通信仿真（精选11篇）
通信仿真 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.
通信仿真 篇2
本科实验报告
课程名称：
通信仿真实验
学
院：
电信学部
专
业：
电子信息工程
班
级：
电子1301
学
号：
201383022
学生姓名：
陈冠谋
2016年 12 月 12 日
大连理工大学实验预习报告
学院（系）：
电信学部
专业：
电子信息工程
班级：
电子信息工程
姓
名：
陈冠谋
学号：
201383022
组：
___
实验时间：
2016.12.5
实验室：
实验台：
指导教师签字：
成绩：
实验名称：USRP 通信系统综合实验
一、实验目的和要求
1.学习ubuntu 基本命令和文件系统；
2.学习usrp 观测无线信号频谱图和时域图的方法；
3.学习如何生成和发送一个信号数据包；
4.学习benchmark 之间的通信机制；
5.学习benchmark 如何传输文件；
6.学习GRC 的信号处理模块、流程图及其使用方法；
7.学习DPSK 调制解原理。
二、实验原理和内容
基于USR的DPSK系统众所周知，在数字蜂窝移动系统中，采用抗干扰能力强、无码性能好、频谱利用率高的线性调制和频谱泄露小的恒包络（连续相位）调制技术，以尽可能地提高单位频带内传输数据的比特速率。PSK调制是线性调制技术的典型，而GSM蜂窝网络才用的GMSK调制技术是恒定包络调制技术的典型。在本实验和下一个实验中，将通过软件无线电平台实现这两种技术的数据传输。
三、实验步骤
（1）DPSK（差分相移键控）是为了解决普通 PSK 相位模糊问题提出来的。基于GRC的DPSK 信号产生的流程图如图所示。其中 Pecket Encoder 模块的作用是对抽样数 据进行包编码。通过 GNURadio平台可以实现 DBPSK、DQPSK、D8PSK。其流程图都是一样的，只需改变调制模块中的调制方式参数即可。
（2）在接收机端调用 usrp_fft.py和usrp_oscope.py，观测DPSK 调制产生的射频信号的时域图、频谱图、以及星座图等。
（3）DPSK 解调及认证 DPSK 的 GRC 解调流程图如下：
该流程图中以USRP作为信号源，以接收空间中的无线调制信号。设计解调流程图应该注意的是其参数如 samp_rate、Samples/Symbol、Type 等都要与调制流程图中的参数设置对应，并且要符合个参数具体要求。此外最值得注意的是 USRP Source的Decimation 要设置为调制流程图中 USRPSink的Interpolation的一半。否则不能正确解调出信号源数据。DPSK调制流程图解调流程图接下来分别以 500Hz的正弦信号、[001]的向量以及文件作为信源，通过比较解调数据与信源是否一致 来验证整个调制解调过程的正确性。
四、仪器设备
PC 两台 USRP 一台
大连理工大学实验报告
学院（系）：
电信学部
专业：
电子信息工程
班级：
电子信息工程
姓
名：
陈冠谋
学号：
201383022
组：
___
实验时间：
2016.12.5
实验室：
实验台：
指导教师签字：
成绩：
实验名称：USRP 通信系统综合实验
一、实验目的和要求
见预习报告。
二、实验原理和内容
见预习报告。
三、实验步骤
见预习报告。
四、仪器设备
PC 两台 USRP 一台
五、实验数据记录和处理
1、通过命令行检查硬件设备的连接状况。输入sudosu获取管理员权限，输入密码即1234，若不进行此操作将无法检查硬件设备。输入usrp_probe回车，弹出显示窗口。子板选择为RXA，点击 Probe即可检查接受板 A 的连接情况。
图1受检板A的连接情况
2、用快速傅里叶变换 FFT 分析信号
图2信号及时域波形图
3、改变输出波形数据，和发射频率
图3 更改后的发射数据
4、改变接收端频率
图4更改后的接收端频率
5、在实验基础上加设FFT
图5 加设FFT 6．输出.XY通道的波形
图6 输出的XY通道
可见XY通道相位差90度 7遮挡天线后接收的数据如下
图7接收到的误码
8用如下指令进行音乐播放
图8 指令图
9基于USRP的DPSK系统设计实现
图9.1 DPSK发射系统
图9.2DPSK解调系统
10.调制解调分析
图10.1 码元序列-1 0 1时，接收的信号与频谱图
图10.2码元序列-1，-2，-3时，接收的信号与频谱图
图10.3码元序列1,2,3,4,5,6时，接收的信号与频谱图
图10.4码元序列-1，-2，-3，-4，-5，-6，0，1，2，3，4，5，6时，接收的信号与频谱图
