【正文】 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(hào)調(diào)制到更高頻率的載波上進(jìn)行傳輸。因此，不同的環(huán)境需要采用不同的信道模型進(jìn)行仿真。從圖中可以看出，在三個(gè)信道中， BFSK 調(diào)制信號(hào)的誤比特率隨著信噪比的增加而降低。 (2)仿 真模型設(shè)計(jì)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。 仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì) （ BFSK 在三種傳輸信道中 的傳輸性能分析 ） 將數(shù)字信號(hào)調(diào)制在 載波的頻率上的調(diào)制方法稱(chēng)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]。 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(hào)在時(shí)間上 的相關(guān)性。 白噪聲及 高斯白噪聲 在研究信號(hào)調(diào)制時(shí)，為了分析方便，把噪聲假想成一種理想化的形式，認(rèn)為它通信的頻段不受限于實(shí)際 通信系統(tǒng)的頻段，并包括電磁輻射全部可見(jiàn)頻率，這種噪聲稱(chēng)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(chēng)為白噪聲。 (2)倫琴衰落信道。如果這一散射信道中不存在主要的信號(hào)分量，通常這一條件是指不存在直射信號(hào)（ LoS），則這一過(guò)程的均值為 0，且相位服從 0 到 2π 的均勻分布。 隨參信道的特性比恒參信道要復(fù)雜的多。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(zhǎng)的電磁波傳播信道。信道的傳輸質(zhì)量影響這些信號(hào)的接收與解調(diào)。 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 [9]。 仿真實(shí)驗(yàn) 仿真實(shí)驗(yàn)是一個(gè)或一系列針對(duì)仿真模型的測(cè)試。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。 (2)對(duì)信號(hào)調(diào)制中的主要環(huán)節(jié)，包括 信道、 噪聲以及信號(hào)調(diào)制的原理、方法和過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。 (4)軟件實(shí)驗(yàn)建設(shè)開(kāi)發(fā)周期短，成本低。 信號(hào)調(diào)制仿真問(wèn)題的研究?jī)r(jià)值 信號(hào)調(diào)制仿真實(shí)質(zhì)上就是把硬件實(shí)驗(yàn)搬進(jìn)了計(jì)算機(jī)，可以把它看成是一種軟件實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)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(gè)結(jié)論應(yīng)用到對(duì)當(dāng)前信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)的改造中。正文 1 1 前 言 信號(hào)調(diào)制仿真的概念 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)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。 圖 11 仿真流程示意圖 從圖中可以看到，信號(hào) 調(diào)制仿真是一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過(guò)程，它從當(dāng)前系統(tǒng)出發(fā)，通過(guò)分析建立起一個(gè)能夠在一定程度上描述原信號(hào)調(diào)制的仿真模型，然后通過(guò)仿真當(dāng)前系統(tǒng) 改造后系統(tǒng) 仿真分析 仿真實(shí)驗(yàn) 仿真建模 結(jié)論分析 實(shí)際系統(tǒng) 仿真系統(tǒng) 正文 2 實(shí)驗(yàn)得到相關(guān)的數(shù)據(jù)。仿真的方法能更好的利用設(shè)計(jì)空間，很容易將數(shù)學(xué)和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)合起來(lái)，并結(jié)合設(shè)備和真實(shí)信號(hào)的特點(diǎn)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。 （ 3）硬件實(shí)驗(yàn)的精確度取決于元器件及工藝水平，軟件實(shí)驗(yàn)的精度取決于CPU 的運(yùn)算速度或者說(shuō)是程序的運(yùn)算量。 