软件无线电中的MATLAB仿真应用
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[4 ] 王禹 ,等 1 基于 MVC 模式的快速 Web 应用开发平台的设计与 研究[J ] . 计算机应用研究 ,2004 , (11) :204 - 206.
[5 ] 张友生 1 软件体系结构[M] . 北京 :清华大学出版社 ,2004111 [6 ] J2EE 宝典[M] . 马琳 ,等译 1 北京 :电子工业出版社 ,2002. 10. [7 ] UML 和统一过程 ———实用面向对象分析和设计 [ M] . 方贵宾 ,
本文主要研究软件无线电中的数字调制算法 , 并通过 MATLAB 软件进行调制仿真 。
1 软件无线电中的调制原理
软件无线电的各种调制信号都是依靠一个通用 的数字信号处理平台为支撑 ,利用各种软件来产生 的 。软件无线电的各种调制完全可以基于数字信号 处理技术来实现 。
在现代通信中 ,通信信号的种类众多 ,但就理论 上而言 ,各类通信信号均可采用正交调制的方法加
2 系统实现技术
CORBA 和 Web 技术是当前解决分布 、异构问题 的最重要的代表 。Web 技术为分布在网络上各种信 息资源的管理 、访问提供了一种简单的解决方案 ,是 目前 Internet 使用最多的网络服务 ,但其缺点是显而 易见的 ,Web 技术所依赖的传输协议 HTTP 是一个 面向静态文档的协议 ,难以处理复杂的交互操作 , Web 效率低不适应复杂和大规模的应用 ,Web 服务 器负担过重 ; CORBA 通过 ORB 对象透明地向本地 或远程对象发送请求或接收应答 ,由 ORB 负责寻找 和激活对象 、请求和应答消息的打包与传送 、并发和 异常的处理等工作 ,在 CORBA 中对象的界面由 IDL 语言定义 ,界面与实现完全分开 ,对象的实现对外界 完全隐藏 ,而且 CORBA 有以下一些突出的优点 :易 于开发 ,易于扩充 ,易于集成大量的现存软件 ,实现 复杂的分布式交互操作 。对比 Web 和 CORBA 技术 可以看出 ,二者有很强的互补性 。Web 适合于处理 非结构化的数据 ,能轻易地把大量不同类型的数据 和信息资源组庄起来 ,以简单统一的方式供最终用 户访问 ;CORBA 适合处理结构化的数据和逻辑复杂 的分布式交互操作 。两者结合起来 ,就能实现更好
Application of MATLAB in soft ware radio
ZHONG Xiao2qing , ZHU Feng
( Electrician and Electron Department of Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031 ,China)
的分布式服务 。 结合 Web 和 CORBA 技术的 J2EE 应用服务器
是企业信息系统中间层的运行支持平台 ,并可以在 开源的 J2EE 应用服务器软件基础上定制专门的应 用服务器平台 ,这个应用服务器平台支持 SUN 公司 J2EE 规范 , 可以部署运行业务逻辑的 Servlet ,Java Bean ,Session Bean 或 Entity Bean ,并为之提供生存周 期管理 ,实例缓存服务和数据库连接池等服务 ,同时应 用服务器还集成了 Java 数据库服务器和邮件服务器 , 为开发企业信息化软件提供了一体化的解决方案 。
信号不能满足这样的要求 , 而高斯最小频移键控
(GMSK) 却能满足这样的要求 。GMSK 调制原理是
让基带信号先经过高斯滤波器滤波 ,使基带信号形
成高斯脉冲 ,然后再进行 MSK 调制 。实际上 , GMSK
就是 MSK调制技术的一种改进形式 。它在保持恒
定幅度的同时 ,能够改变高斯滤波器的 3dB 带宽对
2005 年第 8 期
信 息 技 术 Information Technology
中图分类号 :TP391. 9 文献标识码 :A 文章编号 :1009 - 2552 (2005) 08 - 0069 - 02
软件无线电中的 MATLAB 仿真应用
钟晓清 , 朱 峰
(西南交通大学电工电子系 , 成都 610031)
[1 ] 欧建志 1 运用 UML 和 Rational ROSE 进行J2EE 应用开发[J ] . 计 算机应用研究 ,2003 , (1) .