图10.5实验中的操作指令
图10.6实验中的操作指令
六、实验结果与分析
通信仿真 篇3
关键词：SystemView，通信系统，仿真
1 引言
传统的通信原理教学理论性强，涉及的抽象概念较多，主要研究对象是通信系统。包含了模拟调制系统、脉冲编码调制系统、数字基带传输系统、数字频带传输系统。学生在学习时仅从框图中难以理解各个通信系统的工作原理。目前通信系统仿真在相关领域已得到广泛应用，在教学中引入仿真技术，通过建立系统模型，设置仿真参数，动态分析通信系统，了解其工作过程，从而有助于学生理解抽象的内容。
SystemView仿真软件是美国ELANIX公司设计和开发的动态系统分析平台，主要用于电路与通信系统的设计、仿真，能满足数字信号处理、滤波器设计、复杂通信系统的设计要求。具有开放友好的用户界面，丰富的库资源、动态分析和后台处理等特点，尤其在通信系统分析和设计领域具有广泛的应用前景。
SystemView软件进行通信系统仿真步骤如下：
（1）设计通信系统原理框图。
（2）建立仿真模型：在信号源图符库、算子图符库、函数图符库、信号接收器图符库中选取需要的功能模块，搭建通信系统。
（3）设置仿真系统参数：包括运行系统参数设置和功能模块运行参数。
（4）运行仿真系统：根据系统设计要求调试各个模块的参数，观察分析结果。
2 仿真实例
下面以FSK调制解调系统为例介绍仿真过程。主要分为三个步骤：系统框图设计，仿真模型构建，仿真结果分析。
2.1 FSK调制解调系统的设计
FSK是用两个不同频率的载波来传输数字信号的“0”和“1”。其抗噪声与抗衰减性能较好，所以在中低速数据传输（传输速率在1200bit/s以下）中得到了广泛的应用。FSK调制方法有直接调频法、键控法。FSK信号的解调方法有相干解调、非相干解调、鉴频法、差分检波法及过零检测法。
其中键控法是由两个独立的载波发生器的输出受控于输入的PN码，按照“1”或者“0”分别选择一个载波作为输出，利用两个模拟乘法器和加法器即可得到FSK信号。过零检测法是利用数字调频波的过零点数随不同的载频而异，故检测出过零点数，即可得到不同的频率。
本例调制部分采用键控法来实现，如图1所示；解调部分采用过零检测法如图2所示。
2.2 仿真系统构建
基于SystemView平台建立FSK系统仿真模型，如图3所示。
图中图符Token0是频率为10Hz的PN序列，Token1是频率为50Hz的載波，幅度为1V。Token9是频率为10 Hz的载波，幅度为1V。图符Token7是反相器，图符Token3，8是乘法器，图符Token10是加法器。Token17是观察示波器，用来观测FSK信号。
Token35是高斯噪声源，用来模拟传输信道中的噪声。
在仿真模型中Token15，19，21，23，25实现过零检测。其中Token15是限幅器，Token19是微分器，Token21是全波整流器，Token23是脉冲发生器，Token25是Butterworth低通滤波器，其截止频率为10Hz。Token31是缓冲器，对通过低通滤波器的信号进行抽样判决，最后在Token30处观察解调后的PN序列。
2.3 仿真结果及分析
本系统定时设置为：抽样点数=1024，抽样频率=1000Hz。运行后结果如图4，5，6所示。
从图4看到“1”对应50Hz的载波，“0”对应10Hz的载波，符合FSK调制规则。从图5观察到解调后的波形与原始信号相同，只是在时间上有点延时，这与实际电路吻合。从而证明过零检测法可以很好地还原出原始信号。图6是 FSK信号的频谱，从图上看出两个尖峰处分别对应频率为10 Hz 和50Hz的载波。
3 结束语
在通信原理教学中引入SystemView仿真技术， 利用其可视化结果，有助于学生理解通信系统的原理及工作过程。学生在仿真设计过程中，从建立模型，调试参数，到最后的结果分析。可以培养学生的分析能力和设计能力，从而达到良好的教学效果。
参考文献
[1]罗卫兵，孙桦，张捷.SystemView动态分析及通信系统仿真设计[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001.
[2]青松，程岱松，武建华.数字通信系统的SystemView仿真与分析[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.
[3]樊昌信.通信原理教程[M].北京：电子工业出版社，2004.
[4]孙屹.SystemView 通信仿真开发手册[M].北京：国防工业出版社，2004.
