通信系统仿真论文

通信系统仿真论文（精选11篇）

通信系统仿真论文 篇1

“五大”体系建设新模式实现顺利导入后, 对人才素质提出了更高要求, 尤其是在科技含量、技术水平要求高的电力通信信息专业, 更需要高素质、复合型的通信专业人才, 这类人才, 不仅需要具有丰富的电力通信信息专业知识, 更需要能够横跨通信、信息两大专业, 具有丰富的电力通信、信息设备运行维护经验, 才能更好的适应“五大”体系建设后通信人才的需要, 为“五大”体系提供坚强的通信支撑。基于这种需要, 信息通信公司综合自身人员、设备情况, 统筹安排, 按照通信模拟仿真系统建设方案, 落实人员、地点、设备, 建立健全仿真系统日常管理制度, 建立了全省首家通信信息模拟仿真系统, 开创了我局“五大”体系建设后通信人才培训新局面。

1 建立仿真系统的必要性

1.1 通信信息网络现状

齐齐哈尔电业局通信光传输网络SDH现有中兴设备60多台, 设备类型包括ZXMP S320/ZXMP S330/ZXMP S360/ZXMP S380/ZXMP S385五种型号。以2.5G和622M两个光纤环网为核心。2.5G光纤环网由5台设备组成, 附挂1个155M子环网。622M光纤环网由13台设备组成, 附挂3个155M子环网。主要传送调度数据网、继电保护、图像、综合网管监控通道等2M复用信息。复接设备PCM有120多台, 设备类型主要有深圳泰科3630、沈阳仕得蓝马可尼XMP1、北京西科德萨基姆FMX12、北京讯风BX10等。主要传送调度电话、远动信号、电量信号、集控信号、电源监控等64K业务。齐齐哈尔电业局信息网络在去年年末刚刚从思科交换机全部更换为H3C网路交换机, 新厂家的设备需要人员又新学习适应新技术。我局信息内外网共有76台设备, 1个中心机房和37个基层网络机房, 设备类型包括S9512、S7510、S5500和S3600, 网络防火墙2个。随着三集五大体系的建立, 我局各单位办公地点调整变化较大, 很多办公电脑需要变更信息网络的接入点, 甚至需要调整网络结构。

1.2 通信信息网络存在问题

1.2.1 信息网络稳定运行指标已列入我局安全生产指标之一。

生产环境交换机的配置变化时需要在测试环境中试运行后再放入生产环境, 以保证配置的正确性, 所以迫切需要一个模似环境来调试和测试交换机, 提高人员技能水平, 提高生产环境网络运行的稳定性。1.2.2随着通信光传输、复接设备的更替, 新鲜血液的融入, 人员的技术水平也要随即提升, 利用替换下来的设备、已有的资源和自筹部分新设备, 组建一个模拟现场的仿真系统环境, 利用空余时间和定期时间进行真实现场工作环境的模拟, 可以提高现有工作中疑难问题的解决, 和给新员工进行实物性培训, 快速使新员工进入工作状态。专业技术人员可以通过模拟现场故障, 进行快速定位解决故障。也解决了闲置设备的利用率问题, 一举多得。

1.3 背景的提出

1.3.1 全省电力培训中心无针对通信信息网络设备组网培训的基地。

1.3.2 到厂家培训名额少, 达不到全员培训目的。

1.3.3新员工和微波专业技术水平有待提升, 使其快速进入工作状态。1.3.4通信信息设备更替升级快, 专业技术人员现有业务水平有待进一步提高。

2 建设仿真系统达到的效果

2.1 此仿真系统的建立, 主要用于模拟现场实际工作环境方面的培训工作, 使得全员达到培训效果。

2.2 巩固了专业知识, 并把理论知识和实践知识有效结合起来。

2.3 融合通信和信息两大专业业务水平, 提高了团队合作精神。

2.4 提高了解决问题的能力。

模拟故障现象, 锻炼了员工队伍。两大专业共同组建仿真系统, 人员跨专业锻炼, 最终达到培养复合型人才的目的。下一步将规划完善搭建信通公司所有专业的模拟仿真环境, 专业间相互了解学习, 解决人员结构性缺员问题。能够独立完成工作中较复杂工作任务的同时, 处理工作中的疑难问题。

3 建设方案

3.1 按照建设仿真系统目标, 制定符合我局通信信息现状的实施方案。

首先成立通信信息模拟仿真系统建设领导小组。组长由信息通信公司经理担任, 副组长由信息通信公司副经理担任, 专业负责由专责工程师担任, 组员由传输一、二班人员组成。经过多次技术组会议讨论论证通信信息模拟仿真系统建设的可行性方案, 一致认为方案可行, 可操作性强。首先仿真系统选址, 一为原微波楼, 二为通调楼十九楼微波机房。因十九楼微波机房设备安装方便, 仿真系统需求空间大;其次从组建规模上考虑后期建设, 确定设备布放位置。最终确定一期建设光传输设备SDH四台, 复接设备PCM三套 (6台) , 信息网络设备五台。预留两面屏位。

3.2 深入细致, 周密安排, 全面实施仿真系统建设。

3.2.1未雨绸缪, 整合现有设备资源, 购买新传输设备。首先将三号院拆除的整套通信设备包含光传输SDH、泰科PCM、电源系统作为仿真系统基础雏形, 另整合一套中兴S330设备、三套PCM复接设备和购买中兴S330、S320光传输SDH各一台, 组建成传输网络。信息网络的组建是利用去年更换交换机后替下来的旧H3C设备搭建。3.2.2周密安排, 通信信息专业人员密切配合, 按施工方案逐项有序进行。光传输设备模拟现场设备硬件安装、线缆的布放、线缆的绑扎、设备的加电、开局、设备 (单机、组网) 调试、2M (155M) 业务的开通等一系列现场实际工作环境。PCM复接设备模拟现场设备硬件安装、线缆的布放、线缆的绑扎、色谱识别、设备 (单机、组网) 调试、64K业务的开通等一系列现场实际工作环境。信息网络的建立是用3台三层交换机和2台二层交换机按实际工作中需要的拓扑结构, 随时变化互连方式, 组成需要培训和测试用的网络结构。大大锻炼了人员的网络业务技能。

3.3 加强管理, 真正发挥仿真系统作用。

为了完善仿真系统日常管理, 制定了仿真系统使用规章制度。3.3.1仿真系统设备仪器仪表设专人负责保管维护、登记建帐。存放应做到整洁有序, 便于检查使用。3.3.2仿真系统设备仪器仪表、工具一般不得外借, 特殊情况必须经领导批准。3.3.3要爱护仿真设备仪器仪表, 节约使用材料, 遵守操作规程, 认真记录操作步骤。室内应保持整洁, 操作时丢弃的废物要按指定地点倾倒。3.3.4仿真系统必须重视安全工作, 加强防火、防盗、防尘的管理。3.3.5仿真系统的操作人员, 要加强岗位责任制, 经常检查维修设备仪器仪表, 使其处于正常完好状态。3.3.6仿真系统应建立安全制度。每次操作完毕或下班前, 要做好整理工作, 关闭电源和门窗。要有明确的责任人。

结束语

通过以上措施, 信息通信公司初步建立了通信信息模拟仿真系统, 搭建了通信信息模拟仿真系统, 经过近几个月运行检验, 极大的提高了通信信息运行维护人员的专业技术水平, 使我局通信信息故障处理更加快速, 通信人员能够更好的适应“五大”体系建设后对专业人员的要求, 在全省首家建立通信信息模拟仿真系统, 为我局培养电力通信复合型人才找到了一种新方式, 也为在全省率先探索电力通信信息专业培训新方式、新手段走出了一条创新之路。

参考文献

[1]中兴通讯股份有限公司ZXMP S380S330技术手册.[1]中兴通讯股份有限公司ZXMP S380S330技术手册.

[2]沈阳仕得蓝科技有限公司XMP1SOX操作手册.[2]沈阳仕得蓝科技有限公司XMP1SOX操作手册.

[3]北京西科德科技有限公司SAGEM FMX12数字交叉连接复用设备技术手册.[3]北京西科德科技有限公司SAGEM FMX12数字交叉连接复用设备技术手册.

[4]北京讯风光通信技术开发有限责任公司BX10用户手册.[4]北京讯风光通信技术开发有限责任公司BX10用户手册.

