【正文】 本章小結(jié) ........................................................................................................... 36 4．平坦衰落信道仿真 ................................................................................................ 37 計(jì)算機(jī)模型的參數(shù)計(jì)算 ..................................................................................... 38 均方誤差法（ MSEM） .................................................................................. 38 等面積取樣法（ MEA） ............................................................................... 42 實(shí)際多普勒擴(kuò)散法（ MEDS） ...................................................................... 46 平均多普勒偏移因子及多普勒擴(kuò)散因子 ........................................................... 50 Suzuki 信道仿真 ................................................................................................... 53 本章小結(jié) ............................................................................................................. 55 5. 總結(jié)與展望 ............................................................................................................. 56 致 謝 .......................................................................................................................... 57 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 58 附錄 .............................................................................................................................. 59 研究目的及意義 隨著現(xiàn)代通信系統(tǒng)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)成為分析和設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)的主要工具，在通信系統(tǒng)的研發(fā)和教學(xué)中具有越來(lái)越重要的意義。計(jì)算機(jī)仿真是衡量系統(tǒng)性能的工具，它通過(guò)構(gòu)建模型運(yùn)行結(jié)果來(lái)分析實(shí)物系統(tǒng)的性能從而為新系統(tǒng)的建立或原系統(tǒng)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，優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能。因此，仿真是通信系統(tǒng)研究和工程建設(shè)中不可缺 少的環(huán)節(jié)。 5 SIMULINK 簡(jiǎn)介 SIMULINK是 MATLAB軟件的擴(kuò)展，它是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包，它與 MATLAB語(yǔ)言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于 Windows的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語(yǔ)言的編程上。 Simulink是 MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書寫程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。 Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清 晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn) Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于 Simulink。 Simulink是 MATLAB中的一種可視化仿真工具， 也是目前在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等方面應(yīng)用最廣泛的工具之一。 是一種基于 MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。 Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間 或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型， Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口 (GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 它的主要特點(diǎn)在于： 建模方便、快捷； 易于進(jìn)行模型分析；優(yōu)越的仿真性能。