[2 ] 丁振国 ,任新洁 1 基于 Struts 的 Web 应用开发研究[J ] . 微机发 展 ,2004 ,14 (1) .
[3 ] 赵会群 ,等 1 软件体系结构抽象模型 [J ] . 计算机学报 , 2003 , (7) :730 - 736.
Abstract : With the development of 4th or 5th generation mobile communication , the software radio has be2 come the key technique of modern communication. In the software radio , The MATLAB simulation software is often used to simulate. This paper introduces that how to use MATLAB in the simulation of modulation , and analyzes two modulation modes like MSK and GMSK. Key words : MSK; GMSK; software radio ; MATLAB
图 4 仿真模型示意图
图 5 MSK信号与 GMSK信号的误码率比较
MATLAB 仿真程序 :
xSimulationTime = 10 ;
xTracebackLength = 4 ;
x = 0 :9 ;
y=x;
for i = 1 :length (x) xSNR = x(i) ; sim‘( project8 1’) ; y(i) = xErrorRate (1) ;
end
mSimulationTime = 10 ;
mTracebackLength = 4 ;
m = 0 :9 ;
n =m;
for i = 1 :length (m) mSNR = m(i) ;
(下转第 131 页)
信息 。分布式应用平台提供了基于 Java 的 SΠMIME 安全电子邮件支持 ,SΠMIME 为电子邮件提供了数字 签名和加密功能 ,允许不同的电子邮件客户程序彼 此之间收发安全电子邮件 ,签发企业内部安全证书 , 企业员工可以无需在互联网上申请直接使用企业内 部签发的安全证书 。
以实现 。如图 1 所示 。
图 1 正交调制实现框图
2 MATLAB 数字调制仿真
(1) MSK信号的调制
设数字信号
S ( t) A ( t) cos[ 2πf c t + Φ( t - εT) + θ]
(1)
其中 nT Φ t Φ ( n + 1) T 。
MSK信号的单边功率谱密度函数 :
s(f)
= π2 [1 -
8T 16(f -
fc)
T2
cos2 ]
(2π( f
-
f c ) T)
(2)
则它的功率谱曲线如图 2 所示 。
收稿日期 : 2005 - 01 - 14 作者简介 : 钟晓清 (1981 - ) ,女 ,硕士研究生 ,主要研究方向为软件
无线电 。
— 69 —wenku.baidu.com
图 2 QPSK,MSK功率谱曲线比较
等译 1 北京 :机械工业出版社 ,2003. 2. 责任编辑 :杨立民
(上接第 70 页)
sim‘( project8 2’) ; n (i) = mErrorRate (1) ;
end semilogy(x ,y‘, 3 - b’,m ,n ‘, - k’) ; 从图 5 可以看出 :在 MSK, GMSK 调制过程中 ,误 码率与系统信噪比之间的关系 ,在相同的信噪比环境 下 ,采用 GMSK方式调制时所产生的误码率大于 MSK 方式下所产生的 。因此 ,MSK数字调制优于 GMSK数 字调制 ,但是 GMSK数字调制的频谱在主瓣以外衰减
(4)
α=
2 ln2
B
(5)
其中 :B 为高斯滤波器的 3dB 带宽 。
由此可见 , GMSK的信号形式与 MSK信号相似 ,
