【正文】 ......................... 17 系統(tǒng)仿真總圖 ......................................... 17 信號(hào)源部分的仿真 ...................................... 17 模擬信號(hào)數(shù)字化部分的仿真 .............................. 18 PCM 編碼模塊的內(nèi)部子系統(tǒng) ............................ 18 TDMA 復(fù)用的仿真 ....................................... 19 TDMA 解復(fù)用 ........................................... 21 4 系統(tǒng)性能的分析 .........................................25 時(shí)隙大小對(duì)系統(tǒng)性能的影響 .............................. 25 噪聲環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的 影響 ................................. 29 5 TDMA方式的時(shí)隙分配算法 ................................30 6 總結(jié) ..................................................32 致謝 ........................................................ 33 參考文獻(xiàn) .................................................... 34 附錄 A ...................................................... 35 附錄 B ...................................................... 38 附錄 C ...................................................... 40 附錄 D ....................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。隨著現(xiàn)代通信系統(tǒng)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真已成為當(dāng)今分析和設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)的主要工具，在通信系統(tǒng)的研發(fā)和教學(xué)中具有越來越重要的意義?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)主要借助電磁波在自由空間的傳播或在導(dǎo)引媒體中的傳輸機(jī)理來實(shí)現(xiàn)，前者稱為無線通信系統(tǒng)，后者稱為有線通信系統(tǒng)。 通信仿真是衡量通信系統(tǒng)性能的重要工具。通信系統(tǒng)仿真是一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過程，它從當(dāng)前系統(tǒng)發(fā)出，通過分析建立起一個(gè)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)數(shù)據(jù)。如果改造后通信系統(tǒng)的性能并不像仿真結(jié)果那樣令人滿意，還 需要重新實(shí)施通信系統(tǒng)仿真，這時(shí)候改造后的系統(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。除了仿真程序的運(yùn)行外，通信仿真的每個(gè)步驟都需要進(jìn)行人工干預(yù)，由人對(duì)當(dāng)前的程序做出重要的判斷。 復(fù)用技術(shù)的發(fā)展歷程 為了提高通信系統(tǒng)信道的利用率，話音信號(hào)的傳輸往往采用 多路復(fù)用 通信的方式。復(fù)用技術(shù)有多種工作方式，例如頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用以及碼分復(fù)用等。采用多路復(fù)用技術(shù)能把多個(gè)信號(hào)組合起來在一條 物理信道 上進(jìn)行傳輸，在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)可大大節(jié)省 電纜 的安裝和維護(hù) 費(fèi)用 。 多路復(fù)用是指以同一傳輸媒質(zhì)（線路）承載多路信號(hào)進(jìn)行通信的方式。多路復(fù)用常用的方法有頻分多路復(fù)用和時(shí)分多路復(fù)用，碼分多路復(fù)用的應(yīng)用也在不斷擴(kuò)大。