本論文針對(duì)信號(hào)調(diào)制仿真的研究主要做了以下的工作 : (1)介紹了信號(hào)調(diào)制仿真的相關(guān)內(nèi)容，包括信號(hào)調(diào)制仿真的一般步驟 和MATLAB 中的一種可視化仿真工具 Simulink。數(shù)學(xué)模型有多種分類(lèi)方式，包括確定性模型和隨機(jī)性模型，靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型 [7]。最簡(jiǎn)單的工具包括 MATLAB、OPNET、 NS2 等，這些軟件具有各自不同的特點(diǎn)，適用于不同層次的信號(hào)調(diào)制仿 真 [8]。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。 3 信道和噪聲研究及 其仿真 信道模型及其分類(lèi) 信道是傳輸 不同類(lèi)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(guò)信源編碼和信號(hào)調(diào)制轉(zhuǎn)化成調(diào)制信號(hào)，然后通過(guò)信道到達(dá)接收端，在接收端通過(guò)與發(fā)送端相反的過(guò)程得到原始數(shù)據(jù)。 信道可分為有界與無(wú)界兩大類(lèi)，即通常所說(shuō)的有線信道與無(wú)線信道。 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(duì)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。若傳播環(huán)境中存在足夠多的散射，則沖激信號(hào)到達(dá)接收機(jī)后表現(xiàn)為大量統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的隨機(jī)變量的疊加，根據(jù)中心極限定理，則這一無(wú)線信道的沖激響應(yīng)將是一個(gè)高斯過(guò)程。多普勒頻移與運(yùn)動(dòng)速度和方向有 關(guān)，它的計(jì)算公式為 ： fd=（ v/λ） *cos(θ)， 其中， v 是發(fā)送端和接收端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度， θ 是運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)。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(jì)特性 基 本上是高斯分布。 熱噪聲 和散粒噪聲是高斯白噪聲。信號(hào)包絡(luò)與噪聲包絡(luò)相差不大時(shí)，為萊 斯分布。根據(jù)以上 BFSK信號(hào)的產(chǎn)生原理，已調(diào)信號(hào)的數(shù)學(xué)表示為 : 0 s 1 2 n( ) [ ( ) ] c o s ( w t+ ) + [ ( ) ] c o s ( w t+ )n n n snne t a g t n T a g t n T＝ φ θ 式中 , )(tg 為單個(gè)矩形脈沖，脈寬為 Ts ， 正文 9 01a Pn P概 率 為概 率 為 1＝ { ， an 與 an 反碼，即 011a Pn P概 率 為概 率 為＝ { nφ ， nθ 分別是第 n 個(gè)碼元的初相位。 (4)仿真模型運(yùn)行結(jié)果及其分析 ， 如圖 34 所示 圖 34 BFSK 在三種傳輸信道中的性能 比較 上圖中 橫向 表示信噪比 (單位 :dB),縱向 表示信號(hào)的誤比特率 (對(duì)數(shù)坐標(biāo) )。對(duì)于郊區(qū)或農(nóng)村，由于視距傳播路徑的存在，同樣的發(fā)射功率可以獲得更好的傳輸效果，這時(shí)候采用倫琴衰落信道就顯得更加恰當(dāng)。根據(jù)調(diào)制前的信號(hào)是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)可以把信號(hào)調(diào)制方式分成兩類(lèi) :模擬調(diào)制方式和數(shù)字調(diào)制方式。 數(shù)字信號(hào)調(diào)制 脈沖振幅調(diào)制（ PAM） 所謂脈沖振幅調(diào)制，即是脈沖載波的幅度隨基帶信號(hào)變化的一種調(diào)制方式。所謂脈 幅調(diào)制 (PAM)，即是脈 沖載波的幅度隨基帶信號(hào)變化的一種調(diào)制方式。設(shè)正交幅度調(diào)值的發(fā)射信號(hào)集大小為 N，稱(chēng)之為 NQAM。 圖 42 多進(jìn)制頻率調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制方框圖 (1)最小頻移鍵控 (MSK)信號(hào) 頻偏指數(shù)的定義是為 ： h=2Δf/Rb=2ΔfTb=（ f1f2)/Rb=n/2 n=1,2,… 顯然，頻偏指數(shù)的意義是，在保證傳號(hào)與空號(hào)信號(hào)正交的條樣下， FSK 采用的兩個(gè)載波頻率之差 2Δf=f1f2的取值大小，可由 h 取值來(lái)決定。