通信系统仿真论文 篇2

基于SPW的PSK数字通信系统仿真与分析

在现代通信系统设计中,计算机仿真设计可以快速构建系统模型,降低开发成本和周期,实现性能评估、系统优化的.目的.讨论了数字信号处理和通信系统仿真设计软件SPW的功能、应用,依据PSK通信系统原理,设计出了基于SPW的BPSK系统模型.调试、仿真获得了系统关键信号的时域波形、眼图及功率谱,结果表明仿真设计满足系统性能要求.

作 者：周长林 朱卫东 杨洪涛 ZHOU Chang-lin ZHU Wei-dong YANG Hong-tao 作者单位：信息工程大学理学院,郑州,450001刊 名：电光与控制 ISTIC PKU英文刊名：ELECTRONICS OPTICS & CONTROL年，卷(期)：14(2)分类号：V243.1关键词：数字通信系统 SPW(Signal Processing Worksystem) BPSK 计算机仿真设计

通信系统仿真论文 篇3

摘 要：为提高航海模拟器的训练质量, 提出基于因特网技术的新型船用VHF通信仿真系统.该系统以各本船将各自设定的频道状态信息由VHF终端经客户机通过网络上传给服务器的方式建立系统总体构架,通过语音终端的硬件设计、语音终端的嵌入式控制软件设计完成系统集成. 在互联网公共网络平台上的实践表明, 构建在互联网上的船用VHF通信仿真系统,对扩大训练范围、提高航海教学效果、增强学习互动性提供有效手段.

关键词：VHF通信； 模拟器； 集成； 因特网

中图分类号：U675.75；TP391.9文献标志码：A

Ships VHF simulator system integrated by multiple simulators

YU Lili, SHI Chaojian, HUANG Zhenmin, HU Qinyou

(Merchant Marine College, Shanghai Maritime Univ., Shanghai 200135, China)

Abstract： In order to improve the navigation simulators training quality, a new-style ships VHF simulator system is proposed based on Internet. In this system, the system overall framework is set by channel status messages which are set by each ship and are sent to the upper server through the network by VHF terminals. The hardware design of voice terminals, the embedded control software design of voice terminals are composed to the system integration. The practice by the public Internet platform indicates that the ships VHF simulator system built on Internet provides an effective method to extend the scope of training, improve the navigation teaching effect and enhance the interactive learning.

Key words： VHF communication;simulators; integration; Internet

0 引 言

船用VHF通信仿真系统是航海模拟器的子系统，是现代航海教学的组成部分.船员通过VHF通信仿真系统的训练，可熟悉船上VHF设备的通信方式.船用VHF通信仿真系统不但具有各种VHF通信设备的操作方法，而且因其不发射射频无线电波，无须通过无线电管理委员会就可无限制使用［1］.目前，船用VHF通信仿真系统一般有2类：

（1）在航海模拟器上安装真正的无线通信系统，完全按照实战要求进行训练.这种方式由于和实际情况完全吻合，船员受训的仿真度高，实现训练本身内在的意义.但是，如果发射功率控制不好，有可能对岸上的频道产生干扰.

（2）采用有线模拟训练系统.如上海海事大学自行研制并通过鉴定的SMU-IV型航海模拟器安装的VHF训练系统.［2］该系统的VHF单元分为主控台部分和本船部分，其中主控台部分用于与各本船的通信及监听各本船间的通信联系，同时承担代表物标船的回话和呼叫等通信任务；本船部分主要用于与主控台及其他本船间的通信.由于这种系统采用有线系统，故其优点在于能避免周边无线电波的射频干扰,同时，由于在操作使用和功能上模拟实船的VHF话机，故可有效模拟真实场景.但其受训距离有限，仅在以主控台为中心的若干本船模拟器的区域模拟真正的VHF系统；另外，由于其采用有线模拟语音信号的传输通信，所以抗干扰能力及稳定性不如数字化通信.［3-4］.

本文提供新型的船用语音通信仿真系统.其研制来源于上海海事大学主持承担的国际合作研究项目——“基于因特网的多模拟器集成（Internet Based Integration of Multiple Ship Handling Simulators）”项目中“VHF模拟通信”子系统，采用数字语音通信技术替代传统的船用语音通信仿真系统中模拟语音信号的传输，有效提高语音通信质量；还可将船用语音通信仿真功能建立在因特网的构架上，不仅形成单个航海模拟器中各本船间的实时语音通信，而且可通过因特网与其他航海模拟器中的船只互连通信，有效扩大训练范围，增强训练的灵活性、互动性和国际性.［5］

1 系统总体构架

系统结构见图1.

（1）各本船将各自设定的频道状态信息由VHF终端经客户机通过网络上传给服务器，服务器对各频道进行统一管理，确定收发对象，同时，各本船设定的频道状态也显示在VHF终端的数码管上.

（2）呼叫方船只的VHF终端将处理后的数字语音信号经客户机通过网络上传给服务器.

（3）服务器将接收到的数字语音信号通过网络下传给对应频道同一模拟器的其他本船或其他模拟器相应本船的VHF终端.

系统不仅可实现同一航海模拟器中各本船间的实时语音通信，还可通过因特网与其他航海模拟器中的船只互连通信.［6-7］

2 语音终端的硬件电路设计

语音终端硬件系统由语音数据采集、回放单元，语音压缩解压单元，数据处理、传送及接收单元，时钟同步电路单元，键盘、显示单元以及串口电平转换单元构成，见图2.

（1）本船的语音信号经话筒声电转换后，由数据采集单元的A/D转换部分对其进行采样并转换为PCM数字量，然后由语音压缩单元压缩编码，最后数据处理单元将压缩编码后的数据由串口传送给PC机，由PC机将从串口接收的数据转换成IP语音包，通过网络服务器传送给对应寻址的其他本船.

（2）PC机将从网络接收到的语音IP包转换成语音压缩数据,然后通过串口下传给本船语音终端系统的数据处理单元，由语音解压单元将从数据处理单元接收的数据进行解压缩，由数据回放单元的D/A转换部分将解压后的语音PCM数据转换成模拟量，经放大电路放大后驱动扬声器输出.

（3）语音终端系统一方面可设定本船状态，如本船频道，并显示在终端系统的数码管上；另一方面可将本船设定状态由数据处理单元通过串口传送给PC机，再由PC机上传至网络服务器，由网络服务器建立数据库统一管理各本船频道，以利于网络传输.

由于涉及语音信号在网络上的数字化通信，而数字通信中语音信号直接数字化所需的编码速率太高,为提高传输和存储的效率,充分利用信道容量,必须对数字语音信号进行压缩编码.通过降低编码速率，可使同样的信道容量传输更多路的语音信号，在传输比特率限制十分严格的场合，低速率语音编码具有特别重要的意义.

在硬件电路板的开发中，采用DVSI公司的基于全双工声码器芯片AMBE-1000，其核心是内嵌有MBE多带激励语音压缩编码算法的数字信号处理器.MBE多带激励语音压缩编码算法是既满足低速率传输要求，又具有高通话质量的语音压缩算法，该芯片还具有用户可选择纠错码率、话音激活及噪声嵌入、双音多频(DTMF)信号检测及合成和回声抵消等功能，编码速率为2.4～9.6 Kb/s，在低速率和较强背景噪声下具有较好的语音质量，因此，在车、船载移动卫星语音通信系统中广泛应用，国际海事卫星组织（Inmarsat）已把MBE多带激励语音压缩编码算法应用于其各代卫星语音通信系统中.因此，基于MBE算法的特点，在系统的硬件电路设计中选取AMBE-1000芯片完成核心功能，即语音压缩和解压单元的设计.［8］

3 控制系统的软件实现

3.1 语音终端的嵌入式控制软件设计

嵌入式控制软件主要包括主控程序、按键译码处理子程序、上传语音处理子程序以及下载语音处理子程序4个部分(见图3)，其中涉及微控制器的外中断触发响应、串口中断触发响应、软件延时消抖及防程序跑飞等多项技术的编程.

微控制器初始化时要进行串口波特率的设置，为保证RS-232串口通信过程中的数据完整性，设定下位机（MCU）与上位机（PC）之间串口通信的波特率为19 200 b/s.此外，对上传语音的判别实质上是通过查询外中断响应程序中的标志位状态来实现的；而是否下传语音的判别，实质上是通过查询串口接收中断响应程序中的标志位状态来实现的.在具体处理语音传送的过程中，实际由微控制器通过与AMBE-1000芯片的数据线及相应的读写控制线,采用并行帧格式的交互完成,而语音本身的压缩和解压完全由AMBE-1000芯片自行完成.

