【正文】 疊加在語音信號波形上，用下式表示： 加性噪聲表示： 加性干擾的噪聲其來源可分為人為噪聲、 自然噪聲和內(nèi)部噪聲三個方面 [15]。此時受到干擾及噪聲影響的信號可稱為受擾信號。當(dāng)發(fā)送端和接收端既存在視距傳播路徑，又有多條反射路徑時，它們之間的信道可以利用 Simulink 中的倫琴衰落信道模塊和多徑瑞利衰落信道模塊的組合來進行仿真。 (2)倫琴衰落信道。在移動通信中，發(fā)送端和接收端都可能處在不停的運動狀態(tài)之中，發(fā)送端和接收端之間的相對運動將產(chǎn)生多普勒頻移。由此瑞利衰落即可由這一復(fù)數(shù)表示，它的實部和虛部服從于零均值的獨立同分布高斯過程。若信道中存在一主要分量，例如直射信號（ LoS），則信道響應(yīng)的包絡(luò)服從萊斯分布，對應(yīng)的信道模型為萊斯衰落信道。如果這一散射信道中不存在主要的信號分量，通常這一條件是指不存在直射信號（ LoS），則這一過程的均值為 0，且相位服從 0 到 2π 的均勻分布。 瑞利衰落能有效描述存在能夠大量散射無線電信號的障礙物的無線傳播環(huán)境。 瑞利衰落 信道（ Rayleigh fading channel）是一種無線電信號傳播環(huán)境的統(tǒng)計模型。 下面我們來介紹兩個非常重要的衰落信道。 隨參信道的特性比恒參信道要復(fù)雜的多。其中，幅度頻率特性，就理想而言，可表示為理想傳輸函數(shù)。 恒參信道以有線信道為最典型，其特征參數(shù)主要是頻率特征，如幅度頻率特征與相位頻率特征及頻率漂移等。前者如有線信道、微波與衛(wèi)星信道等，后者如無線系統(tǒng)的短波和超短波散射信道 。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的電磁波傳播信道。在無線信道中，信號在受到加性高斯白噪聲干擾的同時，還會受到瑞利衰落或倫琴衰落的影響。 在信號傳輸?shù)倪^程中，它會不可避免地 受到各種干擾，這些干擾統(tǒng)稱為“噪聲”。信號調(diào)制仿真的設(shè)計目標(biāo)是使接收端能夠毫無差別地再現(xiàn)發(fā)送端發(fā)送的原始數(shù)據(jù)。信道的傳輸質(zhì)量影響這些信號的接收與解調(diào)。Simulink 提供了專門用于顯示輸出信號的模塊，可以在仿真過程中隨時觀察仿真結(jié)果。 MATLAB 是 MATLAB 產(chǎn)品家族的基礎(chǔ)，它提供了基本的數(shù)學(xué)算法，例如矩陣運算、數(shù)值分析算法， MATLAB 集成了 2D 和 3D 圖形功能，以完成相應(yīng)數(shù)值可視化的工作，并且提供了一種交互式的高級編程語言 — M 語言，利用 M 語言可以通過編寫腳本或者函數(shù)文件實現(xiàn)用戶自己的算法 [12]。 MATLAB 與 Simulink 簡介 正文 5 MATLAB 的名稱源自 Matrix Laboratory，它是一種科學(xué)計算軟件，專門以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。 圖表是最簡潔的說明工具，它具有很強的直觀性，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]。在仿真分析過程中，用戶已經(jīng)從仿真過程中獲得了足夠多的關(guān)于系統(tǒng)性能的信息，但是這些信息只是一個原始的數(shù)據(jù)，一般還需要經(jīng)過數(shù)值分析和處理才能夠獲得衡量系統(tǒng)性能的尺度，從而獲得對仿真系統(tǒng)的一個總體評價。如果需要比較仿真系統(tǒng)在不同參數(shù)設(shè)置下的性能，應(yīng)該使仿真系統(tǒng)在取不同參數(shù)值時具有相同的輸入信 號，這樣才能夠保證分析和比較的客觀性和可靠性。需要強調(diào)的一點是，仿真過程中使用的輸入數(shù)據(jù)必須具有一定的代表性，即能夠從各個角度顯著地改變仿真輸出信號的數(shù)值。 仿真實驗 仿真實驗是一個或一系列針對仿真模型的測試。有了上面的準(zhǔn)備工作，下一步就可以通過仿真軟件來建立仿真模型了。并且把這些問題和目標(biāo)轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)變量和公式。一般情況下，信號調(diào)制模型是一個隨機動態(tài)系統(tǒng)。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 機模型中，至少有一個輸入變量是隨機的。 