【正文】 調(diào)制是一個(gè)功能結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，對這個(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。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，防止對系統(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)研究和工程建設(shè)中不可缺少的方法 [12]。 與一般的仿真過程類似，在對信號調(diào)制實(shí)施仿真之前，首先需要研究信號調(diào)制的特性，通過歸納和抽象建立信號調(diào)制的仿真模型。值得注意的是，信號調(diào)制仿真并不是一個(gè)機(jī)械的過程，它實(shí)際上是人的思維活動在計(jì)算機(jī)協(xié)助下的一種延伸。用基于仿真的方法來估計(jì)性能時(shí)，系統(tǒng)可以用任何所期待的細(xì)節(jié) (主觀的，當(dāng)然有一定局限 )來模擬。在硬件實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，用各種電子元器件 制作出信號調(diào)制中的理論模型所規(guī)定的各個(gè)模塊，再把它們通過導(dǎo)線或電纜等接在一起，然后再用示波器、頻譜議、誤碼儀等信號調(diào)制儀表做各種測量，最后分析測量結(jié)果。 (2)軟件實(shí)驗(yàn)更有助于我們 較為全面地研究信號調(diào)制。 信號調(diào)制仿真問題的研究現(xiàn)狀 計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展十分迅速，出現(xiàn)了大量實(shí)用仿真軟件與工具，并應(yīng)用于信號調(diào)制建模，分析和設(shè)計(jì)，使得信號調(diào)制仿真發(fā)展很快。這樣尖銳對立的兩個(gè)方面的要求，只有通過使用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)技術(shù)和工具才能實(shí)現(xiàn)。 (3)在理解信號調(diào)制理論的基礎(chǔ)上，利用 MATLAB 強(qiáng)大的仿真功能，設(shè)計(jì)了具體的信號調(diào)制模型。 仿真建模 仿真建模是根據(jù)實(shí)際信號調(diào)制建立仿真模型的過程，它是整個(gè)信號調(diào)制仿真過程中的一個(gè)關(guān)鍵步驟，因?yàn)榉抡婺Ｐ偷暮脡闹苯佑绊懼抡娼Y(jié)果的真實(shí)性和可靠性。靜態(tài)模型不需要考慮時(shí)間變化因素，動態(tài)模型的輸入輸出變量則需要考慮時(shí)間變化因素。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)的誤幀率等等。在仿真實(shí)驗(yàn)過程中，通常需要多次改變仿真模型輸入信號的數(shù)據(jù)，以觀察和分析仿真模型對這些輸入信號的反應(yīng)，以及仿真系統(tǒng)在這個(gè)過程中表現(xiàn)出來的性能。 仿真分析 仿真分析是一個(gè)信號調(diào)制仿真流程中的最后一個(gè)步驟。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。 Simulink 是 MATLAB 提供的用于動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的工具包。這種影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是產(chǎn)生噪聲，二是減弱信號的強(qiáng)度和改變信號的形狀。加性高斯白噪聲 （ AWGN） 是一種常見的噪聲，它存在于各種傳輸媒介中，包括有線信道和無線信道。 正文 6 根據(jù)各種信道不同的特征和參量及其變化情況，又將它們分為恒參信道和隨參信道。反映在時(shí)域，如信道時(shí)延、抖動，尚有電平波動和非線性等。由于地面以上不同高度大氣的電離層濃度不同，并隨 氣 流性變化，對短波傳輸具有反射作用，對超短波具有對流層散射作用。這種模型假設(shè)信號通過無線信道之后，其信號幅度是隨機(jī)的，即 “ 衰落 ” ，并 且其包絡(luò)服從 瑞利分布 。 即信道響應(yīng)的能量或包絡(luò)服從瑞利分布。 瑞利衰落信道是移動通信中相當(dāng)重要的衰落信道，它在很大程度上影響著移正文 7 動通信系統(tǒng)的 質(zhì)量 。 