3.2 PC机控制软件的设计

PC机的控制软件主要实现2个功能：(1)通过串口接收VHF语音终端上传的语音压缩数据以及本船的状态信息，然后通过网络将此信息发送给服务器；(2)通过网络从服务器接收语音压缩数据，然后通过串口将语音压缩数据下传给指定的VHF语音终端.

因此， PC机的控制软件的设计主要涵盖2个部分:(1)同语音终端的RS-232串口的通信，采用Microsoft的通信控件MSComm来实现；(2)同服务器的网络通信，采用Winsock控件来实现，并编写基于TCP协议的网络传输程序.

上位PC机网络程序的具体模块包括各按钮的触发事件、定时器的轮询、串口通信、网络互连、启动初始化以及退出应用程序等若干模块.

4 结束语

基于因特网技术的新型船用VHF通信仿真系统采用数字语音通信技术替代传统的模拟语音信号传输，实践证明，在抗干扰及稳定性方面均优于传统的信号传输，有效地抑制自激振荡引起的噪声.该系统不仅继承传统船用语音通信仿真系统的优点和功能，而且还将船用语音通信仿真系统扩展建立在上位PC机及因特网的构架上，从而形成航海模拟器中各本船之间实时语音通信以及通过互联网与其他航海模拟器中的船只互连通信，有效地扩大训练范围，增强训练的灵活性、互动性和国际性.［9］在语音终端设计中采用内嵌多带激励语音压缩编码算法的商业化数字信号处理芯片AMBE-1000，有效降低语音信号在网络上传输的延迟时间，保证通信质量，一方面加强现代化的航海教学手段，另一方面必将有效提升大型航海模拟器自身的科技含量，为电子海图及雷达图像的网际互连通信在今后航海训练中的进一步应用打下坚实基础.［10］

参考文献：

［1］施朝健, 陈锦标, 胡勤友. 船舶操纵模拟器开发和应用的全球协作［J］. 上海海事大学学报, 2007, 28(1): 1-6.

［2］施朝健， 胡甚平， 陈锦标. 船舶操纵模拟器技术性能标准研究［J］. 上海海事大学学报, 2005, 26(2): 4-8.

［3］SHI Chaojian. Application and functional requirements of simulator in harbor and waterway design［J］. J Korean Navigation and Port Research, 2002, 26(1): 35-42.

［4］施朝健, 蔡存强. SMU-Ⅳ型综合船舶操纵模拟器的研制［J］. 上海海运学院学报, 1998, 19(4): 1-5.

［5］施朝健. 船舶操纵模拟器建设的几点建议［J］. 上海海运学院学报, 1997, 18(3): 59-63.

［6］方泉根, 施朝健, 石永辉. 大型航海仿真教学训练系统的研制与应用［J］. 中国航海, 2002(3): 1-4.

［7］胡勤友, 施朝健, 陈海山, 等. 基于Jess规则的数据库通知服务［J］. 上海海事大学学报, 2006, 27(1): 44-48.

［8］王都生. 多带混合激励低速率语音编码的研究［D］. 西安: 西安电子科技大学, 1998.

［9］余立立, 施朝健, 黄震民, 等. 基于网络技术的船用语音通信仿真系统: 中国, ZL200520048175.6［P］. 2007-2-21.

［10］SHI Chaojian, HU Qinyou. Internet-based integration of multiple shiphandling simulators:an interim report［C］ // Proc Int Association of Maritime Universities 6th Annual General Assembly and Conference. Malmo, Sweden: WIT Press, 2005: 55-64.

保密传真通信系统的仿真实现 篇4

1 保密传真通信系统的工作原理

保密传真通信系统的工作原理如图1所示[2]。传真文件经过光电变换器件转变为相应的电信号, 电信号经过消噪、放大、采样、量化等信号处理过程变为数字信号。由于数字化的文件信息存在较大冗余度, 采用编码的方法进行压缩以提高数据传输速率。将编码后的数据进行加密处理, 数字信号并不适应电话网中的模拟信道, 利用调制器将传真数字信号变换为适合在模拟电话信道上传输的模拟信号后, 把信号送往专线、卫星、电话网等信道。在接收端, 执行解调、解密、解码和图像处理等与发送端相对应的逆过程, 得到传真文件的内容。

实现传真通信系统的关键技术主要有传真编码技术、传真加解密技术和传真调制解调技术。传真通信采用的编码方案主要有3种: (1) 哈夫曼编码, 这是标准编码; (2) 改进的相对地址编码 (MREAD或MR) , 这是可供选用的二维编码; (3) ITU-T于1990年通过改进MR方案, 即MMR编码。传真机的加密方式按加密实现方式可分为硬件加密、软件加密, 硬件加密多用FPGA实现, 成本较高;软件加密采用单片机系统完成, 成本较低, 可满足大部分较低速传真信号加密的需要[3]。传真通信系统调制解调器的标准, 分别在CCITT建议T.4和T.30中做出了明确规定。在建议T.4中指出, 凡传真机采用V.27ter规定的调制、扰频、均衡和定时信号, 在普通电话交换网中的传输速率为4 800 bit/s和2 400 bit/s, 采用调制方式为八相差分编码调制和四相差分编码调制;凡传真机采用V.29规定的调制、扰频、均衡和定时信号的传输速率为9 600 bit/s和7 200 bit/s, 采用调制解调方式为调幅调相混合调制。建议T.30中指出, 凡传真机采用V.2l规定的联络和控制信号者, 其传输速率为300 bit/s, 采用四相差分编码调制;若以7 200 bit/s和9 600 bit/s速率传输时, 普遍采用八相差分编码调制;以300 bit/s的速率传送时, 联络和控制信号常采用数字调频制。

2 保密传真通信系统的仿真

保密传真通信仿真的实现全部在Matlab环境下完成, 仿真用户界面用Matlab的Guide完成, 通过采用Matlab语言编程实现保密传真通信关键技术模块的M函数达到仿真的目的[4]。仿真系统主要包括3个关键技术仿真模块:Huffman编解码模块、Arnold加解密模块和QPSK调制解调模块。

2.1 Huffman编解码仿真

Huffman编码是一种常用的压缩编码方法, 也称为最佳理想编码, 是哈夫曼 (Huffman) 于1952年为压缩文本文件发明的一种构造最优码的程序, 采用该方法进行编码可以使输出码字的平均长度最短, 编码效率最高。

仿真以“house.gif”为例, 文件经过哈夫曼编码前后的大小比较如图2所示。

由图2可知, 图像压缩前的矩阵大小为256×256, 即有65 536 bit, 经过Huffman压缩后, 大小压缩为47 016 bit。

2.2 Arnold加解密仿真

Arnold图像置乱算法属于对称密钥算法。Arnold变换是俄国数学家Vladimir I.Arnold提出的一种变换, 一幅N×N的数字图像的二维Arnold变换定义为

$\left(\begin{array}{l}{x}^{\prime }\\ y^{\prime }\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& 2\end{array}\right)\left(\begin{array}{l}x\\ y\end{array}\right)(\text{m}\text{o}\text{d}n)$

(1)

其中, x, y∈ (0, 1, …, N-1) 为变换前像素的位置;x′和y′为变换之后的像素位置, 为模运算。

以“lena.gif”为例, 置乱次数分别设为2和12时的加解密图形比较, 如图3所示。

由图3可知, 置乱次数设得越大, 图像对应的矩阵置乱运算次数越多, 加密图像越显得杂乱无章, 相比原始图像越模糊, 越不容易辨识出原图像。

2.3 QPSK调制解调仿真

四相相移键控 (QPSK) 是一种多进制数字相位调制方式。由输入数据分别产生I, Q调制支路信号, 对I, Q调制支路进行不同的正弦与余弦变换, 再到形成QPSK波形;然后对QPSK信号添加随机噪声, 再对I和Q支路进行信号滤波, 最后还要进行判决输出。

设调制信号为20个随机信号, 载波频率为5 kHz, QPSK的仿真波形如图4所示。

从图4可知, 解调出来的I, Q信号与原I, Q信号有微小的误差, 采用QPSK调制方式能够保证信号传输的效率和误码性能。由于误差积累导致判决后的误码率增大, 在QPSK解调电路中需要对载波误差进行补偿, 减少非相干载波解调带来的影响。

3 结束语

文中在分析了保密传真通信系统的工作原理之后, 对保密传真通信系统的信源编码模块、加解密模块和调制解调模块进行了Matlab仿真实现, 仿真结果正确, 达到了预期的目标。

摘要：实际的保密传真通信系统是一个功能结构复杂的系统。在建立新系统前, 通常需要对系统进行建模和仿真以消除系统中潜在的瓶颈, 提高系统成功的概率。文中在分析了保密传真通信系统的工作原理之后, 对保密传真通信系统的信源编码模块、加解密模块和调制解调模块进行了Matlab仿真实现, 仿真结果达到了预期目标。

关键词：保密仿真,传真通信,Matlab仿真

参考文献

[1]周晓兰, 张杰.Matlab在通信系统仿真中的应用[J].计算机技术与发展, 2006, 16 (9) :166-168.