[5]张力军，钱学荣，张宗橙等.通信原理[M].北京：高等教育出版社，2008.
[6]江力.数字通信原理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2009.
通信仿真 篇4
关键词：通信原理,Matlab,Simulink,仿真技术,m序列
在各高校通信与电子信息类专业的课程中, 通信原理无疑是其中最重要的课程之一[1]。该课程是基础课向专业课的过渡课程, 是众多专业课的先修课程, 在通信工程专业的教学中占据非常重要的地位。同时, 很多高校都将这门课作为通信工程专业的研究生入学考试科目, 课程的重要性不言而喻。从教学的角度来看, 本课程与电路分析、电子技术、信号与系统等专业基础课以及高等数学、概率论等数学课程联系紧密, 课程理论性强, 抽象概念较多, 实践操作的要求又较高, 是一门既要有理论知识又要有实践技能的综合性课程, 这些都在一定程度上增加了学生学好这门课程的难度。
为了改善教学效果, 培养学生分析和解决问题的能力, 调动学生学习的积极性, 从而提高通信原理课程的教学质量, 有必要将通信仿真技术引入到本课程的教学中[2]。目前, Matlab/Simulink已经成为科学研究和工程设计常用的仿真工具, 而随着其中通信、信号处理类函数库和工具箱的成熟, Matlab/Simulink在通信理论研究、算法设计、系统设计、建模仿真和性能分析验证等方面的应用也更为广泛[3]。Simulink可视化仿真工具能够以非常直观的方框图的方式对通信系统进行建模, 并能够将模型的仿真结果 (如波形、频谱和统计数据等) 实时地显示出来, 更有利于学生对通信系统概念和公式的直观理解, 所以近年来得到了通信工程专业广大师生的重视和广泛的应用[4]。
1 Matlab/Simulink在教学中的引入
在通信原理课程的教学过程中, 教师可以在多媒体课件中加入软件的仿真结果, 从而利用Matlab Simulink辅助教学, 以期实现更好的教学效果。特别是对于较难讲解的内容、抽象的概念, 以及通信系统各个节点的波形等, 利用软件的计算和图形化显示功能, 可使其更为直观地表现出来, 从而加深学生的理解。
在通信原理课程的实践环节中, 教师可以在传统实验的基础上引入Matlab/Simulink仿真实验, 从而避免实验设备、条件和学时等限制。利用软件, 我们设计出了多项仿真实验, 供学生在课程中完成。此外, 对学生感兴趣的内容, 我们还鼓励其利用课余时间进行实验方案的比较和优化, 这样, 极大地调动了学生的学习兴趣, 提高了学生对通信基本理论的掌握和计算机仿真编程的能力。
下面本文以m序列的产生与特性分析为例, 阐述了Matlab/Simulink在通信原理课程中的两方面应用: (1) 通过直接编写M文件实现m序列的产生与特性分析; (2) 利用Simulink实现m序列的产生与特性分析。
2 m序列的产生与特性
伪随机序列又称为伪随机码, 是一类有着广泛应用的码。例如, 在连续波雷达中可用作测距信号, 在遥控系统中可用作遥控信号, 在多址通信中可用作地址信号, 在数字通信中可用作群同步信号, 还可用作噪声源以及在保密通信中起加密作用等等[5,6]。m序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称, 它是由带线性反馈的移存器产生的周期最长的序列。由于m序列的均衡性、游程分布和自相关特性与随机序列的基本性质极相似, 所以将其作为最常用的一类伪随机序列。
设α 是GF (2n) 的一个本原元, αu1 (0<u1<2n-1) 是GF (2) 上n次本原多项式fu1 (x) 的首根, G ( fu1) 为对应的周期为m=2n-1的m序列集合。设
其所对应的最长线性反馈移位寄存器如图1所示, 则
由分析可知, m序列的自相关函数为:
其中, j表示移位数, 只取整数。 ρ ( j) 是偶函数并具备周期性, 周期也为m。由式 (2) 可知, m序列的自相关函数只有两种取值, 所以, m序列也称为双值自相关序列。
对式 (2) 作傅里叶变换, 可以求出m序列的功率谱密度函数:
其中, T0是m序列对应的周期性连续函数的周期。
3 基于M文件的仿真
在Matlab软件中, 可以通过编写一个M文件, 计算出一个周期的m序列, 并分析其自相关系数和功率谱特性[7,8]。下面以本原多项式为f ( x) =x7+x3+1 的m序列为例, 给出仿真的部分程序:
