【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn) 基帶信號(hào)的多徑瑞利信道仿真。它的輸入信號(hào)是標(biāo) 量 形式或幀格式的復(fù)信號(hào)，輸入信號(hào)被延遲一定時(shí)間之后形成多徑信號(hào)，這些多徑信號(hào)分別乘以相應(yīng)的增益，迭加之后就形成了瑞利衰落信號(hào)。利用倫琴衰落信道 (Rician Fading Channel)模塊對(duì)基帶信號(hào)的倫琴衰落信道進(jìn)行仿真，它的輸入信號(hào)是標(biāo)量形式或幀格式的復(fù)信號(hào)。 (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) )。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。對(duì)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(dāng)信號(hào)的信噪比低于 6dB 時(shí)，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(dāng)信噪比等于 15dB 時(shí) ，加性高斯白噪聲信道的誤比特率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于此時(shí)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(hào)的信噪比。在移動(dòng)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。 在都市環(huán)境中，由于眾多建筑物的阻擋，移動(dòng)臺(tái)和基站之間很難存在一條視距傳輸路徑，信號(hào)主要通過反射和折射到達(dá)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(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)。因此，不同的環(huán)境需要采用不同的信道模型進(jìn)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(hào)調(diào)制研究及其仿真 信號(hào)調(diào)制的概念 所謂調(diào)制，就是把信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)囊环N過程 。廣義的調(diào)制分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（也稱載波調(diào)制）。在無線通信中和其他大多數(shù)場(chǎng)合，調(diào)制一詞均指載波調(diào)制。 信號(hào)解調(diào)是信號(hào)調(diào)制過程的逆過程， 其作用是將已調(diào)信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來。 它把某種特定形態(tài)的傳輸波形還原為發(fā)送端調(diào)制前的信號(hào)。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 :模擬調(diào)制方式和數(shù)字調(diào)制方式。另外，根據(jù)調(diào)制信號(hào)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(hào)調(diào)制到更高頻率的載波上進(jìn)行傳輸。 載波調(diào)制 的主要目的在于 ： 第一，在無線傳輸 中，信號(hào) 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(hào)的波長(zhǎng)相比擬。 第二， 把多個(gè)基帶信號(hào)分別搬到不同的載頻 上 ，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的多路復(fù)用，提高信道利用率。 第三， 擴(kuò)展信號(hào)帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力、還可實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。 因此，調(diào)制對(duì)通信系統(tǒng)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(shù)字信號(hào)調(diào)制。 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。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。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。 正文 12 圖 41 脈沖振幅調(diào)制 設(shè)脈沖載波以 s(t)表示，它是由脈寬為τ秒、重復(fù)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(chǎn)生 方框圖為 圖 41 (a)所示，基帶信號(hào)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(hào)波形及頻譜如圖 41(d)所示。 除 正弦型信號(hào)外，在時(shí)間上連續(xù)的脈沖串，同樣可以作為載波，這時(shí)的調(diào)制是用基帶信號(hào)去改變脈沖的某些參數(shù)而達(dá)到的，人們常把這種調(diào)制稱為脈沖調(diào)制。通常，按基帶信號(hào)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。這里我們著重研究一下脈 幅調(diào)制 (PAM)。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。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。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)。因而，研究窄帶脈沖作為脈沖載波的 PAM 方式，將具有實(shí)際意義。 正交振幅調(diào)制 (QAM) 正交振幅調(diào)制 (QAM)是以載波的幅度和相位兩個(gè)參量同時(shí)載荷一個(gè)比特或一個(gè)多元符號(hào)的信息 [17]。因此，它比單一參量受控?cái)?shù)字符號(hào)的頻帶傳輸方式更富有抗干擾能力。 類似與其他數(shù)字調(diào)制方式， QAM 發(fā)射信號(hào)集 可以用 星座圖方便地表示。星座圖上每 一個(gè)星座點(diǎn)對(duì)應(yīng)發(fā)射信號(hào)集中的一個(gè)信號(hào)。設(shè)正交幅度調(diào)值的發(fā)射信號(hào)集大小為 N，稱之為 NQAM。星座點(diǎn)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。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。常見的 QAM 形式有 16QAM、64QAM、 256QAM 等。星座 點(diǎn) 數(shù)越多，每個(gè)符號(hào)能傳輸?shù)男畔⒘烤驮酱蟆５?，如果在星座圖的平均能量保持不變的情況下增加星座點(diǎn)，會(huì)使星座點(diǎn)之間的距離變小，進(jìn)而導(dǎo)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(shù)字頻率調(diào)制 多進(jìn)制頻 率調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制方框圖 如圖 42 所示，圖 42 中給出了 MFSK 調(diào)制器的方框圖，調(diào)制時(shí)采用頻率選擇法實(shí)現(xiàn)， M 種頻率由 位輸入信息確定。 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 取值來決定。 最小頻移鍵控 (MSK)信號(hào)是由滿足正交條件且頻偏指數(shù) h=1/2 的兩個(gè)載波構(gòu)成的 CPFSK 信號(hào)，帶寬 BMSK=2Rb+f1f2=2Rb+1/2Rb=。 最小頻移鍵控 (MSK)信 號(hào)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(dòng)通信，抗衰落性能好。 (2)高斯最小頻移鍵控 (GMSK)信號(hào) MSK 調(diào)制方式的突出優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)具有恒定的振幅及信號(hào)的功率譜在主瓣以外衰減較快。然而，在一些通信場(chǎng)合，例如移動(dòng)通信中，對(duì)信號(hào)帶外輻射功率的限制是十分嚴(yán)格的，比如，必須衰減 7080dB 以上。 MSK 信號(hào)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(duì)上述要求提出來的 [1819]。 GMSK 信號(hào)是在 MSK 調(diào)制之前加入一個(gè) 高斯低通濾波器。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。 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(yīng) ； 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(jìn)行相干檢測(cè)所需要的。 GMSK 信號(hào)的解調(diào)與MSK 信號(hào)完全相同。 仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAM 和 QAM 抗噪聲性能分析 (1)仿真 模型設(shè)計(jì)目的 脈 幅調(diào)制 (PAM)是脈沖載波的幅度隨基帶信號(hào)變化的一種調(diào)制方式。正交振正文 14 幅調(diào)制 (QAM)是以載波的幅度和相位兩個(gè)參量同時(shí)載 荷一個(gè)比特或一個(gè)多元符號(hào)的信息，它比單一參量受控?cái)?shù)字符號(hào)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(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) 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(hào)。 PAM 基帶調(diào)制器模塊產(chǎn)生的基帶調(diào)制信號(hào)經(jīng)過 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) 。 Error Rate Calculation(誤碼率統(tǒng)計(jì)模塊 )對(duì)原始信號(hào)和解調(diào)信號(hào)進(jìn)行比較，統(tǒng)計(jì)得到 PAM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) 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(hào)。 PAM 基帶調(diào)制器模塊產(chǎn)生的基帶調(diào)制信號(hào)經(jīng)過 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) 。 Error Rate Calculation(誤碼率統(tǒng)計(jì)模塊 )對(duì)原始信號(hào)和解調(diào)信號(hào)進(jìn)行比較，統(tǒng)計(jì)得到 PAM調(diào)制的誤碼率。 QAM 調(diào)制的仿真模型與 PAM 調(diào)制的仿真模型非常相似，它只是把 PAM 基帶調(diào)制器模塊和解調(diào)器模塊分別換成 QAM 基帶調(diào)制模塊和 QAM 基帶解調(diào)模塊。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。 圖 43 PAM 仿真模型結(jié)構(gòu)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