只是增加了滤波环节 ,因此只要把输入的数据先通
过高斯滤波器进行滤波 ,然后在进行 FM 调制即可
得到基本的 GMSK调制 。基本的 GMSK调制如图 3 。
— 70 —
图 3 基本 GMSK调制
摘 要 : 随着第四代 、第五代移动通信的发展 , 软件无线电已经成为制约现代通信发展的关键 性技术 。如何解决软件无线电中存在的突出问题已成为当前社会各界广泛关注的焦点 。在解决 这些问题的时候 , 我们通常应用 MATLAB 仿真软件进行模拟仿真 。本文着重介绍如何应用 MAT2 LAB 来完成数字调制过程的仿真 , 并对 MSK , GMSK这两种常用的调制方式进行了仿真分析 。 关键词 : MSK; GMSK; 软件无线电 ; MATLAB
0 引言
软件无线电自上个世纪九十年代初提出以来 , 已经历十余年的发展 ,其基本思想就是构造一个具 有开放性 、标准化 、模块化的通用硬件平台 ,将各种 功能如 :工作频段 、调制解调类型 、数据格式 、加密模 式 、通信协议等通过加载软件来实现 ,并使宽带 AΠD 和 DΠA 转换器尽可能靠近天线 ,以研制出具有高度 灵活性 、开放性的新一代无线通信系统 。在软件无 线电中的各种调制信号是以一个通用的数字处理平 台为支撑 ,利用各种软件 。
3 MATLAB 数字调制仿真
首先利用 MATLAB 中的 Simulink 进行仿真建 模 ‘, project8 1’‘, project8 2’分别为 MSK , GMSK信 号的调制仿真模型 ,模型示意图如图 4 所示 。先运 行这两个仿真模型 ,再在 MATLAB 中调用下列仿真 程序 ,于是得到 MSK信号与 GMSK 信号的误码率比 较的仿真示意图 ,如图 5 所示 。
3 系统展望
飞速发展的信息技术大大推动了社会的进步 , 正在改变着人们的生活 、学习和工作环境 。使用信 息系统取代手工作业方式 ,重新认识和再造企业业 务流程 ,成为企业在市场竞争中取胜的战略手段 。 但是目前信息系统产品种类繁多 ,兼容性差 ,不能适 应企业的生产 、管理和经营模式的多样性 ,对企业信 息自动进程产生了严重的制约 ,所以必须在系统软 件基础上构建一个中间层 ———分布式应用平台 ,为 应用软件和系统软件建立一个标准的接口 ,这也为 国内软件产业发展提供了一次良好的机遇 。 参 考 文 献:
分布式应用平台支持整合平台外部的验证机 制 ,例如 : Windows2000 ADS 认证 、LDAP 认证 、UnixΠ Linux 系统认证等用户验证机制 ,实现了和企业原有 系统有机结合为一体 。这样企业在已经安装部署了 Windows2000 等系统平台的情况下 ,轻松的将整个系 统升级扩展到分布式应用平台上面来 。
已调信号的频谱进行控制 。数学表达式 :
∫ ∑ s ( t)
= cos
ωc t
π + 2T
-∞
an h (τ -
nT -
T 2
)
(3)
其中 : h ( t) 为预调制滤波器的冲激响应 , 大小为高
斯滤波器与窗函数的卷积 ,为输入不为零的数据 。
高斯滤波器的冲激响应为 :
h ( t) = παe -πα2 t2
振幅 ,信号功率谱在主瓣以外衰减较快 。与 QPSK
调制方式进行比较 ,MSK 信号的功率谱更加紧凑 ,
占用的带宽窄 ,抗干扰性强 ,是适合在窄带信道传输
的一种调制方式 。
(2) GMSK信号的调制
在移动通信系统中 ,对信号带外辐射功率的限
制十分严格 ,比如衰减要求在 70～80dB 以上 ,MSK
在同样的包络情况下 ,最小移频键控信号的功
率谱曲线的主瓣较 QPSK 宽 ,但其旁瓣下降很快 ,在
远离中心频率的地方 ,最小移频键控信号的功率谱 曲线以 1Πf4 的速度下降 ,而 QPSK 的下降速度仅为
1Πf2 ,这正是最小移频键控在功率方面的一个最显著
的特点 。
从图 2 中可以看出 ,MSK 调制方式具有恒定的
