)的新時(shí)代。這種通信是利用導(dǎo)線中電流的有、無(wú)來(lái)區(qū)別“信號(hào)”和“空號(hào)”，并利用信號(hào)和空號(hào)的長(zhǎng)短來(lái)進(jìn)行電報(bào)符號(hào)的編碼，這亦是數(shù)字通信的發(fā)展。當(dāng)電磁感應(yīng)現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)后；1876年貝爾利用電磁感應(yīng)原理發(fā)明了電話機(jī)，從而使人們可以直接利用導(dǎo)線上電流的強(qiáng)弱來(lái)傳送信號(hào)，這是由數(shù)字通信發(fā)展為模擬通信；1918年，調(diào)幅無(wú)線電

17、廣播、超外差接收機(jī)問(wèn)世；1936年，商業(yè)電視廣播電視開播在實(shí)踐中，人們發(fā)現(xiàn)正弦波易于生產(chǎn)和控制，在20世紀(jì)初期就出現(xiàn)了代表消息的信號(hào)去控制高頻正弦振幅的調(diào)制方式，這是最早出現(xiàn)的調(diào)幅方式(am制)。它的出現(xiàn)使通信呈現(xiàn)了新的局面，該方式不僅可以傳送語(yǔ)音，還可以傳送音樂(lè)和圖像，這種am通信方式使點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信發(fā)展到點(diǎn)到面(如廣播)通信。但是調(diào)幅制傳送信號(hào)容易受到噪聲的干擾，使信號(hào)失真，影響通信的質(zhì)量。1936年，發(fā)明了抗干擾能力較強(qiáng)的調(diào)頻技術(shù)(fm)，進(jìn)一步推動(dòng)了移動(dòng)通信的發(fā)展，同時(shí)，am制和fm制的應(yīng)用標(biāo)志著20世紀(jì)30年代是世界上模擬通信的興旺時(shí)期。從1928年奈奎斯特定理的提出到1937年瑞維斯發(fā)

18、明脈沖編碼調(diào)制(pcm)通信，通信技術(shù)由頻分復(fù)用(fdm)發(fā)展到時(shí)分復(fù)用(tdm)，由模擬通信發(fā)展到數(shù)字通信。利用數(shù)字通信，進(jìn)一步提高了抗干擾能力，但由于當(dāng)時(shí)器件的限制，未能實(shí)現(xiàn)，直到晶體管出現(xiàn)后，1950年貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出實(shí)用的pcm設(shè)備，極大地促進(jìn)了通信技術(shù)的新發(fā)展。隨著數(shù)字通信的發(fā)展，傳碼率的提高使已調(diào)信號(hào)頻帶更寬。為了在一定的傳碼率時(shí)，傳輸更多的數(shù)字信息，且保證足夠小的誤碼指標(biāo)，在二進(jìn)制數(shù)字技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了多種改進(jìn)型數(shù)字調(diào)制技術(shù)。 一個(gè)二進(jìn)制碼元按規(guī)定是含有1bit的信息量，而一個(gè)m進(jìn)制的碼元含有的信息量為cbit，()，如果用m 進(jìn)制的數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波的幅度、頻率和相位進(jìn)行調(diào)制，

19、可獲得m 進(jìn)制的ask、fsk、和psk信號(hào)，分別為mask、mfsk和mpsk。在信道傳碼率相同的條件下，采用多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制能使數(shù)字通信系統(tǒng)的傳信率比用二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制提高c倍，即為相同的系統(tǒng)的c分之一，這樣，即減少了已調(diào)信號(hào)占用的信道帶寬，又增加了信道傳輸?shù)臄?shù)字通信路數(shù)。在普通的多進(jìn)制鍵控體制中，相位鍵控的帶寬和功率占用方面都具有優(yōu)勢(shì)，即帶寬占用小和比特信噪比要求低。因此，mpsk和mdpsk體制為人們所喜歡。但是，在mpsk體制中，隨著m的增大，相鄰相位的距離逐漸減小，使噪聲容限隨之減少，誤碼率難以保證。為了改善在m大時(shí)的噪聲容限，發(fā)展出了qam體制。改進(jìn)型的正交振幅調(diào)制(qam)選擇信號(hào)

20、的不同振幅和不同相位進(jìn)行不同的組合和安排，既調(diào)幅又調(diào)相。多進(jìn)制正交振幅調(diào)制方式mqam具有很高的頻譜利用率，而且在調(diào)制的進(jìn)制較高時(shí)，信號(hào)矢量集的分布也比較合理，便于實(shí)現(xiàn)。于是，近年來(lái)，在中、大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)中大量地采用多進(jìn)制正交振幅調(diào)制mqam載波鍵控方式2。1.2 本論文的內(nèi)容及論文安排本文主要對(duì)16qam的調(diào)制解調(diào)過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)作了詳細(xì)的介紹，對(duì)其基帶星座圖作了一定的分析。并且利用simulink對(duì)其進(jìn)行了仿真，改變信道參數(shù)觀察其誤碼率的改變。主要從以下幾部分逐步引入：首先從介紹個(gè)人通信中的調(diào)制解調(diào)技術(shù)入手，介紹16qam的主要優(yōu)點(diǎn)，調(diào)制解調(diào)過(guò)程的分析。然后對(duì)實(shí)現(xiàn)16qam計(jì)算

21、機(jī)仿真所用的matlab及simulink作了簡(jiǎn)要的介紹，從而方便的實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真。最后，對(duì)16qam的實(shí)現(xiàn)作了詳細(xì)的分析，利用simulink進(jìn)行仿真時(shí)的參數(shù)設(shè)置給予了重點(diǎn)介紹。到此，16qam的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)有了初步的模型。 第2章 個(gè)人通信系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)技術(shù) 2.1 引言個(gè)人通信(personal communications)是指任何人在任何時(shí)間和任何地點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)與任何人進(jìn)行任何種類的信息交換。個(gè)人通信網(wǎng)是在現(xiàn)代固定電信網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)和智能網(wǎng)基礎(chǔ)上的發(fā)展。個(gè)人通信的全面實(shí)現(xiàn)，將可使任何人利用任何種類的終端享用和生成自己所需的業(yè)務(wù)，使人們徹底擺脫現(xiàn)有通信網(wǎng)的束縛1。2.1.1 個(gè)人通信的本