实验中m序列的周期为m =27-1 =127 , 码元宽度取1s, 采样率取10Hz。运行程序, 相应的仿真结果如图2所示。从图2a中可以看到在周期的整数倍处, 自相关系数取值为1, 其余点均取-1/m。从图2b中可以看到, 当T0和m/ T0均趋向于∞ 时, m序列的功率谱密度特性接近白噪声的功率谱密度特征。
4 基于Simulink的仿真
Matlab软件中Simulink可视化仿真工具能够以非常直观的方框图方式对通信系统进行建模, 并可以实时的将仿真结果显示出来, 更便于学生理解通信系统的物理概念和运行过程。所以, 可以通过编写测试模型, 实现m序列的自相关系数和功率谱特性分析[9,10]。
测试模型如图3所示, 使用了与上节相同的实验条件。采用PN Sequence Generator模块产生最长线性反馈移位寄存器序列, 通过Scope模块显示波形, 同时采用To workspace模块输出m序列, 并计算其对应的自相关函数。另外, 通过Modified Covariance Method (修正的协方差算法) 模块实现功率谱密度的估计, 其输出经过归一化处理后通过Vector Scope模块显示, 最终仿真结果如图4所示。这里, 自相关函数图与图2a一致, 就不再列出。
5 结束语
在通信原理课程理论课的讲授过程中, 教师多采用多媒体课件演示的教学模式, 这可能会导致学生在一些抽象的概念和较难的数学公式推导等方面理解度不够。将基于Matlab/Simulink的通信仿真技术引入到课程的教学中, 教师可以利用Matlab软件中丰富的函数库和模块库, 将晦涩难懂的通信理论、通信过程和信号波形等内容直观地显示成各类图形, 不仅可以辅助教学, 还能增强学生对通信概念的感性认识, 帮助学生更好地理解和掌握知识点, 从而提高通信原理课程的教学质量。
参考文献
[1]樊昌信, 曹丽娜.通信原理[M].第6版.北京:国防工业出版社, 2006.
[2]夏江涛, 孙冬娇.Matlab在现代通信原理课程中的应用[J].2014, 31 (1) :110-114.
[3]绍玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析[M].北京:清华大学出版社, 2014.
[4]张鸣, 李白萍.Matlab仿真在通信原理课程中的应用[J].实验技术与管理, 2012, 29 (11) :87-93.
[5]李白萍, 张鸣, 龙光利.数字通信原理[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2012.
[6]ProakisJohnG.数字通信[M].第四版.张力军译.北京:电子工业出版社, 2004.
[7]徐明远, 邵玉斌.MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2005.
[8]Mokhtari Mohand, Marie Michel.MATLAB与SIMULINK工程应用[M].赵彦玲, 吴淑红译.北京:电子工业出版社, 2002.
[9]Proakis John G, Salehi Masoud.现代通信系统:使用MATLAB[M].刘树棠译.西安:西安电子科技大学出版社, 2003.
通信仿真 篇5
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
通信仿真 篇6
关键词：卫星通信 Labview 级联编码
中图分类号：V474.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（a）-0-02
随着信息技术的不断发展，卫星通信已经作为一种应急通信手段被广泛使用在各个通信领域中，传统的C波段及正在广泛使用的KU波段卫星通信随着卫星频率资源的短缺而面临着很多矛盾，特别是近年来随着对卫星通信需求的增加和卫星通信的新技术的不断发展，人们开始向更高频段的Ka（20～30 GHz）方向进行研究。如何在高频段中选择不同的编码类型以适应于卫星信道的可靠传输是大家一直关心的问题。Labview软件是NI公司研发的一套图形编程语言，广泛应用在信号处理和建模中。该文通过对各系统性能的分析和比较，通过Labview中提供的不同卫星信道模型建模，分析了不同频段中编码的性能并进行了比较，同时也对在Ka频段中不同编码方式的性能进行了仿真。