[5 ] 张友生 1 软件体系结构[M] . 北京 :清华大学出版社 ,2004111 [6 ] J2EE 宝典[M] . 马琳 ,等译 1 北京 :电子工业出版社 ,2002. 10. [7 ] UML 和统一过程 ———实用面向对象分析和设计 [ M] . 方贵宾 ,
本文主要研究软件无线电中的数字调制算法 , 并通过 MATLAB 软件进行调制仿真 。
1 软件无线电中的调制原理
软件无线电的各种调制信号都是依靠一个通用 的数字信号处理平台为支撑 ,利用各种软件来产生 的 。软件无线电的各种调制完全可以基于数字信号 处理技术来实现 。
在现代通信中 ,通信信号的种类众多 ,但就理论 上而言 ,各类通信信号均可采用正交调制的方法加
2 系统实现技术
CORBA 和 Web 技术是当前解决分布 、异构问题 的最重要的代表 。Web 技术为分布在网络上各种信 息资源的管理 、访问提供了一种简单的解决方案 ,是 目前 Internet 使用最多的网络服务 ,但其缺点是显而 易见的 ,Web 技术所依赖的传输协议 HTTP 是一个 面向静态文档的协议 ,难以处理复杂的交互操作 , Web 效率低不适应复杂和大规模的应用 ,Web 服务 器负担过重 ; CORBA 通过 ORB 对象透明地向本地 或远程对象发送请求或接收应答 ,由 ORB 负责寻找 和激活对象 、请求和应答消息的打包与传送 、并发和 异常的处理等工作 ,在 CORBA 中对象的界面由 IDL 语言定义 ,界面与实现完全分开 ,对象的实现对外界 完全隐藏 ,而且 CORBA 有以下一些突出的优点 :易 于开发 ,易于扩充 ,易于集成大量的现存软件 ,实现 复杂的分布式交互操作 。对比 Web 和 CORBA 技术 可以看出 ,二者有很强的互补性 。Web 适合于处理 非结构化的数据 ,能轻易地把大量不同类型的数据 和信息资源组庄起来 ,以简单统一的方式供最终用 户访问 ;CORBA 适合处理结构化的数据和逻辑复杂 的分布式交互操作 。两者结合起来 ,就能实现更好
Application of MATLAB in soft ware radio
ZHONG Xiao2qing , ZHU Feng
( Electrician and Electron Department of Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031 ,China)
的分布式服务 。 结合 Web 和 CORBA 技术的 J2EE 应用服务器
是企业信息系统中间层的运行支持平台 ,并可以在 开源的 J2EE 应用服务器软件基础上定制专门的应 用服务器平台 ,这个应用服务器平台支持 SUN 公司 J2EE 规范 , 可以部署运行业务逻辑的 Servlet ,Java Bean ,Session Bean 或 Entity Bean ,并为之提供生存周 期管理 ,实例缓存服务和数据库连接池等服务 ,同时应 用服务器还集成了 Java 数据库服务器和邮件服务器 , 为开发企业信息化软件提供了一体化的解决方案 。
信号不能满足这样的要求 , 而高斯最小频移键控
(GMSK) 却能满足这样的要求 。GMSK 调制原理是
让基带信号先经过高斯滤波器滤波 ,使基带信号形
成高斯脉冲 ,然后再进行 MSK 调制 。实际上 , GMSK
就是 MSK调制技术的一种改进形式 。它在保持恒
定幅度的同时 ,能够改变高斯滤波器的 3dB 带宽对
2005 年第 8 期
信 息 技 术 Information Technology
中图分类号 :TP391. 9 文献标识码 :A 文章编号 :1009 - 2552 (2005) 08 - 0069 - 02
软件无线电中的 MATLAB 仿真应用
钟晓清 , 朱 峰
(西南交通大学电工电子系 , 成都 610031)
[1 ] 欧建志 1 运用 UML 和 Rational ROSE 进行J2EE 应用开发[J ] . 计 算机应用研究 ,2003 , (1) .
