【文章內(nèi)容簡介】 通過仿真模型的仿真結(jié)果去判斷系統(tǒng)的性能，為新系統(tǒng)的建立或原系統(tǒng)的改進(jìn)提供有效地參考，仿真是衡量系統(tǒng)性能的工具。仿真是工程建設(shè)、科學(xué)研究不可缺少的方法。通過仿真，可以減小系統(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。 與一般的仿真過程相類似，在對通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真之前，首先需要研究通信系統(tǒng)的特征，依靠歸納和抽象建立通信系統(tǒng)的仿真模型，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通信系統(tǒng)的仿真模型，然后通過仿真實(shí)驗(yàn)得到相關(guān)的數(shù)據(jù)。通過對仿真結(jié)果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)前通信系統(tǒng)的改進(jìn)中。如果改造后通信系統(tǒng)的性能并不像仿真結(jié)果那樣好，還需要再一次實(shí)施通信系統(tǒng)仿真，這時候改造后的通信系統(tǒng)就成了當(dāng)前系統(tǒng)，并且 開始新一輪的通信系統(tǒng)仿真過程。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 通信系統(tǒng)仿真可以分成離散事件仿真和連續(xù)事件仿真。在離散事件仿真中，仿真系統(tǒng)只對離散事件做出反應(yīng)，而在連續(xù)事件仿真中，仿真系統(tǒng)對輸入信號產(chǎn)生連續(xù)的輸出信號。離散事件仿真是對實(shí)際通信系統(tǒng)的一種簡化，它的仿真建模比較簡單，整個仿真過程需要花費(fèi)的時間也比連續(xù)仿真少。雖然離散事件仿真舍棄了一些仿真細(xì)節(jié)，在有些場合顯得不夠具體，但仍然是通信系統(tǒng)仿真的主要形式。 值得注意的是，在整個通信系統(tǒng)的仿真過程中，人為因素自始至終起著相當(dāng)重要的作用。除了仿真程序的運(yùn)行之外，通信系統(tǒng)的每個步驟都需要進(jìn) 行人工干預(yù)，由人對當(dāng)前的情況做出正確的判斷。因此，通信系統(tǒng)仿真并不是一個機(jī)械的過程，它實(shí)際上人的思維活動在計算機(jī)協(xié)助下的一種延伸 [2]。 通信系統(tǒng)仿真的重要作用 通信系統(tǒng)仿真在通信系統(tǒng)工程設(shè)計中起著舉足輕重的作用。 在過去幾十年里，通信和信號處理系統(tǒng)的復(fù)雜程度顯著地提高了。與此同時出現(xiàn)了一系列新的技術(shù)，如用于數(shù)字信號處理的價格不高但速度很快的硬件，光纖光學(xué)器件，集成光學(xué)設(shè)備和單片微波集成電路，這些對通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)均有重要影響。通信系統(tǒng)復(fù)雜度的提高使得用來分析和設(shè)計系統(tǒng)的時間和精力也相應(yīng)提高了， 然而在商用產(chǎn)品中引入新技術(shù)要求設(shè)計能做到短時，高效，省力，而這些要求只有通過使用強(qiáng)大的計算機(jī)輔助分析和設(shè)計工具才能實(shí)現(xiàn)。 通信系統(tǒng)仿真問題的提出 通信系統(tǒng)的性能可以用公式計算的方法，波形級仿真或通過硬件樣機(jī)研究和測量來估計得到。以簡化模型為基礎(chǔ)的公式法只能應(yīng)用于一些理性化和過于簡單的例子，要想估計出復(fù)雜通信系統(tǒng)的性能是比較困難的?；跍y量的性能估計方法通常代價很高，并且很不靈活。用基于仿真的方法來估計性能時，系統(tǒng)可以用任何所期待的細(xì)節(jié)來模擬。 與公式法或測量法相比較，仿真的方法能更好的利用實(shí)際 空間，很容易將數(shù)字和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)合起來，并結(jié)合設(shè)備和真實(shí)信號的特點(diǎn)進(jìn)行分析和設(shè)計。 通信系統(tǒng)仿真問題的研究價值 通信系統(tǒng)仿真實(shí)質(zhì)上就是把硬件實(shí)驗(yàn)搬進(jìn)了計算機(jī)，可以把它看成是一種軟件實(shí)驗(yàn)。