[2]刘德祖, 郑海虹, 刘涛.传真机工作原理[J].工科物理, 1997 (2) :24-29.

[3]刘责喜, 谢仕聘, 扬万海.信息加密与外军保密传真技术[J].电子计算机与外部设备, 1997, 21 (6) :32-35.

通信原理仿真 篇5

1.任意产生一个调制信号，画出其波形及其频谱；

2.产生一个余弦载波信号，画出其波形及其频谱；

3.分别采用AM（幅度），DSB（双边），SSB（单边）的方式对调

制信号进行调制，画出已调信号的波形及频谱；

4.采用适当的方式，分别对3中得到的已调信号进行解调，画

出解调信号的波形；

5.产生一个高斯白噪声，叠加在已调信号上，然后进行解调，画出解调信号的波形；

6.比较4和5中的结果；

7.编写A律13折线PCM编码的程序，能够对任意输入信号输

出其PCM编码；

通信系统仿真论文 篇6

关键词 通信原理；Simulink；仿真；2PSK

中图分类号：G434文献标识码：A文章编号：1671-489X（2009）12-0096-02

Simulink Simulation Software in Communication Principle Teaching Application//Zhang Zhide, Yang Feng, Lin Lin

Abstract According to the characteristic of Communication Principle course，we use Simulink to carry out the teaching of this course. On the teaching process, simulation can clearly show the graph of Time-Amplitude and Frequency-Amplitude at the different time through the 2PSK simulation. The results show that the abstract theories turn to visualization by the Simulink simulation, thereby it can improve the teaching quality and be propitious to comprehension.

Key words communication principle；Simulink；simulation；2PSK

Author’s address College of Biomedical Engineering, Southern Medical University, Guangzhou 510515

通信原理[1]是高等学校电子、信息工程、通信工程、自控类及其相近专业的主干技术基础课程之一，为移动通信、光纤通信、数字信号处理等专业课程奠定基础，在专业中发挥着承前启后的作用。该课程重点介绍各种现代通信系统的基本原理、基本技术、基本分析方法和基本性能，内容涉及随机信号分析、模拟调制系统、模拟信号的数字化、基本数字调制系统、同步、多路复用、多址技术、编码理论等。这是一类理论性与实践性都比较强的课程，它是反映事物本质的物理概念、数学概念与工程概念三结合的产物。在实际的教学过程中，学生普遍反映该课程概念抽象，数学含量大，计算繁杂，物理过程混淆不清，以致难于对其中的基本理论和分析方法很好地理解和掌握。通信原理是一门理论性和实验性都很强的课程，传统的课堂教学和简单的硬件验证实验相结合的教学方法已经难以满足教学的要求。寻求一种新型的教学方法成了当今各位高校教师急需解决的问题。

1 Simulink简介[2]

Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，广泛应用于线性系统、数字控制、非线性系统以及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink采用模块化方式，每个模块都有自己的输入／输出端口，实现一定的功能。

Simulink是MATLAB提供的用于对动态系统进行建模、仿真和分析的工具包。Simulink提供专门用于显示输出信号的模块，可以在仿真过程中随时观察仿真结果。同时，通过Simulink的存储模块，仿真数据可以方便地以各种形式保存到工作区或文件中，供用户在仿真结束之后对数据进行分析和处理。另外，Simulink把具有特定功能的代码组织成模块的方式，并且这些模块可以组织成具有等级结构的子系统，因此具有内在的模块化设计要求。基于上述优点，Simulink称为一种通用的仿真建模工具，广泛应用于通信仿真、数字信号处理、模糊逻辑、神经网络、机械控制和虚拟现实等领域。

Simulink中包括许多实现不同的功能的模块库，如Sources（输入源模块）、Sink（输出模块）、Communications Blockset（用于通信系统的建模和仿真的模型库）等各种组件模块库。用户也可以自定义和创建自己的模块，利用这些模块，用户可以创建层次化的系统模型。创建系统模型后，用户可以利用Simulink菜单选择不同的积分方法来仿真系统模型。

因此，在教学过程中加入Simulink的仿真建模，不仅可以让学生对抽象的概念动态化，加深学生对概念的理解和掌握，同时也能提高学生的学习积极性。

2 基于Simulink的2PSK调制与解调仿真

现代数字通信系统由数字信号的基带传输系统和数字信号的频带传输系统2个主要部分构成，其中后者的应用最为广泛。将原始的数字基带信号，经过频谱搬移，变换成适合在频带上传输的频带信号，而传输这种信号的系统就称为频带传输系统。在频带传输系统中，根据已调信号参数改变类型的不同，可分为用基带信号控制一个载波的幅度的数字调幅信号（ASK）、用基带信号控制一个载波的频率的数字调频信号（FSK）和用基带信号控制一个载波相位的数字调相信号（PSK）。这些调制方法在通信原理课程的理论上进行详细的介绍。但是这些理论的分析都是停留在静态的理论分析上，以致学生很难较好地掌握调制原理和调制系统，采用动态的系统仿真软件Simulink对这些理论知识进行动态仿真，不仅能使学生较好地掌握调制原理，也能让学生更好地分析系统性能。

下面以2PSK调制系统为例，说明Simulink软件对通信原理课程的促进作用。2PSK是用二进制的数字基带信号“0”和“1”，分别来表示载波的初始相位“π”和“0”，而载波的幅度和频率都保持不变。2PSK调制后的信号一般表达式：[3]。式中：。调制后产生的信号波形如图1所示。

2PSK信号可以采用2种方法实现，一种是如图2所示的模拟调制法，另一种是如图3所示的相移键控法。2PSK信号的解调一般采用相干解调。

2.1 2PSK仿真模型的构建[4]本例采用2PSK的模拟调制法原理和相干解调的原理搭建仿真模型。需要说明的是，在Simulink中有专门的2PSK仿真模块。但是从教学的角度来说，根据调制原理组建模型是必要的，既可以使学生对原理理解透彻，又可以观察在调制过程中各点波形的变换。

根据2PSK调制和解调的原理图可构建出图4所示的Simulink仿真模型。其中，Uniform Random Number模块产生随机信号，Sine Wave模块产生正弦波，Signum模块产生符号信号，Scope模块是示波器，用来观察各点波形。

2.2 仿真参数的设置在2PSK调制与解调过程中，要特别注意各模块参数的设置。正弦载波的频率应高于基带信号的频率（Uniform Random Number）。在解调过程中要采用跟本地载波同频同相的相干载波进行解调，所以Sine Wave1模块的参数设置与Sine Wave模块的参数一样，当Sine Wave1模块中的Phase设置为pi时，2PSK的解调将出现“倒π现象”。这也是2PSK调制得不到广泛应用的原因之一。

2.3 仿真实验与结果从仿真模型可以得到，2PSK调制信号与解调信号的波形如图5所示。从图5可以看出，在没有噪声干扰的情况下，解调信号的波形与基带波形一致。同时还可以采用Spectrum Scope模块对各点波形进行频谱分析。

通过仿真实验，学生可以清晰地观察到2PSK调制与解调信号在各个时间点的时域图与频谱图的动态产生过程，从而进一步加深对2PSK数字调制系统的工作原理的理解，提高学生的学习主动性和积极性，达到良好的教学效果。

3 结束语

通过基于Simulink的2PSK调制与解调仿真在教学实践中的演示，笔者发现该仿真模型有很多优点，是传统理论教学的有益辅助。通信原理是一门理论性和实验性都非常强的课程，数学推导多，物理概念和物理过程不好理解。将Simulink运用到通信原理教学中，教学与实验同步进行，打破传统的教学模式，使得枯燥、抽象的理论教学与生动形象的实验有机地结合起来，取得很好的效果。该方法提高教师的教学效率，加深学生的理解，同时也增强学习兴趣，激发求知欲，激励学生自主地进行思考和探索，为培养创新思维奠定基础。

