【文章內容簡介】 A W G NC h a n n e lA W G N正文 10 噪聲 。利用多徑 瑞利衰落信道 (Multipath Rayleigh Fading Channel)模塊，實現 基帶信號的多徑瑞利信道仿真。它的輸入信號是標 量 形式或幀格式的復信號，輸入信號被延遲一定時間之后形成多徑信號，這些多徑信號分別乘以相應的增益，迭加之后就形成了瑞利衰落信號。利用倫琴衰落信道 (Rician Fading Channel)模塊對基帶信號的倫琴衰落信道進行仿真，它的輸入信號是標量形式或幀格式的復信號。 (4)仿真模型運行結果及其分析 ， 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 表示信號的誤比特率 (對數坐標 )。從圖中可以看出，在三個信道中， BFSK 調制信號的誤比特率隨著信噪比的增加而降低。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。當信號的信噪比低于 6dB 時，倫琴信道的誤比特率甚至優(yōu)于只存在加性高斯白噪聲的信道。當信噪比等于 15dB 時 ，加性高斯白噪聲信道的誤比特率遠遠低于此時瑞利衰落信道 。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。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的性能。 在都市環(huán)境中，由于眾多建筑物的阻擋，移動臺和基站之間很難存在一條視距傳輸路徑，信號主要通過反射和折射到達接收端，仿真過程中一般將信道看作是多徑瑞利衰落信道。對于郊區(qū)或農村，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，這時候采用倫琴衰落信道就顯得更加恰當。因此，不同的環(huán)境需要采用不同的信道模型進行仿真。 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。 4 信號調制研究及其仿真 信號調制的概念 所謂調制，就是把信號轉換成適合在信道中傳輸的一種過程 。廣義的調制分為基帶調制和帶通調制（也稱載波調制）。在無線通信中和其他大多數場合，調制一詞均指載波調制。 信號解調是信號調制過程的逆過程， 其作用是將已調信號中的調制信號恢復出來。 它把某種特定形態(tài)的傳輸波形還原為發(fā)送端調制前的信號。根據調制前的信號是模擬信號還是數字信號可以把信號調制方式分成兩類 :模擬調制方式和數字調制方式。另外，根據調制信號是否存在載波還可以把模擬調制方式分為 基帶調制和頻帶調制，其中基帶調制方式不需要載波，頻帶調制方式則把基帶信號調制到更高頻率的載波上進行傳輸。 載波調制 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。為了獲得較高的輻射效率，天線的尺寸必須與發(fā)射信號的波長相比擬。 第二， 把多個基帶信號分別搬到不同的載頻 上 ，以實現信號的多路復用，提高信道利用率。 第三， 擴展信號帶寬，提高系統抗干擾、抗衰落能力、還可實現傳輸帶寬與信噪比之間的互換。 因此，調制對通信系統的有效性和可靠性有著很大的影響和作用。 我們這里著重研究數字信號調制。 數字信號調制 脈沖振幅調制（ PAM） 所謂脈沖振幅調制，即是脈沖載波的幅度隨基帶信號變化的一種調制方式。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，就是脈沖振幅調制的原理。但是，實際上真正的沖激脈沖串是不可能實現的，而通常只能采用窄脈沖串來實現，因此，研究窄脈沖作為脈沖載波的 PAM 方式，將更加具有實際意義。 正文 12 圖 41 脈沖振幅調制 設脈沖載波以 s(t)表示，它是由脈寬為τ秒、重復同期為 秒的矩形脈沖串組成， 其中 是按抽樣定理確定的，即有 秒。其產生 方框圖為 圖 41 (a)所示，基帶信號的波形及頻譜如圖 41 (b)所示；脈沖載波的波形及頻譜如圖41（ c）所示；已抽樣的信號波形及頻譜如圖 41(d)所示。 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，這時的調制是用基帶信號去改變脈沖的某些參數而達到的，人們常把這種調制稱為脈沖調制。通常，按基帶信號改變脈沖參數 (幅度、寬度、時間位置 )的不同，把脈沖調制又分為脈幅調制 (PAM)、脈寬調制 (PDM)和脈位調制 (PPM)等。這里我們著重研究一下脈 幅調制 (PAM)。所謂脈 幅調制 (PAM)，即是脈 沖載波的幅度隨基帶信號變化的一種調制方式。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制的原理。但是，實際上的真正的沖激脈沖串并不能實現，而通常只能采用窄帶脈沖串來實現。因而，研究窄帶脈沖作為脈沖載波的 PAM 方式，將具有實際意義。 正交振幅調制 (QAM) 正交振幅調制 (QAM)是以載波的幅度和相位兩個參量同時載荷一個比特或一個多元符號的信息 [17]。