在硬件實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，用各種電子元器件制作出通信系統(tǒng)中的理論模重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 型所規(guī)定的各個模塊，再把它們通過導(dǎo)線或電纜等接在一起，然后再用示波器，頻譜儀，誤碼儀等通信儀表做各種測量，最后分析測量結(jié)果。在軟件實(shí)驗(yàn)中我們也是這樣做，只不過所有通信模塊及通信儀表的功能都是用程序來實(shí)現(xiàn)的，通信系統(tǒng)的全過程在計算機(jī)中仿真運(yùn)行。 雖然軟件實(shí)驗(yàn)不 像硬件實(shí)驗(yàn)?zāi)菢幼屓烁械健罢鎸?shí)”，但對于許多通信問題的研究來說的確非常有效。與硬件實(shí)驗(yàn)相比，軟件實(shí)驗(yàn)具有如下一些優(yōu)點(diǎn)： (1)軟件實(shí)驗(yàn)更有助于我們較為全面地研究通信系統(tǒng)。有許多問題，通過硬件實(shí)驗(yàn)來研究可能非常困難，但在軟件實(shí)驗(yàn)中卻易于解決。 (2)軟件實(shí)驗(yàn)具有廣泛的適應(yīng)性和極好的靈活性。在硬件實(shí)驗(yàn)中改變系統(tǒng)參數(shù)也許意味著要重做硬件，而在軟件實(shí)驗(yàn)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)。 (3)軟件實(shí)驗(yàn)建設(shè)開發(fā)周期短，成本低。 (4)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)算速度或者說是程序的運(yùn)算量。 通信系統(tǒng)仿真問題的研究現(xiàn)狀 計算機(jī)輔助分析和設(shè)計技術(shù)發(fā)展十分迅速，大量使用仿真軟件與工具，并應(yīng)用于通信系統(tǒng)建模，分析和設(shè)計，使得通信系統(tǒng)仿真發(fā)展很快。計算機(jī)輔助技術(shù)基本上有兩大類：一是基于公式的方法，用計算機(jī)計算復(fù)雜的公式；二是用計算機(jī)仿真系統(tǒng)的信號波形，即波形級仿真。 現(xiàn)代計算機(jī)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通信系統(tǒng)仿真的設(shè)計和分析過程變得相對直觀和便捷，推動了通信系統(tǒng)仿真的快速發(fā)展。 通信系統(tǒng)仿真應(yīng)用到了通信系統(tǒng)工程實(shí)際的各個階段， 無論是從早期的概念設(shè)計，還是實(shí)現(xiàn)，測試，使用等各個階段。在概念定義階段，通信系統(tǒng)仿真獲得頂層指標(biāo)；在接下來的設(shè)計和研發(fā)中，通信系統(tǒng)仿真確定硬件研發(fā)的指標(biāo)，檢驗(yàn)已完成子系統(tǒng)對整個系統(tǒng)性能的影響；在運(yùn)行階段，通信系統(tǒng)仿真可以用來確定解決問題的方法；通信系統(tǒng)仿真還可以預(yù)測系統(tǒng)的使用壽命。 現(xiàn)代計算機(jī)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通信系統(tǒng)仿真的設(shè)計和分析過程變得相對直觀和便捷，推動了通信系統(tǒng)仿真的快速發(fā)展。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 本論文的主要研究內(nèi)容及意義 本課題以 MATLAB/Simulink 為設(shè)計 平臺，使用 Simulink 中的 CDMA 模塊庫和通信系統(tǒng)模塊庫建立 IS95A 系統(tǒng)的模型，對 CDMA 移動通信系統(tǒng)的反向業(yè)務(wù)信道進(jìn)行仿真。根據(jù) CDMA 反向信道系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)構(gòu)成，從Simulink 模塊庫中選取相應(yīng)的模塊進(jìn)行建模，設(shè)置模型的模塊參數(shù)和系統(tǒng)的仿真參數(shù)，再利用合適的算法對其進(jìn)行仿真和分析。 本章小節(jié) 本章主要對數(shù)字通信的發(fā)展概況和通信系統(tǒng)仿真的相關(guān)內(nèi)容作了相關(guān)介紹，并對文章主要內(nèi)容作了簡要說明。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 第二章 MATLAB 系統(tǒng)仿真概論 MATLAB 簡介 MATLAB 的發(fā)展歷程 MATLAB 是英文 MATrix LABoratory(矩陣實(shí)驗(yàn)室 )的縮寫。 MATLAB 軟件是由美國 Mathworks 公司推出的用于數(shù)值計算和圖形處理的科學(xué)計算的系統(tǒng)平臺。