22、質(zhì)個(gè)人通信時(shí)至今日尚無(wú)公認(rèn)的定義，也無(wú)法確切分清個(gè)人通信與移動(dòng)通信這兩個(gè)概念的區(qū)別。個(gè)人通信的本質(zhì)含義是“為地理位置不固定的用戶提供全球范圍的通信服務(wù)”，也就是我們常說(shuō)的“無(wú)論何時(shí)、無(wú)論何地為任何人提供服務(wù)”。個(gè)人通信這一名稱首先出現(xiàn)在英國(guó)的“個(gè)人通信網(wǎng)”(pcs)或“個(gè)人通信系統(tǒng)”(pcs)。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(fcc)對(duì)個(gè)人通信業(yè)務(wù)的定義是:個(gè)人通信業(yè)務(wù)是一類移動(dòng)或無(wú)線通信業(yè)務(wù)，它能為個(gè)人或辦公提供多種服務(wù)，個(gè)人通信業(yè)務(wù)主要滿足人們?cè)谝苿?dòng)中的通信需求。2.1.2 個(gè)人通信的四要素個(gè)人通信在歐洲稱為pcn,在美國(guó)稱為pcs,定義大體上可以有兩種:一是廣義的個(gè)人通信,是指在任何時(shí)間、任地點(diǎn)、任

23、何個(gè)人之間,可以采用任何通信手段來(lái)傳遞任何信息的通信方式。這是人類理想的通信目標(biāo),但在目前還沒(méi)能真正實(shí)現(xiàn);二是狹義的個(gè)人通信,即以現(xiàn)有的移動(dòng)通信手段為基礎(chǔ)的個(gè)人通信方式,這種個(gè)人通信需要不斷地發(fā)展和充實(shí),才能逐步達(dá)到理想的目標(biāo)。個(gè)人通信既是人類的理想通信目標(biāo),而且主要考慮的是人與人之間的通信,因此需要有四個(gè)要素,即:(1)個(gè)人通信號(hào)碼 個(gè)人通信與當(dāng)前的通信方式是不同的。當(dāng)前的通信方式是面向終端的通信,可以把電話號(hào)碼分配給固定終端或移動(dòng)終端,而個(gè)人通信則是把通信號(hào)碼分配給個(gè)人,這是個(gè)人通信區(qū)別于當(dāng)前通信方式的關(guān)鍵。因此個(gè)人通信也可以理解為“使用個(gè)人通信號(hào)碼進(jìn)行的通信”。就使說(shuō)個(gè)人通信號(hào)碼是與通信

24、個(gè)人有關(guān)的邏輯號(hào)碼,與通信用戶的位置無(wú)關(guān)。當(dāng)呼叫“個(gè)人號(hào)碼”后,經(jīng)過(guò)網(wǎng)路的處理,就可知道所呼叫用戶的位置,而自動(dòng)選擇傳輸信息的路由,把信息送給被叫用戶。個(gè)人通信用戶可以利用個(gè)人通信號(hào)碼在任何通信網(wǎng)內(nèi)使用任何一個(gè)固定或移動(dòng)的終端來(lái)發(fā)出或接收呼叫,而不受地理位置的限制。個(gè)人通信只受網(wǎng)絡(luò)和終端性能及運(yùn)營(yíng)公司的影響。(2)個(gè)人終端 為了滿足終端移動(dòng)性的要求,需要袖珍式的,重量輕、耗電少、價(jià)格便宜的無(wú)線終端,以使用戶不受電話線的束縛進(jìn)行通信。個(gè)人終端可以是單模式的,用于單一類型的系統(tǒng)(如大哥大)之中,也可以是多模式的,接入幾種通信系統(tǒng)(包括數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)等)之中。所以說(shuō),在未來(lái)的個(gè)人通信網(wǎng)被全面鋪

25、設(shè)的環(huán)境中,是不會(huì)將現(xiàn)有的通信系統(tǒng)取消,而是與現(xiàn)有的通信系統(tǒng)相輔相成的。(3)分布式大容量數(shù)據(jù)庫(kù) 用戶的信息全部存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)之中,使用數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)需由智能系統(tǒng)控制和管理。為了尋找正在世界各地漫游的用戶,控制中心必須隨時(shí)登記用戶的最新信息,對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。因此,數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)當(dāng)是世界共享的,各國(guó)家各地方都可進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)和使用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。因此,盡管世界上的人都是流動(dòng)的,控制中心也必須隨時(shí)記住所有人的位置?？上攵?其數(shù)據(jù)庫(kù)的容量應(yīng)該有多大,而且為了提供通用的業(yè)務(wù),數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)還應(yīng)能提供給各個(gè)網(wǎng)絡(luò)(如蜂窩網(wǎng)和有線網(wǎng))使用。(4)共同的用戶接口 對(duì)于個(gè)人通信用戶,應(yīng)當(dāng)有共同的用戶接口,好像每個(gè)用

26、戶都有公共汽車月票一樣,無(wú)論哪一路車都可以乘座。有了共同的用戶接口,個(gè)人通信的業(yè)務(wù)就可以比較容易的使用,當(dāng)用戶從有關(guān)接入網(wǎng)移動(dòng)到另一個(gè)接入網(wǎng)時(shí),可以通過(guò)共同的接口對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行接入和控制。當(dāng)然,共同用戶接口在技術(shù)上不應(yīng)當(dāng)依賴于有關(guān)的空中接口或接入網(wǎng)的技術(shù)。2.2 個(gè)人通信的技術(shù)基礎(chǔ)個(gè)人通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可能有多種形式，它可以是現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)與擴(kuò)充，也可以是新建的基礎(chǔ)通信設(shè)施。不管采用哪種形式，基本的個(gè)人通信業(yè)務(wù)都要利用袖珍個(gè)人終端，提供具有移動(dòng)能力的廉價(jià)通信。該終端通過(guò)無(wú)線方式連接到公眾陸地移動(dòng)通信網(wǎng)(plmn)中的基站或個(gè)人通信網(wǎng)(pcn)中的基站?；疽话惆惭b在特定距離的適當(dāng)場(chǎng)所，通過(guò)它可接人ps