参考文献

[1]樊昌信.通信原理教程[M].第1版.北京:电子工业出版社,2004

[2]李颖,朱伯立,等.Simulink系统建模与仿真基础[M].第1版.西安:西安电子科技大学出版社,2004

[3]蒋青.于秀兰,等.通信原理[M].第2版.北京:人民邮电出版社,2008

通信系统仿真论文 篇7

信息化战争是21世纪战争的显著特点, 如何打赢一场信息化条件下的局部战争是我军当前及今后一段时间以内需要认真研究的课题。在信息化战争条件下, 谁拥有信息的主动权, 谁就能在战争中取得主动。因此最大限度地发挥各种信息装备的作战效能, 为各种作战信息提供安全、快捷、准确的传输通道成为摆在从事信息专业人员面前的一个重要训练课题。应用于现代战争的信息系统强调的是体系作战能力, 不再是单独的某个专业、某个电台的训练, 要想充分发挥平时训练的最大效果, 需要各种信息系统的配合。如果在训练某些装备时采用实装训练, 需要动用多个部队多种信息装备参演, 在时间、场地、人员及经费保障上都会受到各种限制。因此, 为解决上述矛盾, 通行的做法是研制模拟仿真训练系统, 使用模拟仿真训练系统训练, 不需动用任何实际装备即可进行训练, 可节约人力、物力和财力资源。

信息系统的模拟仿真训练系统综合性较强, 不仅要模拟不同信息装备之间的互联互通, 整个仿真系统自身的管理控制也较复杂。目前通用的作法是用嵌入式系统仿真各信息单元, 用PC机构建一个管理服务器, 这样服务器与各信息单元间就需要进行各种信息的交互。此类信息的交互可采用串口、局域网、CAN总线等作为传输通道。嵌入式系统支持局域网的能力较弱, 而串口的传输速率较低, 且大多局限于点对点传输, 因此采用CAN总线进行数据通信是一种经济可行的方案。本文主要研究实现信息系统模拟仿真训练系统数据通信的技术内容, 硬件实现基于吉阳光电GY8508的USB接口CAN总线适配器及STM32F107VCT bx CAN总线接口。

1 硬件设计

图1是信息系统模拟仿真训练系统CAN总线连接图。如图1所示, 一个模拟仿真训练系统主要由服务器和若干信息单元构成。信息单元使用STM32F107VCT嵌入式平台的bx CAN作为CAN接口设备。服务器 (PC机) 使用GY8508 USB-CAN总线适配器作为PC机CAN接口设备。

bx CAN (Basic Extended CAN) 是STM32F107V CT6芯片的一种扩展CAN外设, 它支持CAN协议2.0A和2.0B。它的设计目标是:以最小的CPU负荷来高效处理大量收到的报文。它也支持报文发送的优先级要求 (优先级特性可软件配置) 。STM32F107VCT6芯片的bx CAN有2路CAN通道, 分别是CAN0和CAN1, 每个CAN通道都有一个发送端TX和一个接收端RX, CAN1 RX和CAN1 TX位于芯片的GPIO引脚PD0和PD1上, CAN2 RX和CAN2 TX位于芯片的GPIO引脚PB5和PB6上。

GY8508是吉阳光电公司生产的带有USB2.0接口和2路CAN接口的USB-CAN适配器, 可进行CAN总线数据与USB通道数据的双向传送。在应用案例中, GY8508 USB-CAN总线适配器一般作为标准的CAN节点, 使PC通过USB接口连接一个标准CAN网络。

2 信息单元CAN软件设计

信息单元采用的是bx CAN, 关于bx CAN的软件使用设计已经有专题讨论过, 限于篇幅, 在此仅给出相应软件设计的文字说明。

(1) RCC初始化。由于节能的需要, 在系统加电复位时GPIO引脚是不工作的, 所以要想正常使用CAN, 必须配置复位时钟控制RCC, 为引脚加电。

(2) GPIO初始化。对bx CAN对应的GPIO引脚进行初始化, 主要是配置GPIOD引脚的针脚、输入输出状态、数据速率等, 之后还要进行重映射。

(3) NVIC初始化。如果使用CAN中断, 还要配置嵌套向量中断控制器NVIC。

(4) CAN单元初始化。首先为了防止其它操作会更改特定寄存器的内容, 在进行传输特性参数配置前一般会对CAN接口去初始化, 使与CAN有关的寄存器恢复到加电复位状态;其次要修改CAN控制寄存器CAN_MCR的参数;此外还要对CAN的操作模式MODE以及波特率特性SJW、BS1、BS2等参数进行相应设置。

(5) 滤波器初始化。在CAN总线通信中, 没有地址的概念, 即收发双方不会向其它通信方式一样在通信前需要指定收发双方的地址, 而是对每个发送的帧附加一个标识符, 当发送方发出一个帧后, 在总线上的用户都能收到此发送帧, 采用的通信方式是一点对多点的通信方式。如果接收方只对特定标识符的数据帧感兴趣, 而忽略其它标识符的帧, CAN总线协议提供了一种称为过滤器的选择方式来实现上述要求。STM32F107x芯片的bx CAN提供28个位宽可变/可配置的标识符过滤器组, 通过软件对它们编程, 从而在引脚收到的报文中选择需要的报文, 而把其它报文丢弃掉。在进行滤波器设置过程中, 需要对滤波器号码、滤波器初始化模式、过滤器位宽、过滤器标识符、过滤器屏蔽标识符、过滤器输出FIFO、过滤器使能等参数进行配置。

(6) CAN信息帧收发。CAN信息帧收发的代码比较简单, 只要将发送信息帧的数据结构填充好, 就可以利用CAN_Transmit发送数据, 当有数据到达CAN接口时, 在接收中断中可以从接收的数据帧中接收数据。

3 服务器CAN软件设计

服务器采用的是GY8508 USB-CAN适配器, 产品配套光盘提供了与该适配器配套的DLL动态连接库文件, 用户可采用VC/VB软件编写自己的应用程序, 完全不需要了解复杂的USB接口通讯协议, 就可进行CAN系统应用软件产品的二次开发。本文案例采用VC软件编程。

使用动态链接库进行CAN系统应用软件产品的二次开发的方法比较简单。GY8508 USB-CAN适配器随机光盘中会提供开发用库文件:VCI_CAN.lib, VCI_CAN.DLL, Si Usbxp.DLL, VC用函数声明文件:Control CAN.h。在VC环境下编程时, 只要把Control CAN.h添加进应用工程, 再将动态链接库文件拷贝到开发软件目录, 就可使用封装在动态链接库中的CAN接口函数了。

使用GY8508 USB-CAN适配器进行CAN收发通信的过程可以归结为以下几个步骤。

(1) 连接设备

VCI_Open Device (m_Dev Type, m_Dev Index, Reserved) ;

VCI_Open Device库函数用于连接设备, 该函数有三个参数:m_Dev Type, m_Dev Index, Reserved。m_Dev Type为具体设备类型的宏定义, 包括USB、RS232、NET以及PCI等接口的适配器种类, 本例使用的USB接口的CAN适配器的宏定义参数是3;m_Dev Index、Reserved为采用RS232接口时用于标明串口号及波特率的参数, 本例不用, 可填0。

(2) 初始化CAN接口参数

VCI_Init CAN (m_Dev Type, m_Dev Index, CANIndex, Init Info) ;

VCI_Init CAN库函数用于初始化CAN接口参数, 该函数有四个参数:m_Dev Type, m_Dev Index, CANIndex, Init Info。前两个参数含义及取值同上。CANIndex为适配器的CAN通道数, 本例只使用一个通道, 故可填0, Init Info为VCI_INIT_CONFIG结构体指针类型变量, 用于初始化CAN的配置参数, 在调用VCI_Init CAN函数之前需要填充该结构, 填充实例代码及说明如下。

(3) 启动CAN控制器及中断

VCI_Start CAN (m_Dev Type, m_Dev Index, CANIndex) ;

VCI_Start CAN库函数用于启动CAN控制器及中断, 该函数有三个参数:m_Dev Type, m_Dev Index, CANIndex。三个参数含义及取值同上。

(4) CAN消息帧发送

VCI_Transmit (m_Dev Type, m_Dev Index, Can Index, sendbuf) ;

VCI_Transmit库函数用于CAN消息帧的发送, 该函数有四个参数:m_Dev Type, m_Dev Index, Can Index, sendbuf。前三个参数含义及取值同上。Sendbuf为VCI_CAN_OBJ结构体指针类型变量, 在调用VCI_Transmit函数之前需要填充该结构, 填充实例代码及说明如下。