它的第 1 版 (DoS 版本 )發(fā)行于 1984 年，經(jīng)過 20 多年來的不斷改進(jìn)，現(xiàn)今已推出它的 Window XP 版本 ( 版 )。新的版本集成了日常數(shù)學(xué)處理中的各種功能，包括高效的數(shù)值計算、矩陣運(yùn)算、信號處理和圖形生成等的常用功能。 在 MATLAB 環(huán)境下，用戶可以集成地進(jìn)行程 序設(shè)計、數(shù)值計算、圖形繪制、輸入輸出、文件管理等各項(xiàng)操作。 MATLAB 提供了一個人機(jī)交互的數(shù)學(xué)系統(tǒng)環(huán)境，該系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是矩陣，在生成矩陣對象時，不要求作明確的維數(shù)說明，所謂交互式語言，是指人們給出一條命令，立即就可以得出該命令的結(jié)果。該語言無需像 C 和 Fortran 語言那樣，首先要求使用者去編寫源程序，然后對之進(jìn)行編譯、連接，最終形成可執(zhí)行文件。這無疑會給使用者帶來了極大的方便，因此，利用 MATLAB 可以節(jié)省大量的編程時間。 2021年 6 月 Mathworks 公司正式推出 MATLAB Release 13，即 MATLAB 。雖然目前已推出 版，但本文所有的程序均在 MATLAB ，在此作以說明。 MATLAB 是一個功能十分強(qiáng)大的系統(tǒng)，是集數(shù)值計算、圖形管理、程序開發(fā)為一體的系統(tǒng)集成環(huán)境。除此之外， MATLAB 還具有很強(qiáng)的功能擴(kuò)展能力，與它的主系統(tǒng)一起，可以配備各種各樣的工具箱，以完成一些特定的任務(wù)。用戶可以根據(jù)自己的工作任務(wù)，開發(fā)自己的工具箱 [3]。 MATLAB 系統(tǒng)的組成 MTALAB 系統(tǒng)由五個主要部分組成，下面分別加以介紹。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 (1) MATALB 語言體系。 MATLAB 是高層次的矩陣 /數(shù)組語言．具有條件控制、函數(shù)調(diào)用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出、面向?qū)ο蟮瘸绦蛘Z言特性。利用它既可以進(jìn)行小規(guī)模編程，完成算法設(shè)計和算法實(shí)驗(yàn)的基本任務(wù)，也可以進(jìn)行大規(guī)模編程，開發(fā)復(fù)雜的應(yīng)用程序。 (2)圖形處理系統(tǒng)。這是 MATLAB 圖形系統(tǒng)的基礎(chǔ)，包括完成 2D 和 3D 數(shù)據(jù)圖示、圖像處理、動畫生成、圖形顯示等功能的高層 MATLAB 命令，也包括用戶對圖形圖像等對象進(jìn)行特 性控制的低層 MATLAB 命令，以及開發(fā) GUI 應(yīng)用程序的各種工具。 (3)MATLAB 工作環(huán)境 。這是對 MATLAB 提供給用戶使用的管理功能的總稱。包括管理工作空間中的變量數(shù)據(jù)輸入輸出的方式和方法，以及開發(fā)、調(diào)試、管理 M 文件的各種工具。 (4)MATLAB 應(yīng)用程序接口 (API)。 這是 MATLAB 為用戶提供的一個函數(shù)庫，使得用戶能夠在 MATLAB 環(huán)境中使用 C 程序或 FORTRAN 程序，包括從 MATLAB 中調(diào)用于程序 (動態(tài)鏈接 )，讀寫 MAT 文件的功能。 (5)MATLAB 數(shù)學(xué)函數(shù)庫。這是對 MATLAB 使用的各種數(shù)學(xué)算法的總稱。包括各種初等函數(shù)的算法，也包括矩陣運(yùn)算、矩陣分析等高層次數(shù)學(xué)算法[3]。 MATLAB 的特點(diǎn) MATLAB 是 MathWorks 公司開發(fā)的一種跨平臺的，用于矩陣數(shù)值計算的簡單高效的數(shù)學(xué)語言，與其它計算機(jī)高級語言如 C， C++， Fortran， Basic， Pascal等相比， MATLAB 語言編程要簡潔得多，編程語句更加接近數(shù)學(xué)描述，可讀性好，其強(qiáng)大的圖形功能和可視化數(shù)據(jù)處理能力也是其它高級語言望塵莫及的。對于具有任何一門高級 語言基礎(chǔ)的讀者來說，學(xué)習(xí) MATLAB 十分容易。但是，要用好 MATLAB 卻不是在短時間就可以達(dá)到的。這并不是因?yàn)镸ATLAB 語言復(fù)雜難懂，而是實(shí)際問題的求解往往更多的是需要使用者具備數(shù)學(xué)知識和專業(yè)知識。 