27、tn或分組交換網(wǎng)(psn)。該終端也可以通過(guò)有線方式連接到pstn，再通過(guò)網(wǎng)間連接器實(shí)現(xiàn)與pstn或其它網(wǎng)絡(luò)的連接。個(gè)人通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以分為三層，即智能層、傳送層和接入層，層間的信息溝通主要利用7號(hào)共路信令(ccs7)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 由于b-isdn、數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)(dmcn)的迅速發(fā)展，為個(gè)人通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。個(gè)人通信的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是以開放系統(tǒng)互連參考模型 (osi-rm) 、智能網(wǎng)(in)和電信管理網(wǎng)(tmn)為技術(shù)基礎(chǔ)。這些處于前沿的先進(jìn)技術(shù)和高級(jí)網(wǎng)絡(luò)正不斷將電信能力提高到新的水平，為電信業(yè)務(wù)提供新的內(nèi)容。通過(guò)綜合研究b-isdn、dmcn和in的內(nèi)在協(xié)作關(guān)系，期望用一種動(dòng)態(tài)關(guān)系去取

28、代現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中終端身份與用戶身份的靜態(tài)關(guān)系，使個(gè)人識(shí)別得以實(shí)現(xiàn)。通過(guò)dmcn的無(wú)線電技術(shù)和通信機(jī)微型化所提供的終端移動(dòng)性，從而跨越多個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供個(gè)人移動(dòng)性，逐步演進(jìn)形成理想的pcn。2.3 個(gè)人通信的無(wú)線接入部分的系統(tǒng)組成個(gè)人通信在各種無(wú)線電運(yùn)行環(huán)境中的蜂窩結(jié)構(gòu)大體上可以被分成巨區(qū)、宏區(qū)、微區(qū)及微微區(qū)四類。各有其適用的系統(tǒng)。巨區(qū)適用衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，宏區(qū)適用蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，微區(qū)適用蜂窩及無(wú)繩通信系統(tǒng)，微微區(qū)適用無(wú)繩通信系統(tǒng)。2.4 個(gè)人通信網(wǎng)的演進(jìn)當(dāng)代眾多異構(gòu)型電信網(wǎng)絡(luò):pstn、電路交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(cspdn)、分組交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(pspdn)、isdn、b-sdn及plmn 、dmcn等構(gòu)成

29、了整個(gè)世界上最大的系統(tǒng)工程。由于技術(shù)上特別是經(jīng)濟(jì)上的原因，b-sdn不可能短期內(nèi)統(tǒng)一全球，imt-2000也不可能一下子消滅所有數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)。如何在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期充分利用使其發(fā)揮作用呢?將所有這些當(dāng)代電信網(wǎng)絡(luò)作為電信子網(wǎng)互聯(lián)而形成一個(gè)異構(gòu)型互聯(lián)網(wǎng)，是逐步演進(jìn)成個(gè)人通信網(wǎng)的一種現(xiàn)實(shí)的行之有效的途徑6。初期的個(gè)人通信，由于受頻譜資源的限制，其業(yè)務(wù)將以話音、數(shù)據(jù)等窄帶業(yè)務(wù)為主，隨著毫米波的開發(fā)、無(wú)線電通信技術(shù)的進(jìn)步，再逐步擴(kuò)大服務(wù)對(duì)象和業(yè)務(wù)范圍，才可能拓展到圖像等寬帶業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)個(gè)人多媒體通信?，F(xiàn)在的個(gè)人通信則是在寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的基礎(chǔ)上，以無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)為主要接入手段，智能網(wǎng)為核心的更高層次的通信

30、網(wǎng)。一步步演進(jìn)，成為為所有個(gè)人提供多媒體業(yè)務(wù)的智能型寬帶全球通信網(wǎng)。2.5 調(diào)制/解調(diào)技術(shù)無(wú)線通信是利用天線向空中輻射電磁波來(lái)傳送信息的，而天線長(zhǎng)度必須和電磁波的波長(zhǎng)可以比擬，才能有效地把電振蕩輻射出去。而聲音信號(hào)的頻率約為20hz20khz，即其波長(zhǎng)范圍是15km15000km，要制造出與此尺寸相當(dāng)?shù)奶炀€顯然是很困難的。此外，對(duì)于各種聲音信號(hào)，若不調(diào)制，則它們將會(huì)在空中混在一起，使收聽者無(wú)法選擇所的接收信號(hào)。因此，為了天線易于實(shí)現(xiàn)和區(qū)分不同的電臺(tái)信號(hào)，必須進(jìn)行調(diào)制。調(diào)制就是把圖像或聲音信息裝載到載波上的過(guò)程。對(duì)應(yīng)于發(fā)送端的調(diào)制過(guò)程，在接收端必須有解調(diào)的過(guò)程，解調(diào)則是調(diào)制的逆過(guò)程，即從已調(diào)制的