1 系统及信道模型
卫星通信信道是一个远距离的衰减变化的无线信道，因此为了能保障数字信号能在整个信道的可靠传输，必须利用适合于卫星信道传输的数字编码技术。对于C波段和KU波段的卫星通信系统有效抵抗信道衰落的措施之一就是采用前向糾错编码技术（FEC），国际组织对于该频段的FEC标准也是采用了编码增益高、译码器实现又不太复杂的级联编码方式，而且外码均为RS码，内码则分别采用卷积码或者TCM方式，另外为了消除Viterbi译码器的突发错误，两者都采用了外交织器。适合于卫星通信的不同方式的级联码编码方式的的性能不同文章对其进行了分析和仿真[2]，与C和KU频段相比更高频段的Ka卫星通信中，大气层将会引起信号的额外衰落，这些衰落不仅是频率的函数，而且还是位置、仰角、季节的可行性函数。[1]，为了比较卫星系统不同编码的性能，各种适合于卫星信道的编码方式都进行了研究和仿真[3]。我们通过Labview软件中提供的不同信道模型来对这些级联编码进行不同的仿真分析，其中内交织器和解交织器用来仿真Ka频段的性能，其余用来仿真C波段和KU波段的性能。据此，我们可以建立采用级联码的不同频段（ka频段采用内外交织器图1中虚线部分）卫星通信系统模型框图如图1。
2 编码系统的性能分析及仿真
研究和仿真不同级联编码方式的性能，就是要有合适的仿真模型和逼真的信道模型，而Labview软件中提供了比较多的通信系统模块，特别是对于卫星通信信道的仿真可以更加趋于实际化。[4]LabVIEW图形化信号处理平台由千余个信号处理、分析与数学运算函数组成的信号处理与数学函数库组成，包含小波变换、时频分析、图像处理、滤波器设计、声音与振动、系统辨识、RF分析等专业方法的工具包，可与NI硬件的无缝结合，使算法得到快速验证与部署[5]。因此该文结合Labview提供的不同信道模型对以下方式进行了模拟仿真。
2.1 采用RS（255，233）外码，内码为（2，1，7）在不同频段下的性能仿真
在Labview中选择RS为卫星信道的外码，内码采用卷积编码的方式通过采用Ka频段方式[6]的仿真和采用C波段及KU波段的信道模型通过对比其误码性能图，如图2所示。
从图中可以清楚地看到，在相同Eb/N0的情况下，Ka波段的误码性能要明显低于KU波段和C波段，同时在无雨天的情况下在保持同样的误码率的情况下，Ka波段比KU波段的要低于3.5db的信号，这样也就说明了在Ka波段情况下卫星的天线尺寸可以做的更加小。
2.2 采用RS（255，233）外码，内码为 Turbo码和P-TCM的级联性能仿真
RS码作为适合卫星信道传输的可以纠正突发错误的信道编码，可以和不同的内码进行级联，我们选取TCM级联、卷积级联、Turbo码级联三种方式进行仿真如下：
从图3中可见Turbo码是一种具有很好纠错性能的内码，作为内码可以比卷积级联和TCM级联作为的内码的性能要好的多，同时与卷积级联码系统相比，虽然TCM级联码系统的编码增益较小，但其宽带效率却很高。因此要根据情况选择不同的编码
类型。
3 结语
该文通过对卫星通信系统中级联编码在不同频段下的性能进行了Labview仿真，通过图形化的编程语言和系统仿真，分析及仿真结果表明：在相同信噪比和同等级联编码情况下的情况下使用高频段可以进一步降低误码率提高系统的频带利用率，同时对与在Ka波段情况下采用内分组交织器可以进一步提高系统性能。同时通过单位不同频段编码效果的使用上来看，高频段的设备使用效能更加明显。
参考文献
[1]王爱华，罗伟雄.Ka频段固定卫星通信系统编码方式[M].北京理工大学学报，2002（11）.
[2]王坤，张青春.Ka频段固定卫星信道编码技术研究[J].微型计算机信息，2007（6）.
[3]张威，徐熙宗等.RS级联编码在超短波通信与卫星通信信道的仿真分析[J].通信技术，2009（2）.
[4]张振权，罗新民等.RS-Turbo级联码的性能仿真及其在图像传输中的应用[J].现代电子技术，2005（24）.
[5]邵琦，杨絮等.基于LabVIEW的FSK调制解调仿真设计[J].科技创新导报，2010（18）.
保密传真通信系统的仿真实现 篇7
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
(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.