在移動通信系統(tǒng)中，如果發(fā)送端和接收端存在一條占優(yōu)勢的視距傳播路徑，這種信道就可以模擬成倫琴衰落信道。 噪聲主要分為加性噪聲和乘性噪聲。由于白噪聲的 帶寬無限，其平均功率為無窮大，因此，真正的“白”的噪聲是不存在的，它只是構(gòu)造的一種理想化的噪聲形式，其中“白”和白光中的“白”有相同的意思；白光指在電磁輻射可見范圍內(nèi)所有頻率分量的數(shù)值都相等。 高斯白噪聲是分析信道加性噪聲的理想模型，通信中的主要噪聲源 熱噪聲就屬于這類噪聲。這是考查一個(gè)信號的兩個(gè)不同方面的問題。窄帶噪聲包絡(luò)為瑞利分布，相位為均勻分布。 (1)BFSK 信號概述 由于實(shí)際通信中不少信道都不能直接傳輸基帶信號，因此，必須用基帶信號對載波波形的某些參數(shù)進(jìn)行控制，使載波的這些參量隨基帶信號變化而變化，即所謂載波調(diào)制。 設(shè)信 息源發(fā)出的由二進(jìn)制符號0,1 組成的序列，且假定 0 符號出現(xiàn)的概率為 P,1 符號出現(xiàn)的概率為 1P，它們彼此獨(dú)立。 (3)仿真模型設(shè)計(jì)分析及其組成結(jié)構(gòu) 如圖 31，圖 32，圖 33 圖 31 BFSK 在高斯白噪聲信道中的傳輸?shù)姆抡婺Ｐ? 圖 32 BFSK 在多徑瑞利衰落信道中傳輸?shù)姆抡婺Ｐ? 圖 33 BFSK 在倫琴衰落信道中的傳輸?shù)姆抡婺Ｐ? 這三個(gè)傳輸系統(tǒng)的信源都是隨機(jī)整數(shù)產(chǎn)生 器 (Random Integer Generator)， 在接收端解調(diào)后的信號通過誤碼率計(jì)算器 (Error Rate Calculation)計(jì)算信號的誤比特率。它的輸入信號是標(biāo) 量 形式或幀格式的復(fù)信號，輸入信號被延遲一定時(shí)間之后形成多徑信號，這些多徑信號分別乘以相應(yīng)的增益，迭加之后就形成了瑞利衰落信號。對于相同的信噪比，倫琴信道的誤比特率明顯優(yōu)于多徑瑞利衰落信道。在移動通信中，瑞利衰落是不可以避免的，因此需要 采取其它措施來提高通信系統(tǒng)的性能。 0 5 10 15104103102101100S N R ( d B )Bit Error RateB F S K 在三種傳輸信道中的性能比較瑞利信道倫琴信道高斯信道正文 11 (5)M 文件程序代碼 見附錄 2。 信號解調(diào)是信號調(diào)制過程的逆過程， 其作用是將已調(diào)信號中的調(diào)制信號恢復(fù)出來。 載波調(diào)制 的主要目的在于 ： 第一，在無線傳輸 中，信號 是 以電磁波的形式通過天線輻射到空間的。 因此，調(diào)制對通信系統(tǒng)的有效性和可靠性有著很大的影響和作用。但是，實(shí)際上真正的沖激脈沖串是不可能實(shí)現(xiàn)的，而通常只能采用窄脈沖串來實(shí)現(xiàn)，因此，研究窄脈沖作為脈沖載波的 PAM 方式，將更加具有實(shí)際意義。通常，按基帶信號改變脈沖參數(shù) (幅度、寬度、時(shí)間位置 )的不同，把脈沖調(diào)制又分為脈幅調(diào)制 (PAM)、脈寬調(diào)制 (PDM)和脈位調(diào)制 (PPM)等。但是，實(shí)際上的真正的沖激脈沖串并不能實(shí)現(xiàn)，而通常只能采用窄帶脈沖串來實(shí)現(xiàn)。 類似與其他數(shù)字調(diào)制方式， QAM 發(fā)射信號集 可以用 星座圖方便地表示。數(shù)字通信中數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制表示，這種情況下星座點(diǎn)的個(gè)數(shù)一般是 2 的冪。因此高階星座圖的可靠性比低階要差。 最小頻移鍵控 (MSK)信 號恒定包絡(luò)，功率譜性能好，具有較強(qiáng)的抗噪聲干擾能力，特別是 MSK 的幾種改進(jìn)技術(shù)，大量用于移動通信，抗衰落性能好。高斯最小頻移鍵控 (GMSK)就是針對上述要求提出來的 [1819]。以上的要求分別是為了抑制高頻成分，防止過量的瞬間頻率偏移以及進(jìn)行相干檢測所需要的。本仿真模型將考察這兩種調(diào)制方式的抗噪聲性能。 (2)仿真模型設(shè)計(jì)分析及其組成結(jié)構(gòu) 其中 PAM 仿真 模型結(jié)構(gòu)圖如圖 43， QAM 仿真模型結(jié)構(gòu)圖如圖 44， 在 PAM 調(diào)制的仿真模型中， Random Integer Generator(隨機(jī)整數(shù)產(chǎn)生器 )產(chǎn)生一個(gè)八進(jìn)制整數(shù)序列，這個(gè)整數(shù)序列通過 MPAM Modulator Baseband(PAM 基帶調(diào)制模塊 )進(jìn)行調(diào)制，得到 基帶調(diào)制信號。