31、高頻振蕩中恢復(fù)出原基帶信號(hào)的過(guò)程。2.5.1 調(diào)制技術(shù)的主要分類(1)分類一 按照所采用的載波波形，調(diào)制可分為連續(xù)波調(diào)制和脈沖調(diào)制。連續(xù)波調(diào)制正弦波為載體，可用數(shù)學(xué)式表示，受控參數(shù)可以是載波的幅度a，頻率或相位，于是相應(yīng)的調(diào)制方法有調(diào)幅(am)、調(diào)頻(fm)、調(diào)相(pm)。脈沖調(diào)制以矩形脈沖為載波，受控參數(shù)可以是脈沖高度、脈沖寬度或脈沖位置，對(duì)應(yīng)得調(diào)制方式為脈沖調(diào)幅(pam)、脈沖調(diào)寬(pwm)和脈沖調(diào)位(ppm)。 (2)分類二 依據(jù)輸入調(diào)制信號(hào)的屬性可分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制：第一 模擬調(diào)制是指輸入調(diào)制信號(hào)為幅度連續(xù)變化的模擬量；第二 數(shù)字調(diào)制是指調(diào)制信號(hào)為幅度離散的數(shù)字量。2.5.2 解調(diào)

32、技術(shù)的主要分類解調(diào)依據(jù)所采用的方法不同可分為：相干解調(diào)和非相干解調(diào)，其相應(yīng)的解調(diào)方框圖如下所示：圖2-1 相干解調(diào)相干解調(diào)也叫同步檢波，相干解調(diào)適用于所有線性調(diào)制信號(hào)的解調(diào)。圖2-2 非相干解調(diào)2.5.3 mqam技術(shù)的應(yīng)用高性能、高頻譜效率的調(diào)制解調(diào)技術(shù)是現(xiàn)代通信系統(tǒng)的關(guān)鍵。一般的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，如幅度鍵控(ask)、移相鍵控(psk)和移頻鍵控(fsk)，在實(shí)際通信系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)存在著諸多不足，比如頻譜利用率低，抗多徑抗衰落能力差等。在多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，振幅調(diào)制的矢量點(diǎn)在一條直線軸上分布；相位調(diào)制的矢量點(diǎn)在一個(gè)圓周上分布。隨著進(jìn)制數(shù)m的增大，這些矢量點(diǎn)之間的距離也隨之減少。所以，在單獨(dú)使用振幅

33、和相位調(diào)制時(shí)，不能最充分利用信號(hào)平面8。本次設(shè)計(jì)主要所采用的調(diào)制方式是正交幅度調(diào)制(qaudrature amplitude modulation)，英文縮寫為qam，它是指兩路獨(dú)立的信號(hào)對(duì)正交的兩個(gè)載波進(jìn)行幅度調(diào)制后合成傳輸信號(hào)。利用這種正交幅度調(diào)制的信號(hào)頻譜在同一帶寬內(nèi)的正交性，可以實(shí)現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息的傳遞。qam是用于數(shù)字信號(hào)的一種調(diào)制技術(shù)，但是其線路格式或傳輸格式卻是模擬的。qam是調(diào)相和調(diào)幅的結(jié)合，多種不同的qam包含著多種擴(kuò)展組合和格式。兩個(gè)簡(jiǎn)單的qam格式使用4種不同的相移和4種不同的振幅，或者是8個(gè)不同的相移和2種不同的電平，于是就會(huì)得到16個(gè)不同的信號(hào)。其中，二電平正交幅

34、度調(diào)制有4種狀態(tài)，稱為4qam；四電平正交幅度調(diào)制有16個(gè)狀態(tài)，稱為16qam，其他以此類推。隨著移動(dòng)用戶數(shù)量的不斷增加和人們對(duì)圖像等多媒體信息的通信要求，傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的容量已經(jīng)越來(lái)越不能滿足要求，而可用頻譜資源有限，也不能靠無(wú)限增加頻道數(shù)目來(lái)解決系統(tǒng)容量問(wèn)題。確定一種高頻譜利用率的調(diào)制方案能在很大程度上解決這一問(wèn)題。多電平正交振幅調(diào)制(multilevel quadrature amplitude modulation)是一種具有高頻譜利用率的調(diào)制技術(shù)9。在無(wú)線通信中，它可以根據(jù)信道的衰落程度、信道流量等參數(shù)動(dòng)態(tài)改變調(diào)制方式，提高信道利用率和信息傳輸速率。這種高效的數(shù)據(jù)傳輸方式實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是f

35、ir(finitei mpulse response)濾波器和數(shù)字混頻器的設(shè)計(jì)，它們通常限制了調(diào)制器的速率。采用基于csd(canonic signed digit)編碼的fir濾波器，并利用fir濾波器系數(shù)對(duì)稱性、數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)模塊重用，簡(jiǎn)化mqam調(diào)制器設(shè)計(jì)，既節(jié)約了硬件資源又提高了器件的工作頻率。mqam的調(diào)制/解調(diào)方框圖如下所示：圖2-3 mqam調(diào)制器圖2-4 mqam解調(diào)器mqam的調(diào)制器由串并轉(zhuǎn)換、iq分路、脈沖形成和調(diào)制混頻單元組成。串并轉(zhuǎn)換單元將串行的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化為并行的數(shù)據(jù)流;iq分路單元根據(jù)不同的調(diào)制星座要求，將輸入的信號(hào)分解成同相和正交分量(i路和q路信號(hào)分量);脈沖形成

36、濾波器對(duì)i,q兩路信號(hào)進(jìn)行波形形成;調(diào)制混頻單元對(duì)i,q兩路信號(hào)進(jìn)行混頻、合成，形成調(diào)制信號(hào)輸出。串并轉(zhuǎn)換通過(guò)級(jí)移位寄存器實(shí)現(xiàn)，調(diào)制方式控制字控制串并轉(zhuǎn)換單元的工作時(shí)鐘頻率。若數(shù)據(jù)輸人的速率為f，則串并轉(zhuǎn)換單元的工作頻率是。輸人數(shù)據(jù)按個(gè)比特一組起作用，輸人的二進(jìn)制數(shù)據(jù)分別進(jìn)入個(gè)信道，每個(gè)信道的比特率等于輸人比特速率的,比特串行輸人比特分離器，然后同時(shí)并行輸出，信號(hào)進(jìn)入iq分路單元14。l為輸人和輸出查找表的數(shù)據(jù)線組數(shù)，數(shù)值上等于mqam調(diào)制器的調(diào)制方式種數(shù)，如實(shí)現(xiàn)4,16,64,256qam調(diào)制器，則l=4。寬度為的數(shù)據(jù)輸人星座映射模塊，根據(jù)調(diào)制方式控制字，星座映射的l組輸出線中，相應(yīng)的一組起