通信仿真 篇8
IEC 61850的特别之处是它不是由一个原先的串行链路改写至TCP/IP以太网的协议, 而是重新设计的网络通信协议。传统协议通常会定义字节如何传输, 但并没有从应用的角度指定数据应该如何组织;IEC61850则不然, 除了规范的协议功能 (定义字节如何传输) , 还定义了电力系统设备如何有规则地组织数据的综合模型。
IEC 61850规定的范围为变电站内的通信, 定义了变电站通信网络的各个方面。
61850构建架构主要采用的是“抽象”定义的数据项和服务, 即创建数据项/对象和服务独立于任何底层的协议。抽象的定义使数据对象和服务可以映射至任何协议以满足数据和服务的要求。抽象服务的定义在标准的7.2章节, 而数据对象的抽象 (被称为逻辑节点) 在7.4章节中定义。由于需对数据对象是由公共片构成 (例如:状态、控制、测量、替代) , 公共数据类 (CDC) 的概念被提出, 用于定义创建更大的数据对象的公共构建块, 其中CDC元素在章节7.3中定义。
在章节8.1中定义了抽象数据和服务与MMS之间的映射关系。
从系统角度, 需要大量的配置工作才能使各个部分组合在一起协同工作, 为了促进这个过程以及消除大部分的人为错误, 基于XML的变电站配置语言SCL在章节6中定义, 该语言对变电站自动化系统和变电站之间的关系作出正式描述。
规范的章节10定义了一个测试方法, 以确定“一致性”的众多协议定义和文档中定义的约束。
2 系统需求
随着智能变电站技术在电力行业的推广和应用, 不同厂商的设备基于IEC 61850标准实现了互通互联。但在智能变电站设备的开发测试和工程部署过程中, 研发人员和工程实施人员会面临着诸多问题:如何方便快捷地搭建测试环境, 对后台监控系统和通信管理机进行相应的功能/性能测试;在智能变电站的联调作业的场景下, 如何能快捷高效地核对信号, 排查各厂家ICD配置文件的兼容性问题;如何在间隔不停电的情况下, 完成数据库维护修改和信号核对工作。
为解决上述问题, 设计智能变电站测控装置仿真软件, 以实现测控装置测量、控制、五防等功能的仿真。
该测控装置仿真软件可应用于变电站联调作业时的四遥信号核对工作, 方便快捷地检查出各厂家ICD文件在与后台系统通信时的问题;在变电站运行人员对后台监控系统的数据库进行重新配置后, 可以在此仿真软件的配合下, 在间隔不停电的情况下, 实现后台数据库四遥信号的核对工作;可对后台监控系统、远动通信装置、保信管理机进行功能/性能测试。
3 系统设计
设计智能变电站测控装置仿真软件, 对下通过与过程层设备通信实现交流量 (SMV) 数据的采集和控制量 (GOOSE) 数据的交互;对上通过IEC 61850服务器通信模块将四遥信息及时向监控后台上传, 同时实时响应监控后台的各种命令。
仿真结构如图1所示, 主要包括3个部分:
(1) 过程层通信仿真模块 (如图2所示) :实现与过程层设备通信功能的仿真, 包括控制量信息交互和交流量采集。
(2) 站控层MMS通信仿真模块:仿真实现测控装置的MMS通信服务功能, 包括四遥信息上送功能和监控后台命令交互功能。该模块通过解析数字化装置的ICD模板来获取测控装置的各项参数, 通过加载61850服务器功能模块来实现仿真装置的MMS通信功能, 将每个仿真装置的MMS通信进程绑定于计算机网卡上预设的IP地址, 实现单台计算机仿真多台虚装置的功能。每个虚装置的MMS通过TCP/IP协议与后台监控系统, 远动通信管理机, 保信管理装置建立通信连接, 并进行信息交互, 流程如图3所示。
(3) 测控功能处理模块:将过程层通信仿真模块采集的控制量数据和交流量数据转发至站控层MMS通信仿真模块, 实现五防规则逻辑判断, 遥控命令、定值命令响应处理等功能。
该模块将控制量数据缓冲区和交流量数据缓冲区的数据转发至遥信数据缓冲区和遥测数据缓冲区, 解析五防规则配置文件, 并根据五防规则判断并响应后台遥控命令, 实现测控装置五防功能的仿真。处理流程如图4所示。
4 系统应用
4.1 应用范围
(1) 变电站运行场景下, 此系统作为日常维护工作的辅助工具, 保证变电站运行人员在保证间隔不停电的情况下, 完成信号的核对工作。
(2) 在变电站的安装联调作业场景中, 仿真测试系统可以快速地实现对各厂家数字化装置的仿真, 对于及时检查数据配置工作的正确性具有重要作用。
(3) 在对后台监控系统的功能/性能进行测试时, 使用本仿真测试系统可以方便快捷地搭建出全变电站间隔层数字化装置的仿真运行环境, 进行遥测越限、遥信雪崩、五防规则检查、保护事件传动模拟等测试, 大大提高了对后台监控系统的测试技术水平和测试效率。