為盡量 降低成本，以多路復(fù)用手段不斷挖掘傳輸系統(tǒng)的潛力，擴(kuò)大容量，降低傳輸系統(tǒng)的成本是一個(gè)重要途徑。 （ 1）由小容量向大容量方向發(fā)展 早期市話中繼線僅通單路電話。原有用戶線僅可通電話，當(dāng)發(fā)展至窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字同時(shí)，則可加裝線路終端（ LT）和網(wǎng)終端（ NT）設(shè)備，用以雙向傳輸 144kbit/s 電話和非話信息。無線傳輸系統(tǒng)，由短波、特高頻發(fā)展到微波，每個(gè)射頻波道的通信容量也隨之由幾路增加到幾百路乃至幾千路。 （ 2）由模擬向數(shù)字化方向發(fā)展 由于電話以及其他模擬非話信息，均可轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)形式，而數(shù)字時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的復(fù)用、解復(fù)簡(jiǎn)單、設(shè)備體積小、耗電省、可靠性高，同時(shí)光纖傳輸系統(tǒng)的出現(xiàn)以及數(shù)字微波新調(diào)制技術(shù)、自適應(yīng)抗衰落措施的實(shí)用化，為大容量數(shù)字復(fù)用系統(tǒng)的應(yīng)用，創(chuàng)造了廣闊的途徑和突出的重要地位。 a. 話路復(fù)用 一個(gè)模擬話路 可通 12～ 24 路 50～ 75Bd 低速電報(bào)。 在地面微波接力通信及衛(wèi)星通信傳輸系統(tǒng)中，一個(gè)射頻波道可同時(shí)傳送多路載波電話和電視節(jié)目等。 (4)向系列化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展 傳輸媒質(zhì)的多樣化和通信網(wǎng)的不斷發(fā)展，要求多路復(fù)用設(shè)備的系列化，標(biāo)準(zhǔn)化，即不但要求能在一個(gè)話路水平上互相轉(zhuǎn)接，而且可在任何一級(jí)的高次群的載波設(shè)備或 PCM 設(shè)備上進(jìn)行轉(zhuǎn)接。為此 CCITT 建議提出了適合于光纖、微波和衛(wèi)星傳輸?shù)募夹g(shù)體制 ——同步數(shù)字系列（ SDH），把 PCM 的數(shù)字系列規(guī)范化，以便在國(guó)際上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間互聯(lián)與轉(zhuǎn)接。 (5)在 3G 中的應(yīng)用 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng) （簡(jiǎn)稱 3G）的 技術(shù)發(fā)展 和商用進(jìn)程是近年來全球移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域最為關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。其中 TDSCDMA 屬于時(shí)分雙工（ TDD）模式，是由 中國(guó) 提出的 3G 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；而 WCDMA和 CDMA2020屬于頻分雙工（ FDD）模式 ， WCDMA 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由歐洲和 日本 提出， CDMA2020 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由美國(guó)提出。開發(fā)的最早的目的是幫助學(xué)校的老師和學(xué)生更好的授課和學(xué)習(xí)。由于 它 使用方便，能非?？斓膶?shí)現(xiàn)科研人員的設(shè)想，極大的節(jié)約了科研人員的時(shí)間，受到了大多數(shù)科研人員的支持，經(jīng)過一代代人的努力，目前已發(fā)展到了 。由于它使用簡(jiǎn)單，擴(kuò)充方便，尤其是世界上有成千上萬的不同領(lǐng)域的科研工作者不停的在自己的科研過程中擴(kuò)充 Matlab的功能，使其成為了巨大的知識(shí)寶庫?？蒲泄ぷ髡咄ǔ？梢酝ㄟ^ Matlab 來學(xué)習(xí)某個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)知識(shí)，這就是 Matlab 真正在全世界推廣開來的原因。另外， ,Matlab 和其他高級(jí)語言也具有良好的接口，可以方便的實(shí)現(xiàn)與其他語言的混合編程，進(jìn)一步拓寬了 Matlab 的應(yīng)用潛力。 Simulink 是 MATLAB 中的一種可視化仿真工具，也是目前在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等方面應(yīng)用最廣泛的工具之一 。