[2 ] 丁振国 ,任新洁 1 基于 Struts 的 Web 应用开发研究[J ] . 微机发 展 ,2004 ,14 (1) .
[3 ] 赵会群 ,等 1 软件体系结构抽象模型 [J ] . 计算机学报 , 2003 , (7) :730 - 736.
Abstract : With the development of 4th or 5th generation mobile communication , the software radio has be2 come the key technique of modern communication. In the software radio , The MATLAB simulation software is often used to simulate. This paper introduces that how to use MATLAB in the simulation of modulation , and analyzes two modulation modes like MSK and GMSK. Key words : MSK; GMSK; software radio ; MATLAB
图 4 仿真模型示意图
图 5 MSK信号与 GMSK信号的误码率比较
MATLAB 仿真程序 :
xSimulationTime = 10 ;
xTracebackLength = 4 ;
x = 0 :9 ;
y=x;
for i = 1 :length (x) xSNR = x(i) ; sim‘( project8 1’) ; y(i) = xErrorRate (1) ;
end
mSimulationTime = 10 ;
mTracebackLength = 4 ;
m = 0 :9 ;
n =m;
for i = 1 :length (m) mSNR = m(i) ;
(下转第 131 页)
信息 。分布式应用平台提供了基于 Java 的 SΠMIME 安全电子邮件支持 ,SΠMIME 为电子邮件提供了数字 签名和加密功能 ,允许不同的电子邮件客户程序彼 此之间收发安全电子邮件 ,签发企业内部安全证书 , 企业员工可以无需在互联网上申请直接使用企业内 部签发的安全证书 。
以实现 。如图 1 所示 。
图 1 正交调制实现框图
2 MATLAB 数字调制仿真
(1) MSK信号的调制
设数字信号
S ( t) A ( t) cos[ 2πf c t + Φ( t - εT) + θ]
(1)
其中 nT Φ t Φ ( n + 1) T 。
MSK信号的单边功率谱密度函数 :
s(f)
= π2 [1 -
8T 16(f -
fc)
T2
cos2 ]
(2π( f
-
f c ) T)
(2)
则它的功率谱曲线如图 2 所示 。
收稿日期 : 2005 - 01 - 14 作者简介 : 钟晓清 (1981 - ) ,女 ,硕士研究生 ,主要研究方向为软件
无线电 。
— 69 —wenku.baidu.com
图 2 QPSK,MSK功率谱曲线比较
等译 1 北京 :机械工业出版社 ,2003. 2. 责任编辑 :杨立民
(上接第 70 页)
sim‘( project8 2’) ; n (i) = mErrorRate (1) ;
end semilogy(x ,y‘, 3 - b’,m ,n ‘, - k’) ; 从图 5 可以看出 :在 MSK, GMSK 调制过程中 ,误 码率与系统信噪比之间的关系 ,在相同的信噪比环境 下 ,采用 GMSK方式调制时所产生的误码率大于 MSK 方式下所产生的 。因此 ,MSK数字调制优于 GMSK数 字调制 ,但是 GMSK数字调制的频谱在主瓣以外衰减
(4)
α=
2 ln2
B
(5)
其中 :B 为高斯滤波器的 3dB 带宽 。