4.2 部署模式
站控层仿真测试系统在仿真数字化装置时首先需要载入装置的ICD文件, 以建立装置的仿真模型, 每个仿真模型建立后都需要占用一定的内存空间。仿真系统核心功能MMS通信模块使用C语言编写, 代码执行效率高。通过实际运行统计, 每仿真一台数字化装置只需要占用5M内存。此仿真系统可以在两种模式下进行部署:普通部署模式, 通常用在仿真装置数量不超过100台的情况, 在普通PC机上运行此软件, 即可满足使用要求;性能模式, 通常用在仿真装置数量超过100台、仿真变电站超过2个的情况, 要求将此仿真系统安装于小型服务器上, 并保证大于4 G物理内存空间。
4.3 操作过程
(1) 导入仿真装置的ICD模板, 生成仿真装置的仿真模型。在此阶段可以对仿真装置的配置参数进行定义, 如配置仿真装置的装置名称、IP地址、信号名称等。
在基本配置的基础上还可以进一步定制如下高级测试功能:定制遥信雪崩测试, 可以预先设定雪崩测试的遥信信号个数、间隔时间、发送次数等信息;定制遥测越限测试, 可以预先设定某一路或某几路电流/电压通道随时间状态的变化幅度、持续时间, 用于检测后台的遥测越限告警功能;定制遥信成组变化测试, 根据保护动作、各遥信信号的上送顺序, 在仿真配置界面设置相应遥信信号随时间状态的上送顺序, 在实际测试时可以实现保护动作过程中各信号上送的回放过程。
(2) 仿真装置IP地址绑定网卡。仿真服务器主机的网卡上可以绑定多个IP地址, 根据实际需要配置, 在仿真装置启动后, 其相应的MMS通信进程会绑定至相应的IP地址, 建立相应的61850 MMS服务进程。
(3) 仿真功能模拟。
可手动进行仿真装置的功能操作, 手动设置遥测值、置位/复位遥信、上送保护事件等, 配合后台监控系统也可进行遥控操作、召唤修改装置定值操作。
除上述基本仿真功能操作外, 还可以基于仿真测试系统定制成组测试任务, 用于测试后台监控系统的功能/性能。
摘要：基于IEC 61850标准, 设计智能变电站测控仿真软件, 实现IEC 61850服务器通信模块的仿真。
关键词：IEC 61850,MMS,IEC 61850服务器,仿真
参考文献
[1]刘焕志, 胡剑锋, 李枫, 等.变电站自动化仿真测试系统的设计和实现[J].电力系统自动化, 2012, 4 (1)
地空通信信道特性仿真与分析 篇9
地空通信是利用升空平台搭载通信载荷,通过空中中继或交换,实现多个地面台( 站) 间信息交互的一种无线通信方式。其本质是通过升高空中通信设备的办法,变超视距通信为视距通信,具有通信距离远、覆盖面积大、传输带宽宽、易于组网和机动灵活等特点。
地空无线信道衰落的传播模型主要分为自由空间传输、阴影衰落和多径衰落的传播模型3类。其中,自由空间传输和阴影衰落对无线信号产生的影响是缓慢的,通常可以称之为大尺度衰落,也可称为慢衰落; 多径衰落对无线信号产生的影响是快速的,使得接收信号幅度、功率和相位等在很短的时间内即产生迅速的变化,通常称之为小尺度衰落即快衰落,该衰落对传输性能影响十分明显,需采取必要措施予以克服。
分集接收是一种抑制信道多径衰落的有效方法[1]。根据基本的电磁传播理论,对地空信道的多径传输特性进行研究、分析,并针对性的进行分集接收方案设计,对地空通信的实际应用提供参考。
1 信道建模与计算
典型的地空通信系统由一个地面设备和一个机载设备组成,其主要无线通信路径为两者之间的直射路径[2]。但是,在电磁波传播过程中,在地面会发生反射,这部分反射信号也很有可能进入信号接收设备[3],从而造成多径干扰。
为降低研究难度,电磁波的地面反射只考虑地面对信号的反射,不考虑地形对信号反射的影响。因此地空通信信道可以简化为一个典型的二径信道模型[4],如图1所示。
在仿真系统建模中,选择的最终观测量为在一定发射功率和信息速率条件下的信道余量,这样就可以摒弃信道对信号影响的细节部分,只考虑其对信号能量的衰减。
研究地空信道对信号的衰减,除了需要考虑由地面设备和机载设备之间的距离引起的电磁波自由空间损耗外,最主要的就是分析多径干扰对信号的影响。为研究多径干扰,必须得到多径信号相对直射信号的多径时延,以及信号经地面反射后产生的幅度和相位的变化。前者涉及到计算多径和直射路径的路径差; 后者为地面反射系数的计算[5]。
1. 1 链路损耗与系统余量计算
地空信道作为一种无线信道,其亦满足一般的无线信号传输规律,因此可以使用以下的基本链路计算公式[6]。