正文 4 仿真模型一般是一個數(shù)學(xué)模型。應(yīng)該注意的是，信號調(diào)制仿真是一個螺旋式發(fā)展的過程，因此，這 三 個步驟可能需要循環(huán)執(zhí)行多次之后才能夠獲得令人滿意的仿真結(jié)果。在模型的設(shè)計過程，對模型設(shè)計的目的、具體的結(jié)構(gòu)組成、仿真流程以及仿真結(jié)果都給出了具體詳實的說明和分析。 (2)對信號調(diào)制中的主要環(huán)節(jié)，包括 信道、 噪聲以及信號調(diào)制的原理、方法和過程進行了詳細的闡述。信號調(diào)制仿真貫穿信號調(diào)制工程設(shè)計的全過程，對信號調(diào)制技術(shù)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。 本論文的主要研究內(nèi)容 現(xiàn)代通信的發(fā)展要求信號調(diào)制技術(shù)越來越強，性能越來越高，構(gòu)成越來越復(fù)雜 ； 另一方面，要求信號調(diào)制技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)縮短周期，降低成本，提高水平。計算機正文 3 輔助技術(shù)基本上有兩大類 [5]，一是基于公式的方法，用計算機計算復(fù)雜的公式；二是用計算機仿真系統(tǒng)的 信號波形，即波形級仿真。 (4)軟件實驗建設(shè)開發(fā)周期短，成本低。有許多問題，通過硬件實驗來研究可能非常困難，但在軟件實驗中卻易于解決。在硬件實驗中改變系統(tǒng)參數(shù)也許意味著要重做硬件，而在軟件實驗中則是改一、兩個數(shù)據(jù)，甚至只是在屏幕上按幾下鼠標(biāo)。在軟件實驗中我們也是這樣做，只不過所有信號調(diào)制模塊及信號調(diào)制儀表的功能都是用程序來實現(xiàn)的，信號調(diào)制的全過程在計算機中仿真運行。 信號調(diào)制仿真問題的研究價值 信號調(diào)制仿真實質(zhì)上就是把硬件實驗搬進了計算機，可以把它看成是一種軟件實驗。與公式法或測量法相比較。基于測量的性能估計方法通常代價很高，并且很不靈活。 信號調(diào)制仿真問題的提出、研究價值及研究現(xiàn)狀 信號調(diào)制仿真問題的提出 信號調(diào)制的性能可以用基于公式的計算方法、波形級仿真或通過硬件樣機研究和測量來估計得到。通過對仿真數(shù)據(jù)的分析可以得到相應(yīng)的結(jié)論，然后把這個結(jié)論應(yīng)用到對當(dāng)前信號調(diào)制系統(tǒng)的改造中。圖 11 是關(guān)于信號調(diào)制仿真流程的一個示意圖。通過仿真結(jié)果衡量方案的可行性，從中選擇最合理的系統(tǒng)配置和參數(shù)設(shè)置，然后再應(yīng)用于實際系統(tǒng)中，這個過程就是信號調(diào)制仿真 [3]。 實際的信號調(diào)制是一個功能結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，對這個系統(tǒng)做出的任何改變 (如改變某個參數(shù)的設(shè)置、改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)等 )都可能影響到整個系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定。正文 1 1 前 言 信號調(diào)制仿真的概念 仿真是衡量系統(tǒng)性能的工具，它通過仿真模型的仿真結(jié)果來判斷原系統(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。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]。因此，在對原有的系統(tǒng)作出改進 或建立一個新系統(tǒng)之前，通常需要對這個系統(tǒng)進行建模和仿真。 與一般的仿真過程類似，在對信號調(diào)制實施仿真之前，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。 