【正文】 過程若廣義平穩(wěn)，則同時也嚴(yán)格平穩(wěn)。 熱噪聲 和散粒噪聲是高斯白噪聲。在實際中，只要噪聲的功率譜均勻分布的頻率范圍遠遠大于通信系統(tǒng)的工作頻帶，我們就可以把它視為白噪聲。通常將宇宙噪聲、散彈噪聲和熱噪聲歸為起伏噪聲，它們的統(tǒng)計特性 基 本上是高斯分布。 噪聲概述及高斯白噪聲 噪聲概述 及分類 信號在 信道中傳輸，要受到信道特性及噪聲的影響，致使信號接收造成某些差錯。多普勒頻移與運動速度和方向有 關(guān)，它的計算公式為 ： fd=（ v/λ） *cos(θ)， 其中， v 是發(fā)送端和接收端的相對運動速度， θ 是運動方向與發(fā)送端和接收端連線之間的夾角， λ=c/f是載波的波長。通常將信道增益以等效基帶信號表示，即用一復(fù)數(shù)表示信道的幅度和相位特性。若傳播環(huán)境中存在足夠多的散射，則沖激信號到達接收機后表現(xiàn)為大量統(tǒng)計獨立的隨機變量的疊加，根據(jù)中心極限定理，則這一無線信道的沖激響應(yīng)將是一個高斯過程。 (1)瑞利衰落信道。 隨參信道 隨參信道包括短波電離層反射、超短波流星余跡散射，超短波及微波對流層散射，超短波電離層散射以及超短波超視距繞射等傳輸媒質(zhì)所分別構(gòu)成的信 道。 恒參信道 恒參信道是指由架空明線、電纜、中長波地波傳輸，超短波及微波視距傳輸，人造衛(wèi)星中繼，光導(dǎo)纖維以及光波視距傳輸?shù)葌鬏斆襟w構(gòu)成的信道。 信道可分為有界與無界兩大類，即通常所說的有線信道與無線信道。因此，在設(shè)計信號調(diào)制仿真的過程中，信道對傳輸信號的影響是一個不可或缺的環(huán)節(jié)。 3 信道和噪聲研究及 其仿真 信道模型及其分類 信道是傳輸 不同類型通信業(yè)務(wù)的各種物理媒體 的通道 [14]，發(fā)送端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)經(jīng)過信源編碼和信號調(diào)制轉(zhuǎn)化成調(diào)制信號，然后通過信道到達接收端，在接收端通過與發(fā)送端相反的過程得到原始數(shù)據(jù)。 MATLAB 將高性能的數(shù)值計算和可視化集成在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)計算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計工作，而且利用 MATLAB 產(chǎn)品的開放式結(jié)構(gòu)，可以非常容易地對 MATLAB 的功能進行擴充，從而在不斷深化對問題認識的同時，完善MATLAB 產(chǎn)品以提高產(chǎn)品自身的競爭能力 [1011]。常用的系統(tǒng)性能尺度包括平均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、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。 仿真的運行實際上是計算機的計算過程，這個過程一般不需要人工干預(yù)，花費的時間由仿真的復(fù)雜度確定。最簡單的工具包括 MATLAB、OPNET、 NS2 等，這些軟件具有各自不同的特點，適用于不同層次的信號調(diào)制仿 真 [8]。 在仿真建模過程中，首先需要分析實際系統(tǒng)存在的問題或設(shè)立系統(tǒng)改造的目標(biāo)。數(shù)學(xué)模型有多種分類方式，包括確定性模型和隨機性模型，靜態(tài)模型和動態(tài)模型 [7]。 2 仿真步驟及 MATLAB 簡介 仿真的一 般步驟 仿真一般分成 三 個步驟，即仿真建模、仿真實驗和仿真分析 [6]。 本論文針對信號調(diào)制仿真的研究主要做了以下的工作 : (1)介紹了信號調(diào)制仿真的相關(guān)內(nèi)容，包括信號調(diào)制仿真的一般步驟 和MATLAB 中的一種可視化仿真工具 Simulink。 現(xiàn)代計算機軟硬件技術(shù)的快速發(fā)展，新一代的可視化的仿真軟件的使用使得信號調(diào)制仿真的設(shè)計和分析過程變得相對直觀和便捷，推動了信號調(diào)制仿真的快速發(fā)展。 （ 3）硬件實驗的精確度取決于元器件及工藝水平，軟件實驗的精度取決于CPU 的運算速度或者說是程序的運算量。 