【正文】 本章小結 ........................................................................................................... 36 4．平坦衰落信道仿真 ................................................................................................ 37 計算機模型的參數計算 ..................................................................................... 38 均方誤差法（ MSEM） .................................................................................. 38 等面積取樣法（ MEA） ............................................................................... 42 實際多普勒擴散法（ MEDS） ...................................................................... 46 平均多普勒偏移因子及多普勒擴散因子 ........................................................... 50 Suzuki 信道仿真 ................................................................................................... 53 本章小結 ............................................................................................................. 55 5. 總結與展望 ............................................................................................................. 56 致 謝 .......................................................................................................................... 57 參考文獻 ...................................................................................................................... 58 附錄 .............................................................................................................................. 59 研究目的及意義 隨著現代通信系統(tǒng)的飛速發(fā)展，計算機仿真已經成為分析和設計通信系統(tǒng)的主要工具，在通信系統(tǒng)的研發(fā)和教學中具有越來越重要的意義。計算機仿真是衡量系統(tǒng)性能的工具，它通過構建模型運行結果來分析實物系統(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)研究和工程建設中不可缺 少的環(huán)節(jié)。 5 SIMULINK 簡介 SIMULINK是 MATLAB軟件的擴展，它是實現動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個軟件包，它與 MATLAB語言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于 Windows的模型化圖形輸入，其結果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構建，而非語言的編程上。 Simulink是 MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(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，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統(tǒng)。 Simulink具有適應面廣、結構和流程清 晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點 Simulink已被廣泛應用于控制理論和數字信號處理的復雜仿真和設計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于 Simulink。 Simulink是 MATLAB中的一種可視化仿真工具， 也是目前在動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等方面應用最廣泛的工具之一。 是一種基于 MATLAB的框圖設計環(huán)境，是實現動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數字控制及數字信號處理的建模和仿真中。 Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間 或兩種混合的采樣時間進行建模，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)建動態(tài)系統(tǒng)模型， Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口 (GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，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)的仿真結果。 它的主要特點在于： 建模方便、快捷； 易于進行模型分析；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。 Simulink模塊庫（或函數庫）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運算的Simulink庫模塊（或庫函數），而且每個子模型庫中包含有相應的功能模塊，用戶還可以根據需要定制和創(chuàng)建自己的模塊。用 Simulink創(chuàng)建的模型可以具有遞階結構，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結構創(chuàng)建模型。 Simulink是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領域仿真和基于模型的設計工具。