１ Ｉ数字技术 通信技术 浅谈通信系统的仿真 张靓 （哈尔滨德强商务学院计算机系黑龙江哈尔滨Ｉ５００２５） 摘要：本文从通信原理课程教学实际出发，在分析通信系统仿真的基础上，阐述了通信系统仿真时常涉及到的三个方面仿真理论，并且结合多 径信道仿真的实例，在通信原理课程及实验方面取得显著的教学效果 关键词：通信系统仿真ＭＡＴＬＡＢ多径信道 中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—９４１ ６（２０１１］１０－００２７—０ｌ 随着现代通信系统的飞速发展，计算机仿真已成为分析和设计 通信系统的主要＿丁具，存通信系统的研发和教学中具有越来越重要 的意义，它通过构建模型的运行结果来分析实物系统的性能从而为 新系统的建立或原系统的改造提供可靠的参考。通过仿真，可以降 低新系统失败的可能性，消除系统中潜在的瓶预，防止对系统中某 功能部件造成过盈的负载，优化系统的整体性能。冈此，仿真是通 信系统研究和工程建设叶Ｊ不＿ｌ１Ｊ缺少的环节，更是教学实验环节的重 要补充。 通信系统仿真实质上就是把硬件实验搬进Ｊ，计算机，町以把它 看成 种软件实验。因此，通信系统的仿真土要依靠汁算机软件的 设计和运行， ｉ 要由需求分析、系统建模、数据定义／仿真、分析汗估 等几步组成。成功的通信仿真系统 当做钊：（１）仿 框罔与实际系 统的‘样；（２） ：尘波形的统计特性接近真实波形的统计特性；（３）模 型器件的工作方式和真实器件的・样。・个完整的通信系统设计和 仿真的过程如下：首先根据需设计的通信系统进行系统建模构建系 统模型；然后，在系统模型的基础上形成易于仿真的模型和数据源 进行计算机仿真，彳Ｆ完成仿真的基础上对仿真实验的结果进行分 析；最后，根据分析的结论和推理对设计的通信系统进行修正和完 善。在仿真中要考虑概率统计、误差源、参数估计、性能指标评估以 及最后仿真的校正和验证等问题。通常可以让学生从三个方面对仿 真进行研究。 １、通信网络仿真 Ｍ络仿真技术是利用数学建模和行为建模的方式ｘ￣ｌ￣ｘＪ络的性 能指标分析的技术，通过建 络设备和悯络链路的统计模型，模 拟 络传输流量，从而获取 络设计或优化所需要的Ｍ络性能数据 的仿真技术称为ｌ删络仿真技术。 络仿真作为一种ｌ叫络规划和设计 技术，为刚络规划设计提供客观、可靠的定量分析，从而缩短 络建 设周期，提高 络建设中决策的科学性，降低 络建设的投资风险。 络仿真技术布新 络的建设、现有 络的改造或升级 均发挥着 重要的作刖，已经成为 络规划、设计和开发 １１的 ｉ７－要 法。 络仿真是 －和 Ｊ用数学建模和统计分析ｎ勺方法模拟 络的 行为，从而获取特定的ｌ“Ｊ络特性参数的技术。 模型 婴足山 络 系统模型、 络设备模型、 备处删模型干¨链路模型构成。典【１】议箭 处 模型实 通信系统处 供拟，足 设备仪 的基夺构成 厄；ｌ叫络波衙模型模拟・个究 的 络设箭，女ｌＪ终端、交换机等； 络系统模 …‘系列 没备懒 卡句 ，通过 络 ，胥 成・个究 Ｉ，『，Ｊ服务『叫络。 络 建模过 『『以采川ｈ底 ｌ 、 顺 卜或 混 力 法。建 模 ，州络仿 过 ｌ１ １丸设定ｆ『』 运仃参数，也 仿 ＩｂｊｌｈＪ、随机数乍成种ｒ、『叫络路ｆｆ】参数等。常 的通信ｌ叫络仿 台有Ｏｔ ＮＥＴ、ＱｕａｌＮｅｔ、ＮＳ２等仿真Ｉ：典。 ２、通信终端仿真 通信系统的基本模型是由信息源、发送设备、信道、接收设备、 收信者等些因素，对丁这些因素都应该考虑如何仿真。通信系统仿 真中最先开始进行的仿真就是对信源的仿真。信源编码的仿真 般 是开始仿真的第・个 系统；・般考虑二二种序列产生：均匀分布随 序列产 、正态分布随机序列产生和指数分布随机序列产 。对丁通 信信号的仿真要考虑基带信号仿真币¨调制信号的仿真等冈素，州制 后又需要进行相应的解涮仿真，同时通信过程中的 步问题也要考 虑进行仿真。常见的通信终端仿真平台有ＭＡＴＩ ＡＢ、ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ、 ＷＲＡＰ等仿真ｌ丁具。 ３、通信信道仿真 通信系统的性能 很大程度，ｌ 取决 通信信道。由丁电傲波存 信道中可以受到反射、绕射、散射、多径传播、信号的他输带宽等冈 素的影响。所以，通信信道 容 预测 ｆ：ｒｉ ＿行很大的随机性，物理 分析难度较大。门前电波传播特性研究的结果往往用下述两种方式 给…：筇‘，对电波传播特性给…某种统汁描述。例如，理论分析和 实洲实验结ｌ果表明，存移动环境中接收信号的幅度存人多数情况下 符合瑞利分布。Ｉ而何些情况， 更符合莱斯分布。第二，建 电波传 播模型。模型可包括 表、近似计算公式等。尤其在计算机ｊ一建模越 来越流行。应用电波传播模型可对无线电波在传播过程中的各种 １： 扰和损耗进行预测，直接为系统工程设计服务。常见的基丁经验的 电波传播统计模型有Ｏｋｕｍｕｒａ模型、Ｅｇｌｉ市区模型、Ｍｕｒｐｈｙ市郊模 型、Ｒｏｏｄ模型、ＥＣＡＣ模型、Ｐａｌｍｅｒ模型和中围同家标准场强预测模 。常见的基丁数值计算的电波传播模型有自由空间传播模型、两 径传播模型、绕射传播模型等。 Ｆ面以多径信道仿真为例，应刖ＭＡＴＬＡＢ仿真工具，对该信道 进行仿真。彳卜这个例了中，我们考虑由丁多普勒原冈引起ｎ勺衰落对 在离散多径信道 传输（１９ＱＰＳＫ信号的影响。采用线性内插器，用两 个载波插入相乘，使用Ｓａｋｅ￣型来实现多普勒滤波器，其［１１ｋ＝１和 ｆｄ＝１ ００ＨＺ。抽头增益过程是非相关的高斯过程，抽头 隔基丁 ２０ＫＨｚＩ＇Ｉ（ＪＲＦ带宽，分别用ｔｗｌ｛ｌｔｗ２来表示抽头权重。将复信号 Ｊｊ 复抽头权重相乘，复ＱＰＳＫ信号和复裁波都被用来作为输入。载波定 义为： ｃ（，）：ｅｘｐ【／２￣ｃ（１ ０００）ｔ］ ８个 点的延时棚 Ｊ 个符 ‘时问。 他细 括 ＭＡＴＩ Ａｔｊ源代 －｝ｔ，仿 的ｉ 度取决¨ ：多 虑的 索。为ｒ脱 察复指数情况 ‘输入和输…信 ‘的坝 ，需发Ｉｏ４＂ｆ１２０个复指数 川１｛』Ｊ。川『Ｉ１ｆ，为Ｊ 能够把握［】１ｆ变 进ｆｆ，Ｊ影响， 嫂多 恸 ；； 倒数 ｎ勺５俯划ｌ（）俯的¨ ｆＩ 求埘 过 进 仉ｒｔ。这 项考虑 敛仍 Ｊ 为１／２吣，或人ｆ％ｍｏ个 ｔ 。运 Ｍ八ＴＩ ＡＢｆ ＩＪ ，Ｉｌ『以行钏输 入信０ 址１（ＸＸ）Ｉｌｚｆｆ￣． ，输…佑 ‘ｌＩ１】 多将 效Ｊ、 ， ｌ起Ｊ 频 扩腱。ｌｉｉＪ 十ｆ…０竹道输入 ｝ 个 ｊｒ似，分圳为＋１ｖ干』 Ｊｌｖ。 ｉ址Ｉｉｔ ｒ 川 扰，输…信 ‘ 多Ｊ 个的电 他，肜成多』Ｕ ｆ ｎ０脉冲信 ‘。 通过对通信系统仿真的研究０尝试，町以解决部分实验器材小 足的情况，增加学 ：软件应用能力，提高 牛设计训试系统的兴趣， 同时对理论学 有很好的促进作用，在教学中取得了 著的效果。