與硬件實驗相比，軟件實驗具有如下一些優(yōu)點 [4]： (1)軟件實驗具有廣泛的適應(yīng)性和極好的靈活性。仿真的方法能更好的利用設(shè)計空間，很容易將數(shù)學(xué)和經(jīng)驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)合起來，并結(jié)合設(shè)備和真實信號的特點進行分析和設(shè)計。以簡化模型為 基礎(chǔ)的公式法只能應(yīng)用于一些理想化和過于簡單的例子，要想估計出復(fù)雜信號調(diào)制的性能是非常困難的。 圖 11 仿真流程示意圖 從圖中可以看到，信號 調(diào)制仿真是一個循環(huán)往復(fù)的過程，它從當(dāng)前系統(tǒng)出發(fā)，通過分析建立起一個能夠在一定程度上描述原信號調(diào)制的仿真模型，然后通過仿真當(dāng)前系統(tǒng) 改造后系統(tǒng) 仿真分析 仿真實驗 仿真建模 結(jié)論分析 實際系統(tǒng) 仿真系統(tǒng) 正文 2 實驗得到相關(guān)的數(shù)據(jù)。因此，在對原有的系統(tǒng)作出改進 或建立一個新系統(tǒng)之前，通常需要對這個系統(tǒng)進行建模和仿真。正文 1 1 前 言 信號調(diào)制仿真的概念 仿真是衡量系統(tǒng)性能的工具，它通過仿真模型的仿真結(jié)果來判斷原系統(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)用于實際系統(tǒng)中，這個過程就是信號調(diào)制仿真 [3]。通過對仿真數(shù)據(jù)的分析可以得到相應(yīng)的結(jié)論，然后把這個結(jié)論應(yīng)用到對當(dāng)前信號調(diào)制系統(tǒng)的改造中?；跍y量的性能估計方法通常代價很高，并且很不靈活。 信號調(diào)制仿真問題的研究價值 信號調(diào)制仿真實質(zhì)上就是把硬件實驗搬進了計算機，可以把它看成是一種軟件實驗。在硬件實驗中改變系統(tǒng)參數(shù)也許意味著要重做硬件，而在軟件實驗中則是改一、兩個數(shù)據(jù)，甚至只是在屏幕上按幾下鼠標(biāo)。 (4)軟件實驗建設(shè)開發(fā)周期短，成本低。 本論文的主要研究內(nèi)容 現(xiàn)代通信的發(fā)展要求信號調(diào)制技術(shù)越來越強，性能越來越高，構(gòu)成越來越復(fù)雜 ； 另一方面，要求信號調(diào)制技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)縮短周期，降低成本，提高水平。 (2)對信號調(diào)制中的主要環(huán)節(jié)，包括 信道、 噪聲以及信號調(diào)制的原理、方法和過程進行了詳細的闡述。應(yīng)該注意的是，信號調(diào)制仿真是一個螺旋式發(fā)展的過程，因此，這 三 個步驟可能需要循環(huán)執(zhí)行多次之后才能夠獲得令人滿意的仿真結(jié)果。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 機模型中，至少有一個輸入變量是隨機的。并且把這些問題和目標(biāo)轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)變量和公式。 仿真實驗 仿真實驗是一個或一系列針對仿真模型的測試。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)值時具有相同的輸入信 號，這樣才能夠保證分析和比較的客觀性和可靠性。 圖表是最簡潔的說明工具，它具有很強的直觀性，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 [9]。 MATLAB 是 MATLAB 產(chǎn)品家族的基礎(chǔ)，它提供了基本的數(shù)學(xué)算法，例如矩陣運算、數(shù)值分析算法， MATLAB 集成了 2D 和 3D 圖形功能，以完成相應(yīng)數(shù)值可視化的工作，并且提供了一種交互式的高級編程語言 — M 語言，利用 M 語言可以通過編寫腳本或者函數(shù)文件實現(xiàn)用戶自己的算法 [12]。