现代通信系统仿真实验

0 0 0
0.1 0.1 0.1
0.2 0.2 0.2
0.3 0.3 0.3
0.4 0.4 0.4
0.5 0.5 0.5
0.6 0.6 0.6
0.7 0.7 0.7
0.8 0.8 0.8
0.9 0.9 0.9
1 1 1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
图8.9 恒定幅度的8PSK波形
返回
8.2.2 数字基带传输系统
1. 理论回顾
图8.5 数字基带传输系统框图
2．分析建模
均匀随机数发生 器 高斯随机数发 生器
n0 +
二进制数据源
+ n1
r0 r1
输出数据 检测器
高斯随机数发 生器
比较
差错计数器
图8.6 二进制基带通信系统仿真模型
返回
3．MATLAB程序脚本 4．结果分析
10
snr 输入值 0.8816 0.7392 4.3960 -0.5402 0.1540 -0.4867 量化值 0.2337 0.1970 -0.1399 0.0423 -0.1399 码字 110111 110110 001011 101101 001011
返回
5. 问题与改进 PCM编码的实现分割为了三个function文件， 计算时需要反复用到量化值的常数和对数值，用 到了一个A律对数压缩特性的逆函数，程序的结 构较为复杂。根据以上过程，进行简单的修改， 就可以进行µ律非均匀量化和PCM编码的仿真。
返回
5．问题与改进 根据上述类似的仿真方法，可以对ASK， FSK的波形进行仿真，但该仿真方法所实现的是 一种类似示波器形式的演示，而不是实际应用中 调制方法的实现。通常高阶调制及振幅相位联合 键控的仿真实现不是如程序中所采用的相位偏移 法，如第三代移动通信系统采用的QPSK，是将 相位映射到复平面，以1，i，-1，-i来代表四种相 位。有兴趣的读者可以尝试编制QPSK以及其他 高阶调制如16QAM的仿真程序。
0
系系仿 理理仿 10
-1
10 Pe 10
-2
-3
10
-4
10
-5
0
2
4
6 SNR
8
10
12
图8.7 基带传输系统Monte Carlo仿真的差错概率与理论差错概率的比较
返回
5．问题与改进 本例程序给出的“择大判决”法是一种简化 的匹配法，造成信噪比增大时，误差较大，因此 后续的改进应该侧在检测这一模块。此外，本例 中信道干扰是用高斯随机噪声代替的，这种方法 比较理想化，实际的系统中的噪声干扰要复杂得 多。
返回
2. 分析建模 （1）连续信号的均匀量化 （2）离散信号的均匀量化及均匀PCM （3）离散信号的非均匀量化及非均匀PCM 3. MATLAB程序脚本 4. 结果分析
返回
（1）连续信号均匀量化
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1
信信信信 8电 电 量 量 16电 电 量 量 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-1
Pe
10
-2
A=3
-3
A=6
A=12
10
A=0
10
-4
0
5
10
15 SNR(dB)
20
25
30
图8.12 DS系统误码率的仿真曲线
返回
5．问题与改进 本小节的模型只就扩频的性能进行了仿真， 后续的工作可以加入调制等模块，使其更加完善。
返回
8.3 小
结
本章以数字电话通信系统中典型的几类系统 为主进行了仿真实验，仿真的结果验证了相关理 论，并且提出了改进的方向，但后续工作需要进 一步去完善各个系统。需要说明的是，本章没有 采用MATLAB中Simulink的模块化仿真，而是完 全采用M语言编制代码实现，目的是通过仿真使 读者对相关理论的数学推导和细节加深理解。现 代通信系统的仿真方法还有很多，有兴趣的读者 可以参考相关的资料。
返回
（3）离散信号A律64电平非均匀量化
量量量量量量量量系
1 0.5 0 -0.5 -1 -2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
wk.baidu.com
量量系量
4 2 0 -2 -4
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