37、作用，輸人數(shù)據(jù)被映射為寬度為的數(shù)據(jù)輸出，作為查找表陣列中對(duì)應(yīng)查找表的地址輸人。查找表中存儲(chǔ)的是與調(diào)制方式對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，位寬n根據(jù)需要的精度設(shè)定。由于i,q兩路查找表數(shù)據(jù)一樣，可以控制在不同的時(shí)刻使星座映射單元映射輸出不同的地址，使i,q兩路使用同一個(gè)查找表，這樣星座映射單元輸出數(shù)據(jù)的頻率為,i,q兩路的輸出相差一個(gè)查找表的工作時(shí)鐘。最后，數(shù)據(jù)選擇器根據(jù)控制字選擇一組作為iq分路單元的輸出。 脈沖形成濾波器采用fir濾波器，fir濾波器公式: (2-1)fir濾波器的系數(shù)是偶對(duì)稱或者奇對(duì)稱，即有:h(n)=h(n-1-n)(偶對(duì)稱)或者h(yuǎn)(n)=-h(n-1-n)(奇對(duì)稱)在濾波器參數(shù)確定后，系數(shù)

38、是一個(gè)固定值，所以濾波器的所有乘法都是固定系數(shù)乘法。實(shí)現(xiàn)固定系數(shù)乘法就可以用移位、加/減來(lái)代替進(jìn)行乘法。調(diào)制混頻器的設(shè)計(jì)如下：混頻器輸出信號(hào)為： (2-2)以下兩式中，,可以表示成1,0,-1,0的序列，可以表示為0，1，0，-1的序列。設(shè)同相路的樣本序列為,正交路的樣本序列為,，則的樣本序列為,。這樣，正交調(diào)制就可以簡(jiǎn)化成子濾波器和數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成。mqam調(diào)制器為的串行數(shù)據(jù)流，經(jīng)工作時(shí)鐘為的串并轉(zhuǎn)換單元，得到速率為并行數(shù)據(jù)流，經(jīng)過(guò)查找表lut、數(shù)據(jù)選擇器mux和延時(shí)單元delay之后的數(shù)據(jù)選擇器以的時(shí)鐘頻率工作，輸出數(shù)據(jù)分別進(jìn)入兩個(gè)濾波器組，以時(shí)鐘工作的數(shù)據(jù)選擇器交替把濾波器組的輸出送給后級(jí)

39、加法器單元，完成整個(gè)調(diào)制過(guò)程。圖示如下：圖2-5 調(diào)制時(shí)鐘框圖2.6 本章小結(jié)本章從闡述個(gè)人通信的本質(zhì)開始，逐步闡述了個(gè)人通信的要素，并對(duì)移動(dòng)通信和個(gè)人通信進(jìn)行了相關(guān)比較。對(duì)個(gè)人通信的技術(shù)基礎(chǔ)及關(guān)鍵技術(shù)作了詳細(xì)說(shuō)明。在其他方面也對(duì)個(gè)人通信作了系列介紹， 并在此基礎(chǔ)之上對(duì)本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)mqam調(diào)制技術(shù)進(jìn)行有關(guān)的介紹。 第3章 matlab及其simulink通信仿真3.1 matlab概述matlab的含義是矩陣實(shí)驗(yàn)室(matrix laboratory)，主要用于方便矩陣的存取，其基本元素是無(wú)須定義維數(shù)的矩陣。matlab自問(wèn)世以來(lái),就是以數(shù)值計(jì)算稱雄。matlab進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的基本單位是復(fù)數(shù)

40、數(shù)組(或稱陣列)，這使得matlab高度“向量化”。經(jīng)過(guò)十幾年的完善和擴(kuò)充，現(xiàn)已發(fā)展成為線性代數(shù)課程的標(biāo)準(zhǔn)工具。由于它不需定義數(shù)組的維數(shù)，并給出矩陣函數(shù)、特殊矩陣專門的庫(kù)函數(shù)，使之在求解諸如信號(hào)處理、建模、系統(tǒng)識(shí)別、控制、優(yōu)化等領(lǐng)域的問(wèn)題時(shí)，顯得大為簡(jiǎn)捷、高效、方便，這是其它高級(jí)語(yǔ)言所不能比擬的5。 matlab中包括了被稱作工具箱(toolbox)的各類應(yīng)用問(wèn)題的求解工具。工具箱實(shí)際上是對(duì)matlab進(jìn)行擴(kuò)展應(yīng)用的一系列matlab函數(shù)(稱為m文件)，它可用來(lái)求解各類學(xué)科的問(wèn)題，包括信號(hào)處理、圖象處理、控制系統(tǒng)辨識(shí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。隨著matlab版本的不斷升級(jí)，其所含的工具箱的功能也越來(lái)越豐富

41、，因此，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛，成為涉及數(shù)值分析的各類工程師不可不用的工具。matlab是一種功能強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算和工程仿真軟件，它的交互式集成界面能夠幫助用戶快速地完成數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、數(shù)字圖像信號(hào)處理、工程與科學(xué)繪圖、仿真建模、系統(tǒng)控制和優(yōu)化等功能。matlab語(yǔ)言采用與數(shù)學(xué)表達(dá)相同的形式，不需要傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，因而不像其他高級(jí)語(yǔ)言那樣難于掌握。一般說(shuō)來(lái)，用戶可以在極短的時(shí)間內(nèi)掌握matlab的基礎(chǔ)知識(shí)，并且能夠初步地應(yīng)用matlab解決簡(jiǎn)單的問(wèn)題。由于matlab的優(yōu)秀的數(shù)值計(jì)算能力和卓越的數(shù)據(jù)可視化能力，它已經(jīng)成為科研工作和工程仿真中的高效助手。同時(shí)，matlab也是國(guó)家教委重點(diǎn)提倡