系統(tǒng)還可以使多種采樣頻率的系統(tǒng)，而且系統(tǒng)可以是多進(jìn)程的。在 Simulink環(huán)境中，它為用戶提供了方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫模型圖就如同用手在紙上畫模型一樣自如、方便，故 用戶只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的點(diǎn)擊和拖動(dòng)就能完成建模，并可直接進(jìn)行系統(tǒng)的仿真，快速的得到仿真結(jié)果。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。 用 Simulink創(chuàng)建的模型可以具有遞階結(jié)構(gòu)，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型。在定義完一個(gè)模型后，用戶可以通過 Simulink 的菜單或 MATLAB 的命令窗口鍵入命令來對(duì)它進(jìn)行仿真。采用 Scope模塊和其他的顯示模塊，可以在仿真進(jìn)行的同時(shí)就可立即觀看到仿真結(jié)果，若改變模塊的參數(shù)并再次運(yùn)行即可觀察到相應(yīng)的結(jié)果，這適用于因果關(guān)系的問題研究。模型分析工具包括線性化和整理工具， MATLAB 的所有工具及 Simulink 本身的應(yīng)用工具箱都包含這些工具。但是 Simulink不能脫離 MATLAB而獨(dú)立工作。 (2) 交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖。 (4) 通過 Model Explorer 導(dǎo)航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號(hào)、參數(shù)、屬性生成模型代碼。 (6) 使用 Embedded MATLAB 模塊在 Simulink和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用 MATLAB算法。 (8)圖形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計(jì)的性能和異常行為。 (10)模型分析和診斷工具來保證模型的一致性，確定模型中的錯(cuò)誤。 （ 2）對(duì)不同的噪聲環(huán)境，帶寬大小進(jìn)行分析； （ 3）通過對(duì)仿真結(jié)果的分析，提出一種 TDMA方式的時(shí)隙分配方法。 (2)方案選擇和論證 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，初步設(shè)計(jì)方案主要分為 PCM 編碼模塊和 PCM 譯碼模塊兩個(gè)部分， PCM 編碼模塊具體分為抽樣、量化、編碼這 三個(gè)部分將模擬信號(hào)變?yōu)槎M(jìn)制碼組，由于 PCM要用 N為二進(jìn)制代碼表示一個(gè)抽樣值，即一個(gè)抽樣周期內(nèi)要編 N 位碼，碼位越多，碼元寬度越小，占用帶寬越大，顯然，傳輸 PCM信號(hào)所需要的帶寬要比模擬基帶信號(hào)的帶寬大得多，同時(shí)，在 PCM編碼時(shí)，每個(gè)波形樣值都獨(dú)立編碼，與其他樣值無關(guān)，這使得樣值的整個(gè)幅值編碼需要較多位數(shù)，比特率較高，造成數(shù)字化的信號(hào)帶寬大大增加 . 圖 PCM原理框圖 大多數(shù)以奈奎斯特 或者更高速率抽樣的信源信號(hào)在相鄰抽樣間隔表現(xiàn)出很強(qiáng)的相干性，有很大的冗余度， PCM 譯碼為 PCM 編碼的逆過程，將經(jīng)過譯碼后的二進(jìn)制碼組還原為量化后的樣值脈沖序列然后經(jīng)過濾波器濾除高頻分量，得到重建信號(hào)，整體系統(tǒng)框圖如上圖所示 圖 PCM波形示意圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 52 頁 2 TDMA系統(tǒng)的原理 系統(tǒng)組成及工作原理 在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，為了提高通信系統(tǒng)的利用率，往往用多路通信的方式來傳輸信號(hào)。時(shí)分復(fù)用（ TDM，即 TimeDivision Multiplexing）就是一種常用的多路通信方式。這樣，當(dāng)抽樣脈沖占據(jù)較短時(shí)間時(shí)，在抽樣脈沖之間就留出了時(shí)間空隙。圖 81表示的是兩個(gè)基帶信號(hào)在時(shí)間上交替出現(xiàn)。這就是時(shí)分復(fù)用的概念。 然而，時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)對(duì)信道中時(shí)鐘相位抖動(dòng)及接收端與發(fā)送端的時(shí)鐘同步問題提出了較高的要求。為此，必須在每幀內(nèi)加上標(biāo)志信號(hào)（即幀同步信號(hào)）。