基于matlab的通信系統(tǒng)傳輸信道性能仿真研究

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1、1緒論通信就是把信息從一地有效地傳遞到另一地，及消息傳遞的全過(guò)程。通信是由通信系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通信系統(tǒng)是只完成信息傳遞的傳輸介質(zhì)和全部設(shè)備的總稱(chēng)?，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)引媒體屮的傳輸機(jī)理來(lái)實(shí)現(xiàn)，前者稱(chēng)為無(wú)線通信系統(tǒng)，后者稱(chēng)為有線通信系統(tǒng)。1?1課題的研究背景及意義1.1.1通信系統(tǒng)研究背景實(shí)際的通信系統(tǒng)是一個(gè)功能結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，對(duì)這個(gè)系統(tǒng)作岀的任何改變?nèi)绺淖兡硞€(gè)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(gè)系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定。因此,在對(duì)原有的通信系統(tǒng)作出改進(jìn)或建立一個(gè)新系統(tǒng)Z前，通常需要對(duì)這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，通過(guò)仿真結(jié)果衡量方案的可

2、行性，從中選擇最合理的系統(tǒng)配置和參數(shù)設(shè)置，然后1再應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)中，這個(gè)過(guò)程就是通信系統(tǒng)仿真。在通信技術(shù)快速發(fā)展的今天，人們對(duì)通信系統(tǒng)的性能以及造價(jià)都提岀了比較高的要求，于是通信仿真便應(yīng)運(yùn)而生。仿真是衡量系統(tǒng)性能的工具，它通過(guò)仿真模型的仿真結(jié)果來(lái)推斷原系統(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?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，己經(jīng)研發(fā)出了新一代的可視化的仿真軟件。這些功能強(qiáng)大的仿真軟件，使得通信系統(tǒng)仿真的設(shè)計(jì)和分析過(guò)程變得相對(duì)直觀和便捷，由止匕也使得通信系2統(tǒng)仿真技術(shù)得初｝更快的發(fā)展。通過(guò)仿真.可以降低新系統(tǒng)失敗的可能性，消除系統(tǒng)屮潛在的弊端，防止

3、對(duì)系統(tǒng)屮某些功能部件造成過(guò)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。計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展十分迅速，出現(xiàn)了大量實(shí)用仿真軟件與工具，并應(yīng)用于通信系統(tǒng)建模、分析和設(shè)計(jì)，使得通信系統(tǒng)仿真發(fā)展很快。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)基本上有兩大類(lèi)，一是基于公式的方法，用計(jì)算機(jī)計(jì)算復(fù)雜的公式；二是用計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)的信號(hào)波形，即波形級(jí)仿真?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)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通信系統(tǒng)仿真的設(shè)計(jì)和分析過(guò)程變得相對(duì)直觀和便捷，推動(dòng)了通信系統(tǒng)仿真的快速發(fā)展。1.1.2通信系統(tǒng)仿真的意義通信系統(tǒng)仿真應(yīng)用到了通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的各個(gè)

4、階段，無(wú)論是從早期的概念設(shè)計(jì)，還是實(shí)現(xiàn)，測(cè)試，使用等各個(gè)階段。在概念定義階段，通信系統(tǒng)仿真獲得項(xiàng)層指標(biāo);在接下來(lái)的設(shè)計(jì)和研發(fā)中，通信系統(tǒng)仿真確定硬件研發(fā)的指標(biāo)，檢驗(yàn)己完成子系統(tǒng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能的影響；在運(yùn)行階段，通信系統(tǒng)仿真可以用來(lái)確定解決問(wèn)題的方法；通信系統(tǒng)仿真還可以預(yù)測(cè)系統(tǒng)的使用壽命。通信系統(tǒng)仿真實(shí)質(zhì)上就是把碩件實(shí)驗(yàn)搬進(jìn)了計(jì)算機(jī)，可以把它看成是一種軟件實(shí)驗(yàn)O在硬件實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)屮，用各種電子元器件制作出通信系統(tǒng)屮的理論模型所規(guī)定的各個(gè)模塊，再把它們通過(guò)導(dǎo)線或電纜等接在一起，然后用示波囂、頻譜議、誤碼儀等通信儀表得到各種測(cè)量，最后分析測(cè)量結(jié)果。在軟件實(shí)驗(yàn)中我們也是這