由此可见 , GMSK的信号形式与 MSK信号相似 ,
只是增加了滤波环节 ,因此只要把输入的数据先通
过高斯滤波器进行滤波 ,然后在进行 FM 调制即可
得到基本的 GMSK调制 。基本的 GMSK调制如图 3 。
— 70 —
图 3 基本 GMSK调制
摘 要 : 随着第四代 、第五代移动通信的发展 , 软件无线电已经成为制约现代通信发展的关键 性技术 。如何解决软件无线电中存在的突出问题已成为当前社会各界广泛关注的焦点 。在解决 这些问题的时候 , 我们通常应用 MATLAB 仿真软件进行模拟仿真 。本文着重介绍如何应用 MAT2 LAB 来完成数字调制过程的仿真 , 并对 MSK , GMSK这两种常用的调制方式进行了仿真分析 。 关键词 : MSK; GMSK; 软件无线电 ; MATLAB
0 引言
软件无线电自上个世纪九十年代初提出以来 , 已经历十余年的发展 ,其基本思想就是构造一个具 有开放性 、标准化 、模块化的通用硬件平台 ,将各种 功能如 :工作频段 、调制解调类型 、数据格式 、加密模 式 、通信协议等通过加载软件来实现 ,并使宽带 AΠD 和 DΠA 转换器尽可能靠近天线 ,以研制出具有高度 灵活性 、开放性的新一代无线通信系统 。在软件无 线电中的各种调制信号是以一个通用的数字处理平 台为支撑 ,利用各种软件 。
3 MATLAB 数字调制仿真
首先利用 MATLAB 中的 Simulink 进行仿真建 模 ‘, project8 1’‘, project8 2’分别为 MSK , GMSK信 号的调制仿真模型 ,模型示意图如图 4 所示 。先运 行这两个仿真模型 ,再在 MATLAB 中调用下列仿真 程序 ,于是得到 MSK信号与 GMSK 信号的误码率比 较的仿真示意图 ,如图 5 所示 。
3 系统展望
飞速发展的信息技术大大推动了社会的进步 , 正在改变着人们的生活 、学习和工作环境 。使用信 息系统取代手工作业方式 ,重新认识和再造企业业 务流程 ,成为企业在市场竞争中取胜的战略手段 。 但是目前信息系统产品种类繁多 ,兼容性差 ,不能适 应企业的生产 、管理和经营模式的多样性 ,对企业信 息自动进程产生了严重的制约 ,所以必须在系统软 件基础上构建一个中间层 ———分布式应用平台 ,为 应用软件和系统软件建立一个标准的接口 ,这也为 国内软件产业发展提供了一次良好的机遇 。 参 考 文 献:
分布式应用平台支持整合平台外部的验证机 制 ,例如 : Windows2000 ADS 认证 、LDAP 认证 、UnixΠ Linux 系统认证等用户验证机制 ,实现了和企业原有 系统有机结合为一体 。这样企业在已经安装部署了 Windows2000 等系统平台的情况下 ,轻松的将整个系 统升级扩展到分布式应用平台上面来 。
已调信号的频谱进行控制 。数学表达式 :
∫ ∑ s ( t)
= cos
ωc t
π + 2T
-∞
an h (τ -
nT -
T 2
)
(3)
其中 : h ( t) 为预调制滤波器的冲激响应 , 大小为高
斯滤波器与窗函数的卷积 ,为输入不为零的数据 。
高斯滤波器的冲激响应为 :
h ( t) = παe -πα2 t2
振幅 ,信号功率谱在主瓣以外衰减较快 。与 QPSK
调制方式进行比较 ,MSK 信号的功率谱更加紧凑 ,
占用的带宽窄 ,抗干扰性强 ,是适合在窄带信道传输
的一种调制方式 。
(2) GMSK信号的调制
在移动通信系统中 ,对信号带外辐射功率的限
制十分严格 ,比如衰减要求在 70～80dB 以上 ,MSK
在同样的包络情况下 ,最小移频键控信号的功
率谱曲线的主瓣较 QPSK 宽 ,但其旁瓣下降很快 ,在
远离中心频率的地方 ,最小移频键控信号的功率谱 曲线以 1Πf4 的速度下降 ,而 QPSK 的下降速度仅为
1Πf2 ,这正是最小移频键控在功率方面的一个最显著
的特点 。
从图 2 中可以看出 ,MSK 调制方式具有恒定的