圖 11 仿真流程示意圖 從圖中可以看到，信號 調(diào)制仿真是一個循環(huán)往復(fù)的過程，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信號調(diào)制的仿真模型，然后通過仿真當(dāng)前系統(tǒng) 改造后系統(tǒng) 仿真分析 仿真實驗 仿真建模 結(jié)論分析 實際系統(tǒng) 仿真系統(tǒng) 正文 2 實驗得到相關(guān)的數(shù)據(jù)。值得注意的是，信號調(diào)制仿真并不是一個機械的過程，它實際上是人的思維活動在計算機協(xié)助下的一種延伸。以簡化模型為 基礎(chǔ)的公式法只能應(yīng)用于一些理想化和過于簡單的例子，要想估計出復(fù)雜信號調(diào)制的性能是非常困難的。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節(jié) (主觀的，當(dāng)然有一定局限 )來模擬。仿真的方法能更好的利用設(shè)計空間，很容易將數(shù)學(xué)和經(jīng)驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)合起來，并結(jié)合設(shè)備和真實信號的特點進行分析和設(shè)計。在硬件實驗系統(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。 與硬件實驗相比，軟件實驗具有如下一些優(yōu)點 [4]： (1)軟件實驗具有廣泛的適應(yīng)性和極好的靈活性。 (2)軟件實驗更有助于我們 較為全面地研究信號調(diào)制。 （ 3）硬件實驗的精確度取決于元器件及工藝水平，軟件實驗的精度取決于CPU 的運算速度或者說是程序的運算量。 信號調(diào)制仿真問題的研究現(xiàn)狀 計算機輔助分析和設(shè)計技術(shù)發(fā)展十分迅速，出現(xiàn)了大量實用仿真軟件與工具，并應(yīng)用于信號調(diào)制建模，分析和設(shè)計，使得信號調(diào)制仿真發(fā)展很快。 現(xiàn)代計算機軟硬件技術(shù)的快速發(fā)展，新一代的可視化的仿真軟件的使用使得信號調(diào)制仿真的設(shè)計和分析過程變得相對直觀和便捷，推動了信號調(diào)制仿真的快速發(fā)展。這樣尖銳對立的兩個方面的要求，只有通過使用強大的計算機輔助分析設(shè)計技術(shù)和工具才能實現(xiàn)。 本論文針對信號調(diào)制仿真的研究主要做了以下的工作 : (1)介紹了信號調(diào)制仿真的相關(guān)內(nèi)容，包括信號調(diào)制仿真的一般步驟 和MATLAB 中的一種可視化仿真工具 Simulink。 (3)在理解信號調(diào)制理論的基礎(chǔ)上，利用 MATLAB 強大的仿真功能，設(shè)計了具體的信號調(diào)制模型。 2 仿真步驟及 MATLAB 簡介 仿真的一 般步驟 仿真一般分成 三 個步驟，即仿真建模、仿真實驗和仿真分析 [6]。 仿真建模 仿真建模是根據(jù)實際信號調(diào)制建立仿真模型的過程，它是整個信號調(diào)制仿真過程中的一個關(guān)鍵步驟，因為仿真模型的好壞直接影響著仿真結(jié)果的真實性和可靠性。數(shù)學(xué)模型有多種分類方式，包括確定性模型和隨機性模型，靜態(tài)模型和動態(tài)模型 [7]。靜態(tài)模型不需要考慮時間變化因素，動態(tài)模型的輸入輸出變量則需要考慮時間變化因素。 在仿真建模過程中，首先需要分析實際系統(tǒng)存在的問題或設(shè)立系統(tǒng)改造的目標(biāo)。例如，我們可以設(shè)定改造后系統(tǒng)或新系統(tǒng)在達到系統(tǒng)最大容量時的誤幀率等等。最簡單的工具包括 MATLAB、OPNET、 NS2 等，這些軟件具有各自不同的特點，適用于不同層次的信號調(diào)制仿 真 [8]。在仿真實驗過程中，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)在這個過程中表現(xiàn)出來的性能。 仿真的運行實際上是計算機的計算過程，這個過程一般不需要人工干預(yù)，花費的時間由仿真的復(fù)雜度確定。 仿真分析 仿真分析是一個信號調(diào)制仿真流程中的最后一個步驟。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。我們使用的仿真工具一般都具有很強的繪圖功能，能夠便捷地繪制各種類型的圖表。 MATLAB 將高性能的數(shù)值計算和可視化集成在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，