因此，它比單一參量受控數字符號的頻帶傳輸方式更富有抗干擾能力。 類似與其他數字調制方式， QAM 發(fā)射信號集 可以用 星座圖方便地表示。星座圖上每 一個星座點對應發(fā)射信號集中的一個信號。設正交幅度調值的發(fā)射信號集大小為 N，稱之為 NQAM。星座點經常采用水平和垂直方向等間距的正交網格配置，當然也有其他的配置方式。數字通信中數據采用二進制表示，這種情況下星座點的個數一般是 2 的冪。常見的 QAM 形式有 16QAM、64QAM、 256QAM 等。星座 點 數越多，每個符號能傳輸的信息量就越大。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，進而導致誤碼率上升。因此高階星座圖的可靠性比低階要差。 正文 13 數字頻率調制 多進制頻 率調制系統的調制方框圖 如圖 42 所示，圖 42 中給出了 MFSK 調制器的方框圖，調制時采用頻率選擇法實現， M 種頻率由 位輸入信息確定。 圖 42 多進制頻率調制系統的調制方框圖 (1)最小頻移鍵控 (MSK)信號 頻偏指數的定義是為 ： h=2Δf/Rb=2ΔfTb=（ f1f2)/Rb=n/2 n=1,2,… 顯然，頻偏指數的意義是，在保證傳號與空號信號正交的條樣下， FSK 采用的兩個載波頻率之差 2Δf=f1f2的取值大小，可由 h 取值來決定。 最小頻移鍵控 (MSK)信號是由滿足正交條件且頻偏指數 h=1/2 的兩個載波構成的 CPFSK 信號，帶寬 BMSK=2Rb+f1f2=2Rb+1/2Rb=。 最小頻移鍵控 (MSK)信 號恒定包絡，功率譜性能好，具有較強的抗噪聲干擾能力，特別是 MSK 的幾種改進技術，大量用于移動通信，抗衰落性能好。 (2)高斯最小頻移鍵控 (GMSK)信號 MSK 調制方式的突出優(yōu)點是信號具有恒定的振幅及信號的功率譜在主瓣以外衰減較快。然而，在一些通信場合，例如移動通信中，對信號帶外輻射功率的限制是十分嚴格的，比如，必須衰減 7080dB 以上。 MSK 信號仍不能滿足這樣苛刻的要求。高斯最小頻移鍵控 (GMSK)就是針對上述要求提出來的 [1819]。 GMSK 信號是在 MSK 調制之前加入一個 高斯低通濾波器。高斯低通濾 波器作為 MSK 調制的前置濾波器，它的作用是使基帶方波的“棱角”加以圓滑。 高斯低通濾波器必須滿足一定的要求 :帶寬窄，且是銳截止的 ； 具有較低的過脈沖響應 ； 能保持輸出脈沖的面積不變。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行相干檢測所需要的。 GMSK 信號的解調與MSK 信號完全相同。 仿真系統設計 PAM 和 QAM 抗噪聲性能分析 (1)仿真 模型設計目的 脈 幅調制 (PAM)是脈沖載波的幅度隨基帶信號變化的一種調制方式。正交振正文 14 幅調制 (QAM)是以載波的幅度和相位兩個參量同時載 荷一個比特或一個多元符號的信息，它比單一參量受控數字符號的頻帶傳輸方式更富有抗干擾能力。本仿真模型將考察這兩種調制方式的抗噪聲性能。 (2)仿真模型設計分析及其組成結構 在 PAM 調制的仿真模型中， Random Integer Generator(隨機整數產生器 )產生一個八進制整數序列，這個整數序列通過 MPAM Modulator Baseband(PAM 基帶調制模塊 )進行調制，得到基帶調制信號。 PAM 基帶調制器模塊產生的基帶調制信號經過 AWGN Channel(加性高 斯白噪聲 信道模塊 )后由 MPAM Demodulator Baseband (PAM 基 帶 解 調 器 模 塊 ) 進 行 解 調 。 Error Rate Calculation(誤碼率統計模塊 )對原始信號和解調信號進行比較，統計得到 PAM調制的誤碼率。 (2)仿真模型設計分析及其組成結構 其中 PAM 仿真 模型結構圖如圖 43， QAM 仿真模型結構圖如圖 44， 在 PAM 調制的仿真模型中， Random Integer Generator(隨機整數產生器 )產生一個八進制整數序列，這個整數序列通過 MPAM Modulator Baseband(PAM 基帶調制模塊 )進行調制，得到 基帶調制信號。 PAM 基帶調制器模塊產生的基帶調制信號經過 AWGN Channel(加性高斯白噪聲信道模塊 )后由 MPAM Demodulator Baseband (PAM 基 帶 解 調 器 模 塊 ) 進 行 解 調 。 Error Rate Calculation(誤碼率統計模塊 )對原始信號和解調信號進行比較，統計得到 PAM調制的誤碼率。 QAM 調制的仿真模型與 PAM 調制的仿真模型非常相似，它只是把 PAM 基帶調制器模塊和解調器模塊分別換成 QAM 基帶調制模塊和 QAM 基帶解調模塊。在 QAM 調制的仿真模型中，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制方式的性能。 圖 43 PAM 仿真模型結構圖 R e l a t i o n a lO p e r a t o r==R a n d o m I