42、的一種計(jì)算工具。簡(jiǎn)單概括起來(lái)，matlab的特點(diǎn)主要有：編程效率高、使用方便、擴(kuò)充能力強(qiáng)、語(yǔ)句簡(jiǎn)單，內(nèi)涵豐富、繪圖功能便利及高效的矩陣和數(shù)組運(yùn)算3。3.1.1 simulink簡(jiǎn)介 simulink是math works公司隨matlab一道發(fā)行的功能非常強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真通用軟件包。該軟件為用戶的建模和仿真過(guò)程提供了完善、靈活的可視化設(shè)計(jì)和調(diào)試環(huán)境，并且包含了豐富的基本功能模塊庫(kù)和眾多專業(yè)領(lǐng)域的工具箱，是研究、分析和設(shè)計(jì)各種復(fù)雜系統(tǒng)的有利工具4。 simulink是matlab提供的用于對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的工具包。simulink提供了專門用于顯示輸出信號(hào)的模塊，可以在仿真

43、過(guò)程中隨時(shí)觀察仿真結(jié)果。同時(shí)，通過(guò)simulink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)或文件中，供用戶在仿真結(jié)束之后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。另外，simulink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等級(jí)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。基于上述優(yōu)點(diǎn)，simulink稱為一種通用的仿真建模工具，廣泛地應(yīng)用于通信仿真、數(shù)字信號(hào)處理、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)械控制和虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域4。動(dòng)態(tài)系統(tǒng)是輸出信號(hào)隨時(shí)間變化的系統(tǒng)。要描述這種系統(tǒng)的特性，傳統(tǒng)的建模方法是先對(duì)系統(tǒng)的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)進(jìn)行分析，得到它們的系統(tǒng)方程，然后編寫程序進(jìn)行仿真。但是該種方法存在

44、兩個(gè)缺陷：首先，不夠直觀，缺乏足夠的人機(jī)交互。由于所有的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)都被抽象成數(shù)值之間的關(guān)系，仿真表現(xiàn)為一種計(jì)算過(guò)程，因此難以對(duì)仿真的過(guò)程進(jìn)行控制，也難以對(duì)仿真的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀的描述和分析。其次，該種方法缺乏系統(tǒng)性，尤其是在對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的處理過(guò)程中，難以采用模塊化方法，從而降低了仿真程序的可讀性和可擴(kuò)展性。3.1.2 simulink的特點(diǎn) 簡(jiǎn)言之，simulink是matlab的軟件組的一個(gè)工具箱，它是結(jié)合了框圖界面和交互仿真能力的非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真工具，并以matlab的核心數(shù)學(xué)、圖形和語(yǔ)言為基礎(chǔ)。其仿真特點(diǎn)主要有如下幾項(xiàng)：(1)交互建模 simulink提供了大量的功能塊，方便用戶

45、快速地建立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，建模時(shí)只需使用鼠標(biāo)拖放庫(kù)中的功能塊并將它們連接起來(lái)。用戶可以通過(guò)將塊組成子系統(tǒng)建立多級(jí)模型。對(duì)塊和連接的數(shù)目沒(méi)有限制。(2)交互仿真 simulink框圖提供了交互性很強(qiáng)的非線性仿真環(huán)境。用戶可以通過(guò)下拉菜單執(zhí)行仿真，或使用命令行進(jìn)行批處理。仿真結(jié)果可以在運(yùn)行的同時(shí)通過(guò)示波器或圖形窗口顯示。有了simulink，用戶可以在仿真的同時(shí)，采用交互或批處理的方式，方便地更換參數(shù)來(lái)進(jìn)行“what-if”分析。(3)仿真環(huán)境 simulink的開放式結(jié)構(gòu)允許用戶擴(kuò)展仿真環(huán)境的功能，采用matlab，fortran和c代碼生成自定義塊庫(kù)，并擁有自己的圖標(biāo)和界面；或者是將用戶原有的f

46、ortran或c編寫的代碼連接起來(lái)。(4)與matlab和工具箱集成 由于simulink可以直接利用matlab的數(shù)學(xué)、圖形和編輯功能，用戶可以直接在simulink下完成諸如數(shù)據(jù)分析、過(guò)程自動(dòng)化、優(yōu)化參數(shù)等工作。工具箱提供的高級(jí)的設(shè)計(jì)和分析能力可以通過(guò)simulink的屏蔽手段在仿真過(guò)程中執(zhí)行。(5)專用的模型庫(kù)(blocksets) simulink的模型庫(kù)可以通過(guò)專用元件集進(jìn)一步擴(kuò)展。本次設(shè)計(jì)主要采用的模型庫(kù)是通信系統(tǒng)工具-communications blockset15。3.2 通信仿真仿真是衡量系統(tǒng)性能的工具，它通過(guò)仿真模型的仿真結(jié)果來(lái)推斷原系統(tǒng)的性能，從而為新系統(tǒng)的建立或原系統(tǒng)

47、的改造提供可靠的參考。通過(guò)仿真，可以降低新系統(tǒng)失敗的可能性，消除系統(tǒng)中潛在的瓶頸，防止對(duì)系統(tǒng)中某些功能部件造成過(guò)量的負(fù)載，優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能。因此，仿真是科學(xué)研究和工程建設(shè)中不可缺少的方法。實(shí)際的通信系統(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(如改變某個(gè)參數(shù)的設(shè)置、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)原有的通信系統(tǒng)做出改進(jìn)或建立一個(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(guò)仿真結(jié)果衡量方案的可行性，從中選擇最合理的系統(tǒng)配置和參數(shù)設(shè)置，然后再應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)中。這個(gè)過(guò)程就是通信仿真。3.2.1 通信仿真的一般步驟通信仿真是衡量通信系統(tǒng)性能的工具。通