對各種時變系統(tǒng)， 6 包括通訊、控制、信號處理、視頻 處理和圖像處理系統(tǒng)， Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設計、仿真、執(zhí)行和測試。構架在 Simulink基礎之上的其他產品擴展了 Simulink多領域建模功能，也提供了用于設計、執(zhí)行、驗證和確認任務的相應工具。 Simulink與 MATLAB緊密集成，可以直接訪問 MATLAB大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數和測試數據的定義。 通信技術發(fā)展狀況 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 。消息是信息源所產生的，是信息的物理表現，例如，語音、文字、數據、圖形和圖 像 等都是消息 (Message)。消息有模擬消息（如語音、圖像等）以及數字消息（如數據、文字等）之分。所有消息必須在轉換成電信號（通常簡稱為信號）后才能在通信系統(tǒng)中傳輸。所以，信號（ Signal）是傳輸消息的手段，信號是消息的物質載體。 相應的信號可分為模擬信號和數字信號，模擬信號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、電視攝像機輸出的信號就是模擬信號。數字信號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、計算機等各種數字終端設備輸出的信號就是數字信號。 通信的目的是傳遞消息，但對受信者有用的是消息中包含的有效內容，也即信息 (Information) 。消息是具體的、表面的，而信息是抽象的、本質的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量來度量。 通信技術，特別是數字通信技術近年來發(fā)展非常迅速，它的應用越來越廣泛。通信從本質上來講就是實現信息傳遞功能的一門科學技術，它要將大量有用的信息無失真，高效率地進行傳輸，同時還要在傳輸過程中將無用信息和有害信息抑制掉。當 今的通信不僅要有效地傳遞信息，而且還有儲存、處理、采集及顯示等功能，通信已成為信息科學技術的一個重要組成部分。 7 通信系統(tǒng)就是傳遞信息所需要的一切技術設備和傳輸媒質的總和，包括信息源、發(fā)送設備、信道、接收設備和信宿 (受信者 ) ，它的一般模型如圖 123 所示。 ? ? ? ?信 息 源 發(fā) 送 設 備 信 道 接 收 設 備 受 信 者 ↑ 噪 聲 源 圖 123 通信系統(tǒng)一般模型 通信系統(tǒng)可分為數字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)。數字通信系統(tǒng)是利用數字信號來傳遞消息的通信系統(tǒng)，其模型如圖 124 所示， ? ? ? ? ? ? ? ?信 數 信信 數 信信 源 道 字 受道 源字 信息 編 編 調 解 譯 譯 信源 碼 碼 調 碼 碼 者制 道器 器 器 器 器器 ↑ 噪 聲 源 圖 124 數字通信系統(tǒng)模型 模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞消息的通信系統(tǒng)，其模型如圖 125 所示。 ? ? ? ?信 息 源 調 制 器 信 道 解 調 器 受 信 者 ? 噪 聲 源 圖 125 模擬通信系統(tǒng)模型 8 數 字通信系統(tǒng)較模擬通信系統(tǒng)而言，具有抗干擾能力強、便于加密、易于實現集成化、便于與計算機連接等優(yōu)點。因而，數字通信更能適應對通信技術的越來越高的要求。近二十年來，數字通信發(fā)展十分迅速，在整個通信領域中所占比重日益增長，在大多數通信系統(tǒng)中已代替模擬通信，成為當代通信系統(tǒng)的主流 通信的發(fā)展史簡介 遠古時代 ,遠距離的傳遞消息是以書信的形式來完成的 ,這種通信方式明顯具有傳遞時間長的缺點 。為了在盡量短的時間內傳遞盡量多的消息 ,人們不斷地嘗試所能找到的各種最新技術手段 。 1837 年 發(fā)明的莫爾斯電磁式電報機標志著電通信的開始 ,之后，利用電進行通信的研究取得了長足的進步。 1866 年利用海底電纜實現了跨大西洋的越洋電報通信。 1876 年貝爾發(fā)明了電話 ,利用電信號實現了語音信號的有線傳遞，使信息的傳遞變的既迅速又準確，這標志著模擬通信的開始，由于它比電報更便于交流使用，所以直到 20 世紀前半葉這種采用模擬技術的電話通信技術比電報的到了更為迅速和廣泛的發(fā)展。 1937 年瑞威斯發(fā)明的脈沖編碼調制標志數字通信的開始。 20世紀 60 年代以后集成電路、電子計算機的出現，使得數字通信迅速發(fā)展。在 70 年代末在全球發(fā)展起來的模擬移動電話在 90 年 代中期被數字移動電話所代替，現有的模擬電視也正在被數字電視所代替。數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。 通信技術的發(fā)展現狀和趨勢 進入 20 世紀以來，隨著晶體管、集成電路的出現與普及、無線通信迅速發(fā)展。特別是在 20 世紀后半葉，隨著人造地球衛(wèi)星的發(fā)射，大規(guī)模集成電路、電子計算機和光導纖維等現代技術成果的問世，通信技術在以下幾個不同方向都取得了巨大的成功。 （ 1） 微波中繼通信使長距離、大容量的通信成為了現實。 （ 2） 移動通信和衛(wèi)星通信的出現，使人們隨時隨地可通信的愿望可以實現。 （ 3） 光導纖維的出現更是將通信容量提高到了以前無法想象的地步。 （ 4） 電子計算機的出現將通信技術推上了更高的層次，借助現代電信網和計算機的融合，人們將世界變成了地球村。 9 （ 5） 微電子技術的發(fā)展，使通信終端的體積越來越小，成本越來越低，范圍越來越廣。例如， 2021 年我國的移動電話用戶首次超過了固定電話用戶。根據國家信息產業(yè)部的統(tǒng)計數據，到 2021 年底移動電話用戶近 4 億。 隨著現代電子技術的發(fā)展，通信技術正向著數字化、網絡化、智能化和寬帶化的方向發(fā)展。隨著科學技術的進步，人們對通信的要求越來越高，各種技術會不斷地應用于通信領域， 各種新的通信業(yè)務將不斷地被開發(fā)出來。到那時人們的生活將越來越離不開通信。 本論文的任務 對數字調制系統(tǒng)的功能、原理能夠深入的理解。同時學會使用MATLAB 并熟悉 SIMULINK 的工作原理，能夠利用 SIMULINK 進行建模和仿真。 學會三種基本調制制度 2ASK、 2FSK和 2PSK的基本原理并能夠分別對它們的功率譜密度進行分析。 基本掌握利用 SIMULINK 建立模型并能夠對三種基本調制制度的功率譜密度進行仿真 。 最后 通過研究數字調制系統(tǒng)的三種基本調制制度 及其功率譜密度 ，培養(yǎng)獨立思考研究的能力， 并能夠對研究結果進行分析。對數字調制系統(tǒng)有了進一步的理解，學會利用工具軟件 SIMULINK 建立仿真模型并能 對研究結果進行仿真。 研究內容與安排 第 1章 介紹了課題研究的意義及目的， 簡要的介紹了通信技術的發(fā)展狀況，最后介紹本論文的主要任務 。 第 2章 簡要地介紹了移動 衰落 信道建模的幾種常見方法，并對每種方法的優(yōu)缺點 以及使用場合作了說明。 10 第 3章 主要介紹了描述常見移動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