(5) CAN消息帧接收

VCI_Receive (m_Dev Type, m_Dev Index, Can Index, recvbuf) ;

VCI_Receive库函数用于CAN消息帧接收, 该函数有四个参数:m_Dev Type, m_Dev Index, Can Index, recvbuf。前三个参数含义及取值同上。recvbuf为VCI_CAN_OBJ结构体类型变量, 当CAN接口有消息帧到达时, 会填充该结构, 在接收中断中可从该结构中获取接收数据。

接收实例代码及说明如下。

(6) 关闭连接

VCI_Close Device (m_Dev Type, m_Dev Index) ;

VCI_Close Device库函数用于关闭与设备的连接, 该函数有两个参数:m_Dev Type, m_Dev Index。参数含义及取值同上。

4 结束语

本文结合信息系统模拟仿真训练系统数据通信的实际需求, 给出了一种将PC机服务器软件与嵌入式平台软件通过CAN总线进行互联互通的技术实现方案, 详细分析研究了GY8508的USB接口CAN总线适配器及STM32F107VCT bx CAN总线接口的软件设计方法, 文中的代码稍加改造就可用于实际系统的应用开发, 对于进行信息系统模拟仿真训练系统研发的技术人员具有一定的指导作用。

参考文献

[1]胡洪坡, 梁书剑, 郑振华, 等.STM32F107VCT6平台下的bxCAN总线技术研究[J].单片机与嵌入式系统应用, 2012, 12 (9) :39-41.

[2]胡洪坡, 梁书剑, 杨华, 等.STM32F107VCT6平台的bxCAN标识符过滤技术与应用[J].单片机与嵌入式系统应用, 2012, 12 (10) :16-18.

[3]武汉吉阳光电科技有限公司.GY8508 USB-CAN200 USB转CAN总线适配器 (双CAN) 使用说明书[EB/OL].http://glinker.cn.china.cn/.

[4]张培仁.CAN总线设计及分布式控制[M].北京:清华大学出版社, 2012.

通信系统仿真论文 篇8

车载自组网是运行于道路上的新型移动自组织网络, 可以实现车辆间、车辆与路边节点间的多跳无线通信。就车辆与路侧设施通信 (V2I) 而言, 车辆与路侧设施通信是指路侧通信设施与其传输距离范围内的车辆之间进行信息交换。V2I结构的优点在于可以使用大量已经架设的通信设施, 费用低廉, 并且由于位置的固定具有相对于车车通信更高的稳定性和准确性。为优质的通信质量提供了保证。

2 Veins系统仿真环境

Veins是一个由基于事件的网络仿真器和道路交通仿真模型构成的具有开放资源的车间通信仿真系统。其中, 网络仿真器使用OMNe T++软件, 道路交通仿真使用SUMO软件。在进行仿真时, 两个仿真器平行运行, 通过TCP接口连接, 从而完成道路交通与网络的双向互联。

3 车路通信仿真

本文首先使用双向耦合仿真平台Veins对车路通信进行模拟仿真, 将交通仿真器中的车辆和路侧设备映射为网络仿真器中的节点, 并在网络仿真器中实现两者的信息交互。通过与车-车通信进行对比, 研究两者使用基于距离的广播方案时的性能参数, 展现出车-路通信良好的抗干扰性能和稳定性;与此同时, 还实现了车辆动态的路径选择, 在车辆接收到事故信息时, 车辆根据自身位置选择新的行驶路线。

3.1 仿真场景

本次试验用到的场景是曼哈顿网格 (500m×500m) , 网格中的道路为单向车道, 车路通信过程中交叉口位置设置有红绿灯, 车辆节点以车流的方式从左上角经过对角行驶至右下角, 事故节点在35s时发生事故, 广播范围分别设置为200m和500m, 用来测试它对信息传播的影响, 车辆密度的调整体现在车流的总体数目, 分别设置为200辆和300辆。通过对车——车通信与车——路通信进行对比, 分析使用相同广播方案时两种不同的通信方式各自表现出来的广播性能, 并具体分析了车辆密度、广播范围, 是否采用特定的广播方案等条件对传输比以及广播延时的影响。

3.2 仿真结果

3.2.1 曼哈顿网格场景下的广播方案参数评估

图1展示车车通信和车路通信中的传输比值的对比图, 从图中可以看出:在相同的条件下, 车车通信的传输比相较于车路通信要低一些, 这是由于车路通信采用了路侧节点转发消息从而减轻了消息广播过程中的信息冲突。

图2展示了车车通信和车路通信中的延时的对比图, 从图中可以看出:在相同的条件下, 车车通信的延时相较于车路通信要高一些, 这是由于试验中计算的是延时的平均值, 车车通信中部分节点未收到消息则延时即为零值。

3.2.2 曼哈顿网格场景下的动态路径选择

这一小节使用车路通信实现车辆的动态路径选择, 即处于一定位置的车辆在接收到事故消息之后选择一条新的到达终点的路径, 我们定义第一条路径为路径0, 第二条路径为路径1, 使处于A到B上的节点在接收到事故消息是实现路径的改变 (这是考虑到事故节点的停留时间等因素) 。

得到的实验截图如图3所示:

由上面的图可以证实, 实现了使用车路通信的车辆动态路径选择。

参考文献

[1]肖玲, 李仁发, 罗娟.车载自组网的仿真研究综述[J].系统仿真学报, 2009, 21 (17) :5330-5356.

[2]OPNET Simulator.[EB/OL].[2009-4-6].http://hvww.opnet.com/

通信系统仿真论文 篇9

通信系统是用以完成信息传输过程的技术系统的总称, 广义上共包括信源、信道和信宿三个部分。信源是指通信过程中产生和发出信息的设备或计算机的总称, 信宿与其相对, 是指通信过程中接收、处理信息的终端设备或计算机的总称。

通信信道是数据传输的通路以及信号传输的媒质, 是本文讨论的重点。信道最重要的参数之一就是信息的传递能力, 用带宽加以描述。由于通信设备爆炸式的增加, 传统的一个设备占用一个信道的传输方式因其效率低而不再适用。新的传输方式要求若干个设备使用一个信道, 并且安排合理的分配方式使得同一信道上各路通信互不干扰。最广泛的三种复用方式是:频分复用、时分复用和码分复用。

(1) 频分复用

频分复用是将通信信道的整个频谱范围, 划分成若干个频率范围, 每一对通信设备只允许工作在某一个特定的频率范围之内, 即不同的通信用户是依靠不同的频率范围来实现通信的。早期的无线通信系统以及现在的无线广播、短波、大部分专用的通信王伦, 仍然采用频分复用的技术加以实现。

(2) 时分复用

时分复用是将全部通信信道在时间轴上, 划分成若干个相等长度的时间间隙。将每一对通信设备分配在某一个指定的时隙上工作, 那么不同的通信用户即可通过不同的时隙划分实现通信。现在广泛应用的数字蜂窝无线通信系统 (GSM) 就是应用时分复用的典型实例。

(3) 码分复用

码分复用不同于频分复用和时分复用, 它是利用码组的正交性, 将承载着不同通信用户的通信信息加以区分。每一对通信设备都被分配在特定码组上实现通信。现在正在使用的数字蜂窝无线通信CDMA、第三代移动通信系统WCDMA, CDMA2000以及SC-CDMA都采用了码分复用的技术。

码分复用的关键在于通信码组之间的正交性。一种获得正交码组的方法是使用M序列发生器。M序列是最大长度线性反馈移位寄存器序列的简称, 具有很强的自相关特性和很弱的互相关性质。并且M序列可以提供与其周期长度相同个数的正交码组。

2 频分复用 (FDMA) 的实现与仿真

图1中的通信系统实现了三对通信对象的频分复用方式。Signal Generator1, 2, 3作为信源, 分别产生正弦、方波、三角波三路信号, 系统的信宿Scope1, 2, 3理应顺序收到以上三路信号。左半部分的三个双边带幅度调制器 (DSB AM Modulator) 分别将三路信号的频谱搬移到三个互不重叠的频谱范围之内, 后面紧跟的模拟滤波器 (Analog Filter) 滤除有用频带之外的干扰信号。至此实现了不同信号的分频段传输, 也就是频分复用方式的通信传输方式。

在实际传输过程中, 难免会有随机噪声的干扰, 因此仿真中加入了随机白噪声 (AWGN channel) 进行模拟。在通信接收端之前, 需要将混在一起的三路信号从频域上分离开来, 并还原到基带。模拟滤波器4, 5, 6分别滤出相应的三路信号, 并通过双边带幅度解调器 (DSB AM Demodulator) 将频谱搬移回基带两侧。