48、信仿真可以分成離散事件仿真和連續(xù)仿真。在離散事件仿真中，仿真系統(tǒng)只對(duì)離散事件做出響應(yīng)，而在連續(xù)仿真中系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的連續(xù)的輸出信號(hào)。離散事件仿真是對(duì)實(shí)際通信系統(tǒng)的一種簡(jiǎn)化，它的仿真建模比較簡(jiǎn)單，整個(gè)仿真過(guò)程需要花費(fèi)的時(shí)間也比連續(xù)仿真少。雖然離散事件仿真舍棄了一些仿真細(xì)節(jié)，在有些場(chǎng)合顯得不夠具體，但仍然是通信仿真的主要形式。通信系統(tǒng)仿真一般分成3個(gè)步驟，即仿真建模、仿真試驗(yàn)和仿真分析。應(yīng)該注意的是，通信仿真是一個(gè)螺旋式發(fā)展的過(guò)程，因此這三個(gè)步驟可能需要循環(huán)執(zhí)行多次之后才能獲得令人滿意的仿真結(jié)果。(1)仿真建模 仿真建模是根據(jù)實(shí)際通信系統(tǒng)建立仿真模型的過(guò)程，它是整個(gè)通信仿真過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵

49、步驟，因?yàn)榉抡婺Ｐ偷暮脡闹苯佑绊懼抡娴慕Y(jié)果以及仿真的真實(shí)性和可靠性。仿真模型是對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的一種模擬和抽象，但又不是完全的復(fù)制。簡(jiǎn)單的仿真模型容易被理解和操作，但是由于它忽略了很多關(guān)于實(shí)際系統(tǒng)的細(xì)節(jié)，因而在一定程度上影響了仿真的可靠性。如果仿真模型比較復(fù)雜，雖然它是對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的一種忠實(shí)反映，但是其中包含了過(guò)多的相互作用因素，這些因素不僅需要消耗過(guò)多的仿真時(shí)間，而且使仿真結(jié)果的分析過(guò)程變得相當(dāng)復(fù)雜。因此，仿真模型的建立需要綜合考慮其可行性和簡(jiǎn)單性。在仿真建模過(guò)程中，我們可以先建立一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的仿真模型，然后再根據(jù)仿真過(guò)程的需要逐步增加仿真模型的復(fù)雜度。仿真模型一般是一個(gè)數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型有多種分

50、類方式，包括確定性模型和隨機(jī)模型，靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。確定性模型的輸入變量和輸出變量都有固定數(shù)值，而在隨機(jī)模型中，至少有一個(gè)輸入變量是隨機(jī)的。靜態(tài)模型不需要考慮時(shí)間變化因素，動(dòng)態(tài)模型的輸入輸出變量則需要考慮時(shí)間變化因素。一般情況下通信仿真模型是一個(gè)隨機(jī)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。在仿真建模過(guò)程中，首先需要分析實(shí)際系統(tǒng)存在的問(wèn)題或設(shè)立系統(tǒng)改造的目標(biāo)，并且把這些問(wèn)題和目標(biāo)轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)變量和公式。例如，我們可以設(shè)定改造后系統(tǒng)或新系統(tǒng)在達(dá)到系統(tǒng)最大容量時(shí)的誤幀率，或者是通信的最大呼損率，等等。有了這些具體的仿真目標(biāo)之后，下一步是獲取實(shí)際通信系統(tǒng)的各種運(yùn)行參數(shù)，如通信系統(tǒng)占用的帶寬及其頻率分布，系統(tǒng)對(duì)于特定的輸入信號(hào)產(chǎn)生的

51、輸出等。同時(shí)，對(duì)于通信系統(tǒng)中的各個(gè)隨機(jī)變量，可以采集這些變量的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)數(shù)學(xué)工具來(lái)確定隨機(jī)變量的分析特性。有了上面的準(zhǔn)備工作，下一步就可以通過(guò)仿真軟件來(lái)建造仿真模型了。最簡(jiǎn)單的工具是采用c語(yǔ)言等編程工具直接寫仿真程序，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是效率高，缺點(diǎn)是不夠靈活，沒(méi)有一個(gè)易于實(shí)現(xiàn)的人機(jī)交互界面，不便于對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。除此之外，還可以采用專門的仿真軟件建造仿真模型，比較常用的仿真軟件包括matlab、opnet、ns2等，這些軟件具有各自不同的特點(diǎn)，適用于不同層次的通信仿真。例如，物理層仿真通常采用matlab，而網(wǎng)絡(luò)層仿真則適用采用opnet。在完成仿真模型的軟件實(shí)現(xiàn)之后，還需要對(duì)這個(gè)仿真模

52、型的有效性進(jìn)行初步的驗(yàn)證。一種簡(jiǎn)單的驗(yàn)證方法是采用特定的已知輸入信號(hào)，這個(gè)輸入信號(hào)分別通過(guò)仿真模型和實(shí)際系統(tǒng)，產(chǎn)生兩種輸出信號(hào)。如果仿真模型的輸出信號(hào)與實(shí)際系統(tǒng)的輸出信號(hào)比較吻合，說(shuō)明這個(gè)仿真模型與原來(lái)系統(tǒng)具有較好的相似性。當(dāng)這輸出信號(hào)差別很大時(shí)，最好先檢查一下仿真模型的內(nèi)部連接和設(shè)置，找出造成這種差異的原因。仿真建模的最后一步是做好仿真模型的文檔工作。很多情況下，我們?cè)谕瓿上到y(tǒng)的設(shè)計(jì)之后就迫不及待地運(yùn)行仿真程序，待發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果與預(yù)期目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)時(shí)才回過(guò)頭檢查仿真模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這時(shí)候，往往原先的很多參數(shù)設(shè)置和條件假設(shè)都變得不可理解，這非常不利于修改參數(shù)和結(jié)構(gòu)，不利于找錯(cuò)和排錯(cuò)。(2)仿真試驗(yàn)