链路总的损耗SL为:
式中,Lp为路径损耗; Lt为发射机附加损耗; Lr为接收机附加损耗; LA为附加损耗,如雨衰和大气吸收损耗[7]等。
链路总增益为:
式中,Power为发射功率; Gt为发射机天线增益; Gr为接收机天线增益[8]。
则系统余量为:
式中,Threshold为接收机门限。
1. 2反射系数和多径衰减的计算
任意线极化信号可以分解成垂直极化和水平极化信号,假设到达反射点的信号为[9]:
式中,
1. 3 分集合并算法
为了能够有效对抗地空信道中产生的衰落,需要采用分集措施[10]。在仿真中会对不同的分集方式进行仿真、分析。仿真中主要针对机载双天线、双频率分集方式,并兼顾对地面也采用双天线分集的情况进行仿真分析[11]。
合并方式包括选择性合并、最大比值合并以及等增益合并,这里不再细述[12]。
2 仿真软件
MATLAB软件具有强大的计算功能,能够充分满足上文所述算法的计算要求。因此,地空信道仿真系统在MATLAB环境下构建。为了方便使用,提供简单的人机交互功能,基于MATLAB中的GUI组件,设计了软件界面,如图2所示。
3 结论分析
在完成了仿真软件的设计后,通过改变仿真参数,对地空信道各项特性进行详细研究,得出了以下相关结论。
3. 1 单天线工作的链路二径仿真
天线在不同频率上的增益和方向图的不同,会对系统余量产生较大影响。机载天线为全向天线,其方向图虽然也随频率的变化而变形,但通过仿真发现,这样的变化对系统余量并无太大影响。频率变化的影响主要体现在地面天线上。
地面天线采用的是一个1. 2 m口径的定向天线,当工作频率为4 GHz时,其主瓣半功率角为4. 4°,主瓣增益为 37 d Bi。当工作频率升高时,主瓣半功率角被压缩,相应主瓣增益会增高。
当采用较高频率作为工作频率时,信号的自由空间损耗会随频率的升高而有所增加,但主瓣增益也随之增加,因此直射路径信号强度不会有太大变化。
采用单天线—单天线的系统结构,可以通过架高地面天线,飞行器爬升和采用较高频段的方式,减轻信道多径的影响,但无法避免信道多径引起的深度衰落,因此需要采用更多的措施以对抗这种信道衰落。
3. 2地面单天线空中双天线分集接收仿真
由于单天线—单天线结构,并不能完全对抗多径衰落,考虑使用多天线分集合并方式。
首先考虑地面设备单天线—机载双天线的结构,地面为带有自动跟踪伺服系统的定向天线,机载为2个全向天线,分别于机腹和机顶处相对安装。
针对这种单天线—双天线结构在不同频率组合下的仿真对比图如图3所示。
仿真参数设置: 地面天线架高为10 m,飞行器高度3. 5 km,频率选择分别为: 4. 08 GHz + 4 GHz和8 GHz + 2 GHz两种组合。从图3中可以看出,单天线—双天线结构的确可以提供一定的分集增益,但是只有频率间隔很近的情况下( 如图3( a) 所示) ,才能避免衰落“深坑”( 如图3( b) 所示) 。
3. 3地面双天线空中双天线分集接收仿真
当地面也设置为双天线( 垂直布设) ,分别与机顶天线和机腹天线建立2条通信链路链路。选择2条通信链路的工作频率,当2条通信链路的工作频率和相应地面设备天线高度的乘积大致相等时,可以获得较好的分集接收效果。
针对这种双天线—双天线结构在不同频率组合下的仿真曲线如图4所示。仿真参数设置: 飞行器高度3. 5 km,对准机顶天 线的地面天 线架高为10 m,工作频率为4 GHz; 对准机腹天线的地面天线架高为5 m,工作频率为8 GHz。此时,2条通信链路的地面天线架高与工作频率的乘积相等,分集接收后,接收到的信号电平随传输距离变化较为平坦,不会产生衰落“深坑”。
如果不按照上述规则设置工作频率和天线架高,则不能避免衰落“深坑”的出现,分集接收不能取得较好的效果。
3. 4仿真结论
通过仿真发现,地空通信信道中存在较强的多径信号,会产生较深的多径衰落。仅使用单天线结构很难取得较好的通信效果,而采用地面设备双天线—机载双天线结构和地面设备单天线—机载双天线结构2种分集接收方式,通过选择合适的工作频率,可以获得较好的分集接收效果。
4结束语
通信仿真 篇10
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/
通信仿真 篇11
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
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