信道的傳輸質(zhì)量影響這些信號的接收與解調(diào)。 在信號傳輸?shù)倪^程中，它會不可避免地 受到各種干擾，這些干擾統(tǒng)稱為“噪聲”。前者如雙絞線、電纜、光纖、波導(dǎo)等，后者為自由空間提供的各種頻段或波長的電磁波傳播信道。 恒參信道以有線信道為最典型，其特征參數(shù)主要是頻率特征，如幅度頻率特征與相位頻率特征及頻率漂移等。 隨參信道的特性比恒參信道要復(fù)雜的多。 瑞利衰落 信道（ Rayleigh fading channel）是一種無線電信號傳播環(huán)境的統(tǒng)計模型。如果這一散射信道中不存在主要的信號分量，通常這一條件是指不存在直射信號（ LoS），則這一過程的均值為 0，且相位服從 0 到 2π 的均勻分布。由此瑞利衰落即可由這一復(fù)數(shù)表示，它的實部和虛部服從于零均值的獨立同分布高斯過程。 (2)倫琴衰落信道。此時受到干擾及噪聲影響的信號可稱為受擾信號。 白噪聲及 高斯白噪聲 在研究信號調(diào)制時，為了分析方便，把噪聲假想成一種理想化的形式，認為它通信的頻段不受限于實際 通信系統(tǒng)的頻段，并包括電磁輻射全部可見頻率，這種噪聲稱為白噪聲，即：如果噪聲的功率譜密度在所有頻率上均為一常數(shù)，那么此噪聲就稱為白噪聲。 正文 8 如果一個噪聲，它的幅度分布服從 高斯分布 ，而它的功率譜密度又是均勻分布的，則稱它為高斯白噪聲。 所謂高斯白噪聲中的高斯是指概率分布是正態(tài)函數(shù)，而白噪聲是指它的二階矩不相關(guān)，一階矩為常數(shù)，是指先后信號在時間上 的相關(guān)性。窄帶高斯噪聲及其同相、正交分量均值皆為 0，方差均等于窄帶高斯噪聲本身的方差，同相分量與正交分量不相關(guān)且統(tǒng)計獨立。 仿真系統(tǒng)設(shè)計 （ BFSK 在三種傳輸信道中 的傳輸性能分析 ） 將數(shù)字信號調(diào)制在 載波的頻率上的調(diào)制方法稱為頻移鍵控（ FSK），它也包括二電平頻移鍵控（ BFSK）和多電平頻移鍵控（ MFSK） [18]。在 BFSK 中，載波的頻率隨二進制基帶信號在 f1 和 f2 兩個頻率點間變化。 (2)仿 真模型設(shè)計目的 探討 BFSK 在高斯白噪聲、多徑瑞利衰落和 倫琴 衰落 信道中的傳輸性能。利用多徑 瑞利衰落信道 (Multipath Rayleigh Fading Channel)模塊，實現(xiàn) 基帶信號的多徑瑞利信道仿真。從圖中可以看出，在三個信道中， BFSK 調(diào)制信號的誤比特率隨著信噪比的增加而降低。這樣，如果在瑞利衰落信道中獲得與高斯白噪聲信道相同的傳輸效果，就需要增加信號的信噪比。因此，不同的環(huán)境需要采用不同的信道模型進行仿真。在無線通信中和其他大多數(shù)場合，調(diào)制一詞均指載波調(diào)制。另外，根據(jù)調(diào)制信號是否存在載波還可以把模擬調(diào)制方式分為 基帶調(diào)制和頻帶調(diào)制，其中基帶調(diào)制方式不需要載波，頻帶調(diào)制方式則把基帶信號調(diào)制到更高頻率的載波上進行傳輸。 第三， 擴展信號帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力、還可實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。如果脈沖載波是由沖激脈沖組成的 ，則前面所說的抽樣定理，就是脈沖振幅調(diào)制的原理。 除 正弦型信號外，在時間上連續(xù)的脈沖串，同樣可以作為載波，這時的調(diào)制是用基帶信號去改變脈沖的某些參數(shù)而達到的，人們常把這種調(diào)制稱為脈沖調(diào)制。如果脈沖載波是由沖激脈沖組成的，則抽樣定理就是脈沖振幅調(diào)制的原理。因此，它比單一參量受控數(shù)字符號的頻帶傳輸方式更富有抗干擾能力。星座點經(jīng)常采用水平和垂直方向等間距的正交網(wǎng)格配置，當(dāng)然也有其他的配置方式。但是，如果在星座圖的平均能量保持不變的情況下增加星座點，會使星座點之間的距離變小，進而導(dǎo)致誤碼率上升。 最小頻移鍵控 (MSK)信號是由滿足正交條件且頻偏指數(shù) h=1/2 的兩個載波構(gòu)成的 CPFSK 信號，帶寬 BMSK=2Rb+f1f2=2Rb+1/2Rb=。 MSK 信號仍不能滿足這樣苛刻的要求。 高斯低