53、 仿真試驗(yàn)是一個(gè)或一系列針對(duì)仿真模型的測(cè)試。在仿真試驗(yàn)過(guò)程中，通常需要多次改變仿真模型輸入信號(hào)的數(shù)值，以觀察和分析仿真模型對(duì)這些輸入信號(hào)的反應(yīng)，以及仿真系統(tǒng)在這個(gè)過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的性能。需要強(qiáng)調(diào)的是，仿真過(guò)程中使用的輸入數(shù)據(jù)必須具有一定的代表性，即能夠從各個(gè)角度顯著地改變仿真輸出信號(hào)的數(shù)值。實(shí)施仿真之前需要確定的另外一個(gè)因素是性能尺度。性能尺度指的是能夠衡量仿真過(guò)程中系統(tǒng)性能的輸出信號(hào)的數(shù)值(或根據(jù)輸出信號(hào)計(jì)算得到的數(shù)值)，因此，在實(shí)施仿真之前，首先需要確定仿真過(guò)程中應(yīng)該收集哪些仿真數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)以什么樣的格式存在，以及收集多少數(shù)據(jù)。在明確了仿真系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的要求之后，最好把這些設(shè)置

54、整理成一份簡(jiǎn)單的文檔。編寫文檔是一個(gè)好習(xí)慣，它能夠幫助我們回憶起仿真設(shè)計(jì)過(guò)程的一些細(xì)節(jié)。當(dāng)然，文檔的編寫不一定要求很規(guī)范，并且文檔大小應(yīng)該視仿真設(shè)計(jì)的規(guī)模而定。最后，還應(yīng)該明確各個(gè)輸入信號(hào)的初始設(shè)置以及仿真系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)狀態(tài)的初始值。仿真的運(yùn)行實(shí)際上是計(jì)算機(jī)的計(jì)算過(guò)程，這個(gè)過(guò)程一般不需要人工干預(yù)，花費(fèi)的時(shí)間由仿真的復(fù)雜度確定。如果需要比較仿真系統(tǒng)在不同參數(shù)設(shè)置下的性能，應(yīng)該使仿真系統(tǒng)在取不同參數(shù)值時(shí)具有相同的輸入信號(hào)，這樣才能夠保證分析和比較的客觀性和可靠性。對(duì)于需要較長(zhǎng)時(shí)間的仿真，應(yīng)該盡可能地使用批處理方式，使得仿真過(guò)程在完成一種參數(shù)配置的仿真之后能夠自動(dòng)啟動(dòng)針對(duì)下一個(gè)參數(shù)配置下一個(gè)仿真。這種

55、方式減少了仿真過(guò)程中的人工干預(yù)，提高了系統(tǒng)利用率和仿真效率。(3)仿真分析 仿真分析是一個(gè)通信仿真流程中的最后一個(gè)步驟。在仿真分析過(guò)程中，用戶已經(jīng)從仿真過(guò)程中獲得了足夠多的關(guān)于系統(tǒng)性能的信息，但是這些信息只是一些原始數(shù)據(jù)，一般還需要經(jīng)過(guò)數(shù)值分析和處理才能夠獲得衡量系統(tǒng)性能的尺度，從而獲得對(duì)仿真系統(tǒng)性能的一個(gè)總體評(píng)價(jià)。常用的系統(tǒng)性能尺度包括平均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)值、最大值和最小值等，它們從不同的角度描繪了仿真系統(tǒng)的性能。如果仿真過(guò)程需要一定的時(shí)間才能夠達(dá)到平衡狀態(tài)，在對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理時(shí)一般要或略最初的若干個(gè)數(shù)據(jù)，而只考慮平衡之后的輸出。對(duì)于仿真尺度不隨時(shí)間變化的平衡系統(tǒng)，還可能涉及到對(duì)輸出變

56、量穩(wěn)定狀態(tài)的求解。另外一個(gè)需要注意的地方是，即使仿真過(guò)程中收集的數(shù)據(jù)正確無(wú)誤，由此得到的仿真結(jié)果并不一定就是準(zhǔn)確地。造成這種結(jié)果的原因可能是輸入信號(hào)恰好與仿真系統(tǒng)的內(nèi)部特性相吻合，或者輸入的隨機(jī)信號(hào)不具有足夠的代表性。圖表是最簡(jiǎn)潔的說(shuō)明工具，它具有很強(qiáng)的直觀性，便于分析和比較，因此，仿真分析的結(jié)果一般都繪制成圖表形式。我們使用的仿真工具一般都具有很強(qiáng)的繪圖功能，能夠便捷地繪制各種類型的圖表。以上就是通信系統(tǒng)仿真的一個(gè)循環(huán)。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是仿真分析不一定意味著通信仿真過(guò)程的完全結(jié)束。如果仿真分析得到的結(jié)果達(dá)不到預(yù)期的目標(biāo)，用戶還需要重新修改通信仿真模型，這時(shí)候仿真分析就成為另一個(gè)循環(huán)的開始。3.3

57、本章小結(jié)本章對(duì)此次設(shè)計(jì)所用工具matlab及其simulink做了詳細(xì)的介紹，利用simulink進(jìn)行通信仿真更加簡(jiǎn)單，而且更加通俗易懂。使通信系統(tǒng)真實(shí)的展現(xiàn)在我們眼前。第4章 qam調(diào)制的計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)4.1 正交幅度調(diào)制(qam)概述在現(xiàn)代通信中，提高頻譜利用率一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。近年來(lái)，隨著通信業(yè)務(wù)需求的迅速增長(zhǎng)，尋找頻譜利用率高的數(shù)字調(diào)制方式已成為數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研究的主要目標(biāo)之一。正交振幅調(diào)制qam就是一種頻譜利用率很高的調(diào)制方式，其在中、大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)、有線電視網(wǎng)絡(luò)高數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用13。在移動(dòng)通信中，隨著微蜂窩和微微蜂窩的出現(xiàn)，使得信道在傳輸特性上發(fā)生了很大變化。數(shù)字振幅調(diào)制、數(shù)字頻