高斯低通濾 波器作為 MSK 調(diào)制的前置濾波器，它的作用是使基帶方波的“棱角”加以圓滑。 PAM 基帶調(diào)制器模塊產(chǎn)生的基帶調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò) AWGN Channel(加性高 斯白噪聲 信道模塊 )后由 MPAM Demodulator Baseband (PAM 基 帶 解 調(diào) 器 模 塊 ) 進(jìn) 行 解 調(diào) 。其中實(shí)線表示 PAM 調(diào)制的誤碼率，虛線表示 QAM 調(diào)制的誤碼率。 （ 2） 仿真模型設(shè)計(jì)分析及其組成結(jié)構(gòu) GSM (Global System for Mobile munication)是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的一種數(shù)字移動(dòng)信號(hào)調(diào)制。需要指出的是， GMSK 調(diào)制信號(hào)的誤碼率不僅取決于信號(hào)的 信噪比，還跟 GMSK 調(diào)制器模塊參數(shù) Samples Per Symbol有關(guān)。鑒于數(shù)字傳輸技術(shù)的特點(diǎn)以及 GSM 規(guī)范中有關(guān)空中接口和話音編碼的定義，在門(mén)限值以上時(shí)，話音質(zhì)量總是達(dá)到相同的水平而與無(wú)線傳輸質(zhì)量無(wú)關(guān)。 ⑥ 與 ISDN、 PSTN 等的互連。以下幾個(gè)方面需要改進(jìn)或深入的： ① 這些模型大部分是針對(duì)信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)某一方面的性能而設(shè)計(jì)的，雖然能說(shuō)明一定問(wèn)題，但整體規(guī)劃比較小，今后應(yīng)該研究比較復(fù)雜的情況。在 Simulink 中，仿 真模型表現(xiàn)為若干仿真模塊之間的連接關(guān)系，使得仿真的設(shè)計(jì)和分析過(guò)程變得相對(duì)直觀和便捷，同時(shí)有利于仿真模型擴(kuò)充。的確，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)還不是很晚的，因?yàn)槲疫€要繼續(xù)讀書(shū)的。 % BFSK調(diào)制頻率間隔等于 24kHz FrequencySeparation=24000。 %計(jì)算 BitErrorRate的均值作為本次仿真的誤比特率 y(i)=mean(BitErrorRate)。 以上只是 BFSK 在高斯白噪聲信道中傳輸性能分析的 M 文件。),yLabel(39。 for i=1:length(x) % 信道的信噪比依次取 x中的元素 SNR=x(i)。 正文 21 參考文獻(xiàn) [1]齊歡 ,王小平 .系統(tǒng)建模與仿真仁 [M].北京 :清華大學(xué)出版社 ,2020. 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[5]肖冬榮 .系統(tǒng)科學(xué)及其當(dāng)前存在的問(wèn)題 [J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐， 1990。如今，伴隨著這篇畢業(yè)論文的最終成稿，復(fù)雜的心情煙消云散，自己甚至還有 一點(diǎn)成就感。 展望 經(jīng)過(guò)短暫的 四 個(gè)月的研究工作， 我 深深感到信號(hào)調(diào)制仿真這一領(lǐng)域要研究的內(nèi)容還非常多，自己研究的內(nèi)容在很多方面還需要不斷改進(jìn)，有以下幾個(gè)方面是可以繼續(xù)改進(jìn)或深入的 ： （ 1） 本文在深刻理解信號(hào)調(diào)制理論的基礎(chǔ)設(shè) 計(jì)了大量的仿真模型，但是這些模型大部分是針對(duì)信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)某一方面的性能而設(shè)計(jì)的，雖然能 說(shuō)明一定問(wèn)題，但整體規(guī)劃比較小，今后應(yīng)該研究比較復(fù)雜的信號(hào)調(diào)制。 GSM 系統(tǒng)可以提供全球漫游，當(dāng)然也需要網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者之間的某些協(xié)議，例如計(jì)費(fèi)。通過(guò)鑒權(quán)、加密和 TMSI 號(hào)碼的使用，達(dá)到安全的目的。由于采用了高效調(diào)制器、信道編碼、交織、均衡和語(yǔ)音編碼技術(shù)，使系統(tǒng)具有高頻譜效率。 GSM 系統(tǒng)包括 GSM 900：900MHz、 GSM1800： 1800MHz 及 GSM1900： 19