MATLAB 使得人們擺脫了常規(guī)計算機(jī)編程的繁瑣，讓人們能夠?qū)⒋蟛糠志ν度氲窖芯繂栴}的數(shù)學(xué)建模上。可以說，應(yīng)用 MATLAB這一數(shù)學(xué)計算和系統(tǒng)仿真的強(qiáng)大工具，可以使科學(xué)研究的效率得以成百倍的提高。 目前， MATLAB 已經(jīng)廣泛用于理工科大學(xué)從高等數(shù)學(xué)到幾乎各門專業(yè)課程之中，成為這些課程進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的有效工具。在 科研部門， MATLAB 更是極為廣泛地得到應(yīng)用，成為全球科學(xué)家和工程師進(jìn)行學(xué)術(shù)交流首選的共同語重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 言。在國內(nèi)外許多著名學(xué)術(shù)期刊上登載的論文，大部分的數(shù)值結(jié)果和圖形都是借助 MATLAB 來完成的。 與其它高級語言相比較， MATLAB 具有獨(dú)特的優(yōu)勢： (1)MATLAB 是一種跨平臺的數(shù)學(xué)語言。采用 MATLAB 編寫的程序可以在目前所有的操作系統(tǒng)上運(yùn)行 (只要這些系統(tǒng)上安裝了 MATLAB 平臺 )。MATLAB 程序不依賴于計算機(jī)類型和操作系統(tǒng)類型。 (2) MATLAB 是一種超高級語言。 MATLAB 平臺本身是用 C 語言寫 成的，其中匯集了當(dāng)前最新的數(shù)學(xué)算法庫，是許多專業(yè)數(shù)學(xué)家和工程學(xué)者多年的勞動結(jié)晶。使用 MATLA 意味著站在巨人的肩膀上觀察和處理問題，所以在編程效率，程序的可讀性、可靠性和可移植性上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了常規(guī)的高級語言。這使得MATLAB 成為了進(jìn)行科學(xué)研究和數(shù)值計算的首選語言。 (3)MATLAB 語法簡單，編程風(fēng)格接近數(shù)學(xué)語言描述，是數(shù)學(xué)算法開發(fā)和驗(yàn)證的最佳工具。 MATLAB 以復(fù)數(shù)矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)，其基本編程單位是矩陣，使得編程簡單，而功能極為強(qiáng)大。對于常規(guī)語言中必須使用許多語句才能實(shí)現(xiàn)的功能，如矩陣分解、矩陣求逆、積分 、快速傅立葉變換，甚至串口操作、聲音的輸入輸出等，在 MATLAB 中均用一兩句指令即可實(shí)現(xiàn)。而且， MATLAB中的數(shù)值算法是經(jīng)過千錘百煉的，比用戶自己編程實(shí)現(xiàn)的算法的可信度和可靠性都大為提高。 (4)MATLAB 計算精度很高。 MATLAB 中數(shù)據(jù)是以雙精度存儲的，一個實(shí)數(shù)采用 8 字節(jié)存儲，而一個復(fù)數(shù)則采用 16 字節(jié)存儲。通常矩陣運(yùn)算精度高達(dá) 1015 以上，完全能夠滿足一般工程和科學(xué)計算的需要。與其它語言相比，MATLAB 對計算機(jī)內(nèi)存、硬盤空間的要求也是比較高的。 (5)MATLAB 具有強(qiáng)大的繪圖功能。利用 MATLAB 的繪圖功能，可以輕易地獲得高質(zhì)量的 (印刷級 )曲線圖。具有多種形式來表達(dá)二維、三維圖形，并具有強(qiáng)大的動畫功能，可以非常直觀地表現(xiàn)抽象的數(shù)值結(jié)果。這也是 MATLAB廣為流行的重要原因之一。 (6)MATLAB 具有串口操作、聲音輸入輸出等硬件操控能力。隨著版本的提高，這種能力還會不斷加強(qiáng)，使得人們利用計算機(jī)和實(shí)際硬件相連接的半實(shí)物仿真的夢想得以輕易實(shí)現(xiàn)。 (7)MATLAB 程序可以直接映射為 DSP 芯片可接受的代碼，大大提高了現(xiàn)代電子通信設(shè)備的研發(fā)效率。 (8)MATLAB 的程序執(zhí)行效率 比其它語言低。 MATLAB 程序通常是解釋執(zhí)行的，在執(zhí)行效率和速度上低于其它高級語言，當(dāng)然如果對執(zhí)行效率有特別重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 要求，可以采用 C 語言編制算法，然后通過 MATLAB 接口在 MATLAB 中執(zhí)行。事實(shí)上， MATLAB 自帶的許多內(nèi)部函數(shù)均是用 C