仿真结果通过示波器Scope进行观测, 可以看出三个通信终端分别得到了相对应通信信源所发出的信号。

3 时分复用 (TDMA) 的实现与仿真

图2中所示为时分复用通信系统的实现框图。三路信源发出的信号经过复用单元 (Multiplex) 被分入到特定时隙中, 在信道上进行传输。在接收端之前, 经过解复用单元 (Demultiplex) 从时隙中取出, 恢复成原始的三路信号。

图3左侧为时分复用单元 (Multiplex) 的具体实现。脉冲发生器 (Pulse Generator) 通过单位延时 (Unit Delay) , 形成三路时间上错开的方波信号。再将待传输信号与三路方波使能信号同时输入使能子系统 (Enabled Subsystem) , 将三路输入分配到不同的时隙中去。

时分解复用单元 (Demultiplex) 与时分复用单元恰为互逆系统。经过时分复用单元合并后的信号分成同样的三路输入到时分解复用系统中, 与三路脉冲方波信号一同输入到使能子系统中去, 将不同时隙中的信号分别抽取出来, 恢复成原始的三路信号。需要注意的是, 在时分复用单元与时分解复用单元中, 二者脉冲发生器所产生的脉冲需做到周期、占空比与延时完全一致。

4 码分复用 (CDMA) 的实现与仿真

图4为码分复用通信系统的实现框图。待传输的信号为三路二进制伯努利随机序列, 由伯努利二进制序列发生器 (Bernoulli Binary Generator) 产生。系统中的三个正交码组由M序列发生器 (PN Sequence Generator) 产生的序列以及其4个和7个码元的延时组成。正交码组的码元宽度是伯努利序列码元宽度的1/50。无论是伯努利码元还是正交码元都是单极性的, 所以需要经过施密特触发器 (Relay) 转变为双极性码元。传输时, 将每一路伯努利信号与一个正交码组相乘进行直接扩频, 然后三路信号相加经过模拟的白噪声信道 (AWGN Channel) 进行传输。

接收端部分, 根据M序列正交码组自相关性强且互相关性弱的特点, 将传送过来的信号分别与三路正交码元信号相乘, 提取出每一路的伯努利二进制信号。通过滤波器设计工具 (FDA Tool) 设计合适的低通滤波器来滤除信号传输过程中的高频干扰, 并利用施密特触发器将信号转化成二进制双极性信号, 得到与原始信号相同的二进制伯努利信号。

更进一步地, 将三路伯努利二进制信号换成语音信号, 经过通信系统传输之后所得到三路传输后的语音信号, 与原语音信号比较后可以得出, 语音失真度较小, 并且没有出现语音混杂的情况, 说明CDMA可以用于语音通话传输的领域。

5 三种复用方式的比较

采用频分复用的通信系统中, 每一路信号占据一片独享的频率区间, 该区间不被其它信号占有, 因此信道的复用率较高, 所需的链路数量较少。但各路信号之间容易产生干扰, 对相位噪声敏感, 抗噪声能力差, 并且因为不同信号占据不同的频带区间, 所以需要设计相应的带通滤波器。

采用时分复用的通信系统, 是通过不同的时间区段对信号进行划分, 所以不同信号的频谱使用不受限制, 甚至可以是同一频率区段的任一分量。抗干扰能力优于FDMA, 尤其是采用较好的编码方式的话 (PCM编码) , 抗干扰能力更佳, 链路的容量较FDMA更大。但是抗相互干扰的能力较差, 因此相邻区间频率的重复使用受到限制。

采用码分复用的通信系统不受时间或是频率区段的限制, 其关键在于选取合适的正交地址码, 信号在时域或频域均可重叠, 故频带资源的消耗少。同时具有较强的抗干扰能力, 链路容量更大, 还具有保密性能好、信号接收设备简单等优点。

参考文献

[1]高冲霄, 王雪, 田斌, 田红心.基于FPGA的FDMA多路扩频信号源的设计与实现[J].空间电子技术, 2005 (01) .

[2]张锐, 蔡兵.FDMA、DS-CDMA和FH-CDMA系统频谱效率比较[J].通化师范学院学报, 2005 (06) .

[3]程伟.移动通信中TDMA和CDMA的发展前景[J].湖北邮电技术, 2000 (04) .

[4]蔡觉平, 李建新.CDMA随机多址接入技术研究[J].通信技术, 2001 (01) .

通信系统仿真论文 篇10

关键词：智能交通,交通专用短程通信,信道仿真

0 引言

近年来, 智能运输系统 (ITS:Intelligent Transportation System) 已成为世界交通运输领域发展的重要方向和前沿研究课题[1,2]。ITS系统的核心技术之一就是适用于交通领域车路信息交换的短程通信 (DSRC:Dedicated Short Range Communications) 系统[3,4]。自2007年以来, 国际标准化组织陆续发布了面向ITS应用的车用电子无线通信标准体系[5,6,7], 在IEEE802.11a的基础上形成针对车载通信特殊环境的IEEE802.11p标准[8]。

由于在高速移动的车载环境下, 车车 (VTV:Vehicle-to-Vehicle) 通信信道是非静止信道, 因此, DSRC通信信道不仅具有传统蜂窝系统的特点, 更具有其特殊性。针对交通专用短程通信系统特点, 建立准确的信道模型对于系统仿真来说是十分重要的。本文基于Agilent N5106A基带信号发生器与信道仿真器, 搭建了面向DSRC通信信道的测试平台。

1 DSRC系统概述

DSRC是ITS系统一种高效的无线通信机制, 目前主要应用于ITS中的不停车收费 (ETC) 和道路口的车辆信息采集。相比于Wi-Fi、Wi MAX等无线通信技术, DSRC在数据传输速率、延迟时间、通信距离和移动性等特性方面有比较折衷的考虑, 并且具有支持双向传输、点对点、点对多点通信等特点, 表1给出了DSRC技术与它们的特性比较[9,10]。

用于DSRC技术的频率资源共有75 MHz, 划分成7个10 MHz的信道, 如图1所示。其中, 中间的信道用于控制信道, 发送广播消息或者控制信令;第一个信道分别用于碰撞避免、车间通信等;最后一个信道用于长距离、大功率的通信;频率最低的5MHz作安全空白, 剩下的4个信道为服务信道。由图可见, 802.11p的物理层的工作在5.8~5.9GHz附近, 还保留了用于服务的信道;相邻的两个信道通过协商后可以当作一个20 MHz的信道使用, 但其通信的优先级别要低些。使用10 MHz较小的带宽, 一方面是为了增加在车载环境下对多径传播的抗衰弱能力, 减少了多普勒的散射效应, 另一方面增加的警戒间隔也减少了多路径传输所造成的码间干扰。

2 信道特性仿真

通信系统的信号传输质量与信道的性能密切相关, 与光纤等有线信道相比, 无线信道处于开放的电磁环境中, 更容易受到衰落、干扰、噪声等多种因素的影响。而DSRC通信信道除了具有一般无线信道的特征外, 还存在快速移动等特有情况。典型的DSRC通信有路车通信 (R2V) 和车车通信 (V2V) 两种方式。R2V是指车辆和路边设备进行通信, 属于移动设备和固定设备的通信过程。V2V是指车辆和车辆之间进行通信, 属于移动设备之间的通信。充分掌握DSRC系统无线信道的特征, 可以为提出改善系统通信质量的技术方案提供参考, 从而保证R2V和V2V通信的可靠性。

2.1 仿真测试平台结构

基于Agilent N5106A基带信号发生器与信道仿真器搭建的面向DSRC通信信道的仿真测试系统如图2所示。N5106A具有120MHz的调制带宽, 能够模拟各种通信信道。本仪器配备了8路实时衰落仿真器, 支持的信道衰落类型包括Rayleigh、Pure Doppler、Rician、Suzuki等, 多普勒功率谱频谱形状有classical 3db, classical 6db, flat, rounded, jake classical和jake rounded。由图2可见, 该系统还包括了一台矢量信号发生器E4438C和一台信号分析仪N9020A, E4438C和N5106A之间的控制信号通过LAN口连接, 数据信号通过数据总线 (Digital Bus) 传输。

测试系统如图2所示。首先使用Agilent的N7617B Signal Studio软件生成符合IEEE 802.11p协议的理想基带信号数据文件, 该数据文件经过N5106A产生基带信号, 并通过信道模拟器得到包含信道特性的基带信号。N5106A产生的信号通过Digital Bus输入信号发生器E4438C, 由该仪器将基带信号调制到5.9GHz的载波上, 经过射频输出端输出到信号分析仪N9020A进行分析。