5、樣做，只不過(guò)所有通信模塊及通信儀表的功能都是用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通信系統(tǒng)的全過(guò)程在計(jì)算機(jī)中仿真運(yùn)行。與碩件實(shí)驗(yàn)相比，軟件實(shí)驗(yàn)具有如下一些優(yōu)點(diǎn)：1軟件實(shí)驗(yàn)具有廣泛的適應(yīng)性和極好的靈活性。在硬件實(shí)驗(yàn)中改變系統(tǒng)參數(shù)也許意昧著要重傲硬件，而在軟件實(shí)驗(yàn)中是改一、兩個(gè)數(shù)據(jù)，甚至只是在屏幕上按幾下鼠標(biāo)o2軟件實(shí)驗(yàn)更有助于我們較為全面地研究通信系統(tǒng)。有許多問(wèn)題，通過(guò)硬件實(shí)驗(yàn)來(lái)研究可能非常困難，但在軟件實(shí)驗(yàn)屮卻易于解決。3硬件實(shí)驗(yàn)的精確度取決于元器件及工藝水平，軟件實(shí)驗(yàn)精度取決于cpu的運(yùn)算速度或者說(shuō)是程序的運(yùn)算量。4軟件實(shí)驗(yàn)建設(shè)開(kāi)發(fā)周期短，成本低。隨著通信和信號(hào)處理系統(tǒng)的復(fù)雜程度

6、的提高，同時(shí)出現(xiàn)了一系列新的技術(shù)。如用于數(shù)字信號(hào)處理的價(jià)格不高但速度很快的硬件、光纖光學(xué)器件、集成光學(xué)設(shè)備和單片微波集成電路，這些對(duì)通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)均有重要影響。通信系統(tǒng)復(fù)雜度的提高使得用來(lái)分析和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)間和精力也相應(yīng)提高了，然而在商用產(chǎn)品屮引入新技術(shù)要求設(shè)計(jì)能做到短時(shí)，高效、省力，而這些要求只有通過(guò)使用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)工具才能實(shí)現(xiàn)。所以，通信系統(tǒng)仿真為通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持,在通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中起著舉足輕重的作用。1?1?3通信系統(tǒng)仿真流程與一股的仿真過(guò)程類(lèi)似，在對(duì)通信系統(tǒng)實(shí)施仿真之前，首先需要研究通信系統(tǒng)的特性，通過(guò)歸納和抽彖建立通信

7、系統(tǒng)的仿真模型。圖1.1是關(guān)于通信系統(tǒng)仿真流程的一個(gè)3示意圖。圖1?1通信系統(tǒng)仿真的流程1丄4通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái)，隨著晶體管、集成電路的出現(xiàn)與普及、無(wú)線通信迅速發(fā)展。特別是在20世紀(jì)后半葉，隨著人造地球衛(wèi)星的發(fā)射，大規(guī)模集成電路、電子計(jì)算機(jī)和光導(dǎo)纖維等現(xiàn)代技術(shù)成果的問(wèn)世，通信技術(shù)在以下幾個(gè)不同方向都取得了巨大的成功。1.微波中繼通信使長(zhǎng)距離、大容量的通信成為了現(xiàn)實(shí)。2.移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信的出現(xiàn)，使人們隨時(shí)隨地可通信的愿望可以實(shí)現(xiàn)。3.光導(dǎo)纖維的岀現(xiàn)更是將通信容量提高到了以前無(wú)法想象的地步。4.電子計(jì)算機(jī)的岀現(xiàn)將通信技術(shù)推上了更高的層次，借助

8、現(xiàn)代電信網(wǎng)和計(jì)算機(jī)的融合,人們將世界變