图8.4 离散信号64电平非均匀量化及量化误差
返回
表8.2 离散信号非均匀量化及均匀PCM结果
返回
本章中涉及的部分代码具有普遍性，如高斯 噪声的生成、二进制随机数的生成等通信系统中 的常用模块可以应用到其他相关场合。此外， 8.2.2和8.2.4小节中的建模方法也比较典型，有一 定的借鉴价值。
返回
8.2.4 扩频通信系统
1．理论基础 扩频通信有以下几类工作方式： （1）直接序列扩频方式，简称直扩（DS）方式。 （2）跳变频率方式，简称跳频（PH）方式。 （3）跳变时间方式，简称跳时（TH）方式。 （4）混合方式。 目前最常用的是DS、FH及FH/DS系统。本节 所作的仿真是关于DS系统在干扰条件下的误码率 性能，换句话说即DS系统的抗干扰性能。图8.10 为DS系统的原理框图
返回
8.2.3 数字频带传输系统
1．理论基础
图8.8 BPSK信号的典型波形
2．分析建模 3．MATLAB程序脚本 4．结果分析 1
0 -1 1 0 -1 1 0 -1 1 0 -1 1 0 -1 1 0 -1 1 0 -1 1 0 -1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 0 0 0.1 0.1 0.1 0.2 0.2 0.2 0.3 0.3 0.3 0.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5 0.6 0.6 0.6 0.7 0.7 0.7 0.8 0.8 0.8 0.9 0.9 0.9 1 1 1
返回
表8.1 离散信号均匀量化及均匀PCM结果
snr 输入值 0.8304 -0.0938 31.3602 -0.4591 0.0490 -1.3631 量化值 0.8091 -0.0476 -0.4284 0.0476 -1.3803 码字 101000 011111 011011 100000 010001
第8章 现代通信系统仿真实验 章
8.1 概 述
8.2 仿真实验 8.3 小 结
8.1 概
述
8.1.1 仿真分类
目前，通信系统的仿真一般分为两个层面： 一个是链路级仿真，集中于一个或多个通信链路 中物理层的一个或多个技术的仿真；另一个是系 统级仿真，对多用户条件下系统整体性能的仿真。
返回
一般来说，链路级仿真更多的关注于通信系 统信道的衰落和噪声对运用某项技术进行数据传 输造成的影响，主要的测量指标有误码率 （BER）、误帧率（FER）和误块率（BLER）。 而系统级仿真往往要依赖链路级仿真的结果，它 关注的是整个通信系统范围内各个链路或用户的 通信质量。它的评价指标有吞吐量 （Throughput）、阻塞率（Block Rate）等等。 就系统级仿真而言，它又分为静态仿真和动态仿 真，经常提到的蒙特卡洛（Monte Carlo）仿真是 静态仿真的一种。
图8.2 连续信号不同电平均匀量化
（2）离散信号64电平均匀量化
量量量量量量量量系 4 2 0 -2 -4 -2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0 量量系量
0.5
1
1.5
2
2.5
0.1 0.05 0 -0.05 -0.1
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
图8.3 离散信号64电平均匀量化及量化误差
8.1.2 仿真工具简介
1. 程序设计语言 2. 商业仿真软件 3. 教学科研型软件 MATLAB的仿真可以通过三种方式实现。 （1）脚本文件 （2）工具箱库函数 （3）Simulink动态仿真
返回
8.2 仿真实验
8.2.1 数字电话通信系统中脉冲编码调制
1. 理论回顾
图8.1 PCM系统原理框图
返回
图8.10 直扩系统原理框图
返回
2．分析建模
均匀 RNG
数据{±1}
WGN 发生器
正弦 发生器
i(n)
重复Lc次
×
+
+
×
均匀 RNG （PN序列） 比较
检测器
输出 判决
差错 计数器
图8.11 DS系统仿真模型
返回
3．MATLAB程序脚本 4．结果分析 DS系 系 系 系 系 系 系
10
0
10