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。 Simulink模塊庫(kù)（或函數(shù)庫(kù)）包含有 Sinks（輸出 方式）、 Sources（輸入源）、 Linear（線性環(huán)節(jié)）、 Nonlinear（非線性環(huán)節(jié)）、Connection（連接與接口）和 Extra（其他環(huán)節(jié)）等具有不同功能或函數(shù)運(yùn)算的Simulink庫(kù)模塊（或庫(kù)函數(shù)），而且每個(gè)子模型庫(kù)中包含有相應(yīng)的功能模塊，用戶還可以根據(jù)需要定制和創(chuàng)建自己的模塊。用 Simulink創(chuàng)建的模型可以具有遞階結(jié)構(gòu)，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型。 Simulink是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)， 6 包括通訊、控制、信號(hào)處理、視頻 處理和圖像處理系統(tǒng)， Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫(kù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。構(gòu)架在 Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了 Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。 Simulink與 MATLAB緊密集成，可以直接訪問(wèn) MATLAB大量的工具來(lái)進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義。 通信技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r 通信的概念 通信就是克服距離上的障礙，從一地向另一地傳遞和交換消息 。消息是信息源所產(chǎn)生的，是信息的物理表現(xiàn)，例如，語(yǔ)音、文字、數(shù)據(jù)、圖形和圖 像 等都是消息 (Message)。消息有模擬消息（如語(yǔ)音、圖像等）以及數(shù)字消息（如數(shù)據(jù)、文字等）之分。所有消息必須在轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（通常簡(jiǎn)稱為信號(hào)）后才能在通信系統(tǒng)中傳輸。所以，信號(hào)（ Signal）是傳輸消息的手段，信號(hào)是消息的物質(zhì)載體。 相應(yīng)的信號(hào)可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，模擬信號(hào)的自變量可以是連續(xù)的或離散的，但幅度是連續(xù)的 (分別如圖 121 所示 ) ，如電話機(jī)、電視攝像機(jī)輸出的信號(hào)就是模擬信號(hào)。數(shù)字信號(hào)的自變量可以是連續(xù)的或離散的，但 幅度是離散的(分別如圖 122 所示 ) ，如電船傳機(jī)、計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端設(shè)備輸出的信號(hào)就是數(shù)字信號(hào)。 通信的目的是傳遞消息，但對(duì)受信者有用的是消息中包含的有效內(nèi)容，也即信息 (Information) 。消息是具體的、表面的，而信息是抽象的、本質(zhì)的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量來(lái)度量。 通信技術(shù)，特別是數(shù)字通信技術(shù)近年來(lái)發(fā)展非常迅速，它的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。通信從本質(zhì)上來(lái)講就是實(shí)現(xiàn)信息傳遞功能的一門科學(xué)技術(shù)，它要將大量有用的信息無(wú)失真，高效率地進(jìn)行傳輸，同時(shí)還要在傳輸過(guò)程中將無(wú)用信息和有害信息抑制掉。當(dāng) 今的通信不僅要有效地傳遞信息，而且還有儲(chǔ)存、處理、采集及顯示等功能，通信已成為信息科學(xué)技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。 7 通信系統(tǒng)就是傳遞信息所需要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和，包括信息源、發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備和信宿 (受信者 ) ，它的一般模型如圖 123 所示。 ? ? ? ?信 息 源 發(fā) 送 設(shè) 備 信 道 接 收 設(shè) 備 受 信 者 ↑ 噪 聲 源 圖 123 通信系統(tǒng)一般模型 通信系統(tǒng)可分為數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞消息的通信系統(tǒng)，其模型如圖 124 所示， ? ? ? ? ? ? ? ?信 數(shù) 信信 數(shù) 信信 源 道 字 受道 源字 信息 編 編 調(diào) 解 譯 譯 信源 碼 碼 調(diào) 碼 碼 者制 道器 器 器 器 器器 ↑ 噪 聲 源 圖 124 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號(hào)來(lái)傳遞消息的通信系統(tǒng)，其模型如圖 125 所示。 ? ? ? ?信 息 源 調(diào) 制 器 信 道 解 調(diào) 器 受 信 者 ? 噪 聲 源 圖 125 模擬通信系統(tǒng)模型 8 數(shù) 字通信系統(tǒng)較模擬通信系統(tǒng)而言，具有抗干擾能力強(qiáng)、便于加密、易于實(shí)現(xiàn)集成化、便于與計(jì)算機(jī)連接等優(yōu)點(diǎn)。因而，數(shù)字通信更能適應(yīng)對(duì)通信技術(shù)的越來(lái)越高的要求。