2.2 仿真测试实例

DSRC系统信道模型如表2所示。图3至图6给出了不同信道条件下信号的测试结果。其中, 图3为信号通过白噪声信道后产生的星座图, 其中EVM (误差向量幅度) 为-27.62d B, CPE (同相位误差) 为0.903%rms。由于车车通信, 可能存在直射路径, 因此图4给出了信号经过信道3模型, 即在单径莱斯分布的作用下, 多普勒频移为1345Hz, 路径损耗为-14.2d B, K因子为5.7时的测试结果, 结果表明, 此时EVM上升为-3.047d B, CPE上升为6.938%rms, 说明在该种信道作用下, 信号的接收质量显著下降。图5给出了信号经过信道7模型, 即在单径瑞利衰落, 多普勒频移为1522Hz, 路径损耗为-27.9d B时的测试结果, 此时, EVM为-16.791d B, CPE为5.542%rms。图6给出了信号经过信道11模型, 即信号在单径瑞利衰落, 多普勒频移为1562Hz, 路径损耗为-27.9d B时的测试结果, 图中EVM为-16.065d B, CPE为1.455%rms。比较图5和图6, 说明了在类似的信道作用下, 信号接收质量存在一定的随机性。另外, 这两条路径的延时分别为400ns和700ns, 在帧结构的保护时隙范围之内, 因此可以通过均衡消除延时的影响。

3 小结

本文搭建了面向DSRC应用的无线信道仿真和测试系统, 介绍了系统的工作流程和测试方法, 根据DSRC信道模型, 给出4种典型信道的测试结果。本文工作为ITS系统设计提供了参考。

参考文献

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通信系统仿真论文 篇11

扩频通信(即扩展频谱通信)，一般是指用比信号带宽宽得多的频带宽度来传输信息的技术。随着通信容量的不断增加，频率资源愈发紧张，为了缓解这一突出问题，通常在窄带通信系统中，主要是通过频率划分来防止各信道之间的干扰。但是，随着扩频通信的研究和运用，由于其对接收端要求强相关性，使得频率可以重复使用，提高了频率利用率。同时扩频通信的抗干扰能力强，现在已经广泛应用于移动电话、无线电微波通信、无线数据通信、跟踪和报警等系统中。

1 扩频通信的理论基础

信息论中关于信息容量的仙农(Shannon)公式为

其中C为信道容量;W为信号频带宽度;S/N为信噪比。

由式1可得到以下结论：在信道容量C不变的条件下，可用不同带宽W和信噪比S/N组合来传输。即可以通过增加信号带宽，实现在比较低的信噪比下传送信息。这样使得有用信号的功率接近噪声的功率甚至淹没在噪声之下，从而具有很好的隐蔽性。扩频通信就是用扩展频谱来换取信噪比要求的降低，这正是扩频通信的主要特点和理论依据。

扩频通信从早期用于军事保密通信，到现在广泛用于民用通信系统中，并成为现代通信主要发展的方向，是因为它具有窄带通信系统无法比拟的优良性能。

1)抗干扰性强，误码率较低。接收机必须采用相关检测才能对PN码相同的扩频信号进行解扩，同频信号或其他干扰经解扩后，带宽被展宽，具有良好的抑制能力。因此误码率也比较低，一般可低于l0-10，完全能满足国内相关系统对通道传输质量的要求。

2)可以实现码分多址。因为在扩频通信中是采用扩频码序进行扩频调制，可以利用不同的扩频码序列之间较强的自相关性和较弱的互相关性，在接收端利用相关检测技术进行解扩。可以通过给不同的用户分配不同的用户扩频码型，实现在一宽频带上许多对用户可以同时通信而且互不干扰。

3)抗多径干扰。由于扩频系统中利用不同的PN可以很容易从多种路径传输来的信号分离和提取出有用信号。同时可以把不同路径来的不同延迟、不同相位的信号在时间和相位上重新对齐，形成用多个频率的信号传送同一个信息，从而提高了系统传输的可靠性。

可以使用不同技术对所传的信息进行扩频处理，因此扩频通信的方式可分为：直接序列扩频工作方式(DS),跳变频率工作方式(FH)，跳变时间工作方式(TH)和宽带线性调频脉冲(CHIRP)以及以上几种方法的组合。本文根据扩频通信的原理，利用MATALB对扩频通信中最常用的直接序列扩频系统进行了仿真。

2 直接序列扩频系统

直接序列扩频系统又称为直接序列调制系统或者伪噪声系统(PN系统)，简称直扩(DS)，是当前应用较为广泛的一种扩频通信系统。要传送的信息经过伪随机序列(或称伪噪声码)扩频后再对射频载波进行调制。伪随机序列的码元速率远高于传送信号的码元速率，因而调制后的信号频谱宽度远远大于原始信息的频谱宽度。直扩技术广泛地应用于民用通信系统以及导航、自控等其他领域方面，比如美军的国防卫星通信系统(AN-VSC-28)、全球定位系统(GPS)、航天飞机通信用的跟踪和数据中继卫星系统(TDRSS)、码分多址卫星通信系统等。

2.1 直扩系统模型

直扩系统的模型如图1所示，信源信息经过编码后为码元速率为Ra的信息码，扩频码发生器产生伪随机码(PN码)，每个伪随机码的码元速率为Rc(Rc

在接收端，接收到的信号经过变频处理后为中频信号。然后用与发送端同步的伪随机码对中频信号进行解扩，将信号的频带恢复为原始信息的频带，然后再进行解调，恢复出所传送的信息。

对于信道中的干扰，这些干扰有窄带干扰、多径干扰、多址干扰等。由于它们与伪随机码不相关，接收机的相关解扩对这些干扰相当于又一次扩频，将干扰和噪声的频谱展宽，降低了功率谱密度，经滤波后就大大降低了进入信号通频带内的干扰功率，使解调器的输入信噪比得到提高，从而提高了系统的抗干扰能力。

2.2 扩频通信常用的伪随机码

常用的伪随机码主要有m序列、GOLD序列、WALSH码和OVSF码。

其中最常见的是m序列，由n级移位寄存器所能产生的周期最长的序列。由于m序列容易产生，规律性强，有许多优良的性能，在扩频通信中最早获得广泛的应用。

m序列虽然性能优良，但同样长度的m序列个数不多，且序列之间的互相关值并不都好。R·Gold提出了一种基于m序列的码序列,称为Gold码序列。GOLD码是m序列的复合码，是由两个长度相同，码速率相同的m序列优选对模2加得到的，每改变两个序列相对位移就可得到一个新的GOLD序列。GOLD序列有较优良的自相关和互相关特性，且地址数远远大于m序列地址数，结构简单，易于实现，因此得到了广泛的应用。

3 程序仿真及结果

3.1 仿真模型

本文是采用MATLAB软件对直接扩频通信系统进行仿真。仿真模型如图2所示。信息源由随机整数发生器随机产生的二进制信号，伪随机码采用的是31位GOLD序列，射频调制采用的是M-PSK调制方式，传输信道为加性高斯白噪声信道。

3.2 仿真结果

图3为示波器显示波形。上图为随机信号发生器产生的输入信号的波形。下图为输入信号经过扩频、调制、解扩和解调后获得的输出波形。从图中看出，扩频后误码率非常低。

图4为该仿真系统对抑制信道噪声的仿真结果。信噪比越高，误码率趋近为零。说明扩频通信系统具有良好的抗干扰性能。

4 结束语

本文主要阐述了扩频通信的理论和实现方法，利用MATLAB提出建立了扩频通信系统仿真模型，在给定仿真条件下，运行并验证了其正确性。结果表明，扩频通信系统具有很强的抗干扰性能，误码率低，因此其广泛用于保密通信系统。

摘要：扩频通信系统具有的较强的抗干扰能力,保密性好、易于实现多址保密通信等特点,正从军事应用向民用通信发展。本文主要介绍了直接序列扩频系统的模型,并利用MATLAB对直扩系统实现仿真。

关键词：扩频通信系统,直接序列扩频,伪随机码,仿真

参考文献

[1]邵保华.软件无线电在扩频通信发射中的应用研究[D].哈尔滨工程大学,2004.

[2]张蕾,郑实勤.基于MATLAB的直接序列扩频通信系统性能仿真分析研究[J].电气传动自动化,2007(3).