在實(shí)際通信系統(tǒng)中還必須傳遞信令以建立通信連接，如傳送電話通信中的占線、摘機(jī) 與掛機(jī)信號(hào)以及振鈴信號(hào)等信令。 為了擴(kuò)大通信鏈路的容量，提高通信系統(tǒng)的利用率，需要在一條鏈路上傳輸多路獨(dú)立的信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)多路通信。它 采用同一物理連接的不同時(shí)段來傳輸不同的信號(hào) 以 達(dá)到多路傳輸?shù)哪康摹?時(shí)分多路復(fù)用適用于數(shù)字信號(hào)的傳輸。每一時(shí)間片由復(fù)用的一個(gè)信號(hào)單獨(dú)占用 ,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi) ,多個(gè)數(shù)字信號(hào)都可按要求傳輸?shù)竭_(dá) ,從而也實(shí)現(xiàn)了一條物理信道上傳輸多個(gè)數(shù)字信號(hào)。主要原理圖示 如下 ： 定 時(shí) 定 時(shí)碼速調(diào)整復(fù)接分接恢復(fù)同步合 路分 接 器時(shí) 鐘圖 復(fù)接 、解復(fù)接流程圖 采用時(shí)分復(fù)用的數(shù)字通信系統(tǒng)，在國(guó)際上 已逐步建立其標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過一次群復(fù)用后的碼型圖如下圖 。如下圖 TDMA系統(tǒng)組成框圖。 在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換通常由編碼、譯碼器實(shí)現(xiàn)，因此，把發(fā)送端的模數(shù)變換稱為信源編碼，而接收端的數(shù)模變換稱為信源譯碼。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。這時(shí)信號(hào)便可用數(shù)字通信方式傳輸，可直接通過光纖、微波干線，衛(wèi)星信道等數(shù)字線路傳輸。 模 擬 信 息 源抽 樣 、 量 化 、 編碼數(shù) 字 通 信 系 統(tǒng) 譯 碼 、 低 通 濾 波模 擬 隨 機(jī) 信 號(hào) 數(shù) 字 隨 機(jī) 序 列 數(shù) 字 隨 機(jī) 序 列 模 擬 隨 機(jī) 信 號(hào) 圖 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 采樣原理 抽樣是把時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)變成一系列時(shí)間上離散的抽樣值的過程。抽樣定理的大意是，如果對(duì)一個(gè)頻帶有限的時(shí)間連續(xù)的模擬信號(hào)抽樣，當(dāng)抽樣速率達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，那么根據(jù)它的抽樣值就能重建原信號(hào)。因此，抽樣定理是模擬信號(hào)數(shù)字化的理論依據(jù)。 所謂“取樣”就是利用從連續(xù)時(shí)間信號(hào) f(t)中“抽取”一系列離散樣本值的過程。采樣信號(hào) f(t)可以看成連續(xù)信號(hào) f(t)和取樣脈沖序列 s(t)的乘積。如果其各脈沖間隔時(shí)間相同，均為 Ts，就稱為均勻取樣。 如果取樣脈沖序列 s(t)是周期為 Ts的沖激函數(shù)序列 δ Ts， 稱為沖激取樣。如果信號(hào) f(t)的頻帶是有限的，就是說信號(hào) f(t)的頻譜只在區(qū)間 (ω m， ω m)為有限值，而在此區(qū)間外為零，這樣的信號(hào)稱為頻帶有限信號(hào)，簡(jiǎn)稱有限信號(hào)， f(t)及其頻譜如圖 2的 (a)和 (d)所示。由圖 (f)和式（ 3）可知，取樣信號(hào) fs(t)的頻譜函數(shù)由原信號(hào)頻譜 F(jω )的無限個(gè)頻移項(xiàng)組成，其頻 移的角頻率分別為 nω s（ n=0， 177。 2，?），其幅值為原頻譜的 1/Ts。 由此可見，采樣信號(hào)在時(shí)域的表示為無窮多沖激函數(shù)的線性組合，其權(quán)值為原始信號(hào)在對(duì)應(yīng)采樣時(shí)刻的定義值。由取樣信號(hào) fs(t)的頻譜可以看出，如果ω s2ω m（即 fs2fm 或 Ts1/2fm），那么各相鄰頻移后的頻譜不會(huì)發(fā)生重疊。如果 ω s2ω m，那么頻移后的各相鄰頻譜將相互重疊，這樣就無法將它們分開，因而也不能再恢復(fù)原信號(hào)?？梢?，為了不發(fā)生混疊現(xiàn)象，必須滿足 ω s≥ 2ω m。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁 共 52 頁 低 通 濾 波 器F s ( j w ) F ( j w )F c ( j w ) F s ( t )s ( t