近二十年來(lái)，數(shù)字通信發(fā)展十分迅速，在整個(gè)通信領(lǐng)域中所占比重日益增長(zhǎng)，在大多數(shù)通信系統(tǒng)中已代替模擬通信，成為當(dāng)代通信系統(tǒng)的主流 通信的發(fā)展史簡(jiǎn)介 遠(yuǎn)古時(shí)代 ,遠(yuǎn)距離的傳遞消息是以書信的形式來(lái)完成的 ,這種通信方式明顯具有傳遞時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn) 。為了在盡量短的時(shí)間內(nèi)傳遞盡量多的消息 ,人們不斷地嘗試所能找到的各種最新技術(shù)手段 。 1837 年 發(fā)明的莫爾斯電磁式電報(bào)機(jī)標(biāo)志著電通信的開始 ,之后，利用電進(jìn)行通信的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 1866 年利用海底電纜實(shí)現(xiàn)了跨大西洋的越洋電報(bào)通信。 1876 年貝爾發(fā)明了電話 ,利用電信號(hào)實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音信號(hào)的有線傳遞，使信息的傳遞變的既迅速又準(zhǔn)確，這標(biāo)志著模擬通信的開始，由于它比電報(bào)更便于交流使用，所以直到 20 世紀(jì)前半葉這種采用模擬技術(shù)的電話通信技術(shù)比電報(bào)的到了更為迅速和廣泛的發(fā)展。 1937 年瑞威斯發(fā)明的脈沖編碼調(diào)制標(biāo)志數(shù)字通信的開始。 20世紀(jì) 60 年代以后集成電路、電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使得數(shù)字通信迅速發(fā)展。在 70 年代末在全球發(fā)展起來(lái)的模擬移動(dòng)電話在 90 年 代中期被數(shù)字移動(dòng)電話所代替，現(xiàn)有的模擬電視也正在被數(shù)字電視所代替。數(shù)字通信的高速率和大容量等各方面的優(yōu)越性也使人們看到了它的發(fā)展前途。 通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 進(jìn)入 20 世紀(jì)以來(lái)，隨著晶體管、集成電路的出現(xiàn)與普及、無(wú)線通信迅速發(fā)展。特別是在 20 世紀(jì)后半葉，隨著人造地球衛(wèi)星的發(fā)射，大規(guī)模集成電路、電子計(jì)算機(jī)和光導(dǎo)纖維等現(xiàn)代技術(shù)成果的問(wèn)世，通信技術(shù)在以下幾個(gè)不同方向都取得了巨大的成功。 （ 1） 微波中繼通信使長(zhǎng)距離、大容量的通信成為了現(xiàn)實(shí)。 （ 2） 移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信的出現(xiàn)，使人們隨時(shí)隨地可通信的愿望可以實(shí)現(xiàn)。 （ 3） 光導(dǎo)纖維的出現(xiàn)更是將通信容量提高到了以前無(wú)法想象的地步。 （ 4） 電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)將通信技術(shù)推上了更高的層次，借助現(xiàn)代電信網(wǎng)和計(jì)算機(jī)的融合，人們將世界變成了地球村。 9 （ 5） 微電子技術(shù)的發(fā)展，使通信終端的體積越來(lái)越小，成本越來(lái)越低，范圍越來(lái)越廣。例如， 2021 年我國(guó)的移動(dòng)電話用戶首次超過(guò)了固定電話用戶。根據(jù)國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，到 2021 年底移動(dòng)電話用戶近 4 億。 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發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)通信的要求越來(lái)越高，各種技術(shù)會(huì)不斷地應(yīng)用于通信領(lǐng)域， 各種新的通信業(yè)務(wù)將不斷地被開發(fā)出來(lái)。到那時(shí)人們的生活將越來(lái)越離不開通信。 本論文的任務(wù) 對(duì)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的功能、原理能夠深入的理解。同時(shí)學(xué)會(huì)使用MATLAB 并熟悉 SIMULINK 的工作原理，能夠利用 SIMULINK 進(jìn)行建模和仿真。 學(xué)會(huì)三種基本調(diào)制制度 2ASK、 2FSK和 2PSK的基本原理并能夠分別對(duì)它們的功率譜密度進(jìn)行分析。 基本掌握利用 SIMULINK 建立模型并能夠?qū)θN基本調(diào)制制度的功率譜密度進(jìn)行仿真 。 最后 通過(guò)研究數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的三種基本調(diào)制制度 及其功率譜密度 ，培養(yǎng)獨(dú)立思考研究的能力， 并能夠?qū)ρ芯拷Y(jié)果進(jìn)行分析。對(duì)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)有了進(jìn)一步的理解，學(xué)會(huì)利用工具軟件 SIMULINK 建立仿真模型并能 對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行仿真。 研究?jī)?nèi)容與安排 第 1章 介紹了課題研究的意義及目的， 簡(jiǎn)要的介紹了通信技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，最后介紹本論文的主要任務(wù) 。 第 2章 簡(jiǎn)要地介紹了移動(dòng) 衰落 信道建模的幾種常見方法，并對(duì)每種方法的優(yōu)缺點(diǎn) 以及使用場(chǎng)合作了說(shuō)明。 10 第 3章 主要介紹了描述常見移動(dòng)通信信道衰落的兩種常見模型，即 Clarke信道模型和 Suzuki信道模型 。本章是以介紹 Suzuki信道模型為主的。在本章中研究了