在 QAM 調(diào)制的仿真模型中，信源、信道和信宿都與 PA M 仿真模型保持一致，這樣便于在相同條件下比較兩種調(diào)制方式的性能。 另 外，當(dāng)增大 Samples per symbol 的數(shù)值時(shí)， PAM 和 QAM 的抗噪性能也隨之增強(qiáng)，仿真得到的誤碼率也將降低，并且逐漸趨向于理論計(jì)算值。高斯低通濾波器的作用是使基帶方 波的“棱角”加以圓滑。 GSM 為全球移動通訊系統(tǒng)，俗稱 全球通 ，是一種起源于歐洲的移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是第二代移動通信技 術(shù)，其開發(fā)目的是讓全球各地可以共同使用一個(gè)移動電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，讓用戶使用一部手機(jī)就能行遍全球。從圖中可以看出，隨著信道的信噪比的增加， GMSK 調(diào)制信號的誤碼率也越來越低。從圖 48 可以看出，增加這個(gè)參數(shù)的值， GMSK 調(diào)制信號的誤碼率將隨之降低。由于每個(gè)信道傳輸帶寬增加，使同頻 復(fù)用栽干比要求降低至 9dB，故 GSM系統(tǒng)的同頻復(fù)用模式可以縮小到 4/12或 3/9甚至更小（模擬系統(tǒng)為 7/21） ；加上半速率話音編碼的引入和自動話務(wù)分配以減少越區(qū)切換的次數(shù)，使 GSM 系統(tǒng)的容量效率（每兆赫每小區(qū)的信道數(shù)）比 TACS 系統(tǒng)高 3～ 5 倍。 GSM 標(biāo)準(zhǔn)所提供的開放性接口，不僅限于空中接口，而且正文 17 報(bào)刊網(wǎng)絡(luò)直接以及網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備實(shí)體之間，例如 A 接口和 Abis 接口。加密用于空中接口，由 SIM 卡和網(wǎng)絡(luò) AUC 的密鑰決定。 ⑦ 在 SIM 卡基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)漫游。 GMSK 基帶調(diào)制信號首先通過一個(gè) AWGN Channel(加性高斯白噪聲信道模塊 )，然后由 GMSK Demodulator Baseband(GMSK 基帶解調(diào)器模塊 )對其實(shí)施解調(diào)，得到二進(jìn)制解調(diào)信號，最后由 Error Rate Calculation(誤碼率統(tǒng)計(jì)模塊 )統(tǒng)計(jì) GMSK 調(diào)制信號的誤碼率。雖然信噪比是研究信號調(diào)制性能分析非常重要的參量，它對信號調(diào)制系統(tǒng)的影響是很大，但還可以拓寬思路，結(jié)合信號調(diào)制系統(tǒng)的其他重要參量，設(shè)計(jì)仿真模型，對系統(tǒng)性能進(jìn)行更全面的分析。雖然信噪比是研究 信號調(diào)制 性能 分析非常重要的參量，它對信號調(diào)制系統(tǒng)的影響是很大，但還可以拓寬思路，結(jié)合信號調(diào)制 系統(tǒng)的其他重要參量，設(shè)計(jì)仿真模型，對系統(tǒng)性能進(jìn)行更全面的分析。所以，在今后的研究，設(shè)計(jì)仿真模型時(shí)，可利用多種仿真軟件，發(fā)揮各種軟件的特長，使得系統(tǒng)仿真效果更精確。 在寫論文期間，還要感謝我的幾個(gè)好朋友，他們替我分擔(dān)了好多的任務(wù)，他們幫我搜集資料，找參考書，和我一起探討論文問題，我們互相學(xué)習(xí)，互相進(jìn)步，在探討過程中我學(xué)到了好多的東西。還有上網(wǎng)用的一些很有用的網(wǎng)站，他們提供了很多珍貴的材料，讓我學(xué)到了一些書本上沒有學(xué)習(xí)到的東西，感謝一路上支持幫助我的朋友，老師?? 由于考研，我的論文寫得比較倉促，對論文的研究 可能 不是很深刻， 對仿真技術(shù)的研究還不是很深入， 還有論文的某些 地方可能 不是很完善，有待進(jìn)一步完善，懇請老師、同學(xué)們 給予 指正。 正文 25 附錄 2 BFSK 在三種傳輸信道中的傳輸性能分析 的 M 文件如下 ： % x 表示信噪比 x=0:15。 % 仿真時(shí)間設(shè)置為 10s SimulationTime=10。project1_339。 xLabel(39。)