完整word版,1、卫星链路通信系统与SIMULINK仿真(上行链路)
卫星链路通信系统与SIMULINK仿真<上行链路）
一、实验内容
题目1
题目内容：理解信源编码在数字通信系统中的作用，研究SCPC系统中PCM编码方式。利用MATLAB/SIMULINK通信模块库提供的基本模块搭建、编写PCM信源编码/译码模块，完成语音信号的编码/译码过程。通过参数设置，完成基本的运行调试，得到相关的运行结果，验证仿真过程的正确性。
1.实现框图
图1PCM信源编码
2.实验结果与分析
图2接收端PCM 译码与发送端结果显示
从图2我们可以看出，PCM 解调得到的信号和发送端信号是相同的频率，验证了PCM 调制的有效性和可靠性，但是解调得到的信号和原有信号相比出现了时延的情况，这也说明在通信过程中此类情况无避免。题目2
题目内容：了解SCPC 系统中信号调制/解调的实现机制。利用MATLAB/SIMULINK 通信模块库提供的基本模块搭建、编写BPSK(QPSK>调制/解调模块，完成信号的调制/解调的过程，并输出调制/解调前后的星座图和频谱图。1. 实现框图
图3信号调制/解调过程
2. 实验结果与分析
Transmit Filter1Transmit Filter Modulator Baseband Demodulator
Baseband Generator Channel
图4发送地球站端QPSK调制后的星座图
图5接收解调信号星座图
从图4和图5中可以看出，信号经过调制解调并叠加噪声之后，接收信号的星座图出现了明显的抖动，出现了不同程度的相位模糊，在不同信噪比情况下，信噪比的值越大，星座图点的分布越集中，与发送端信号相比，误码率也越低，相反，信噪比越小，星座图点的分布越分散，误码率也越低。
题目3
题目内容：掌握SCPC 系统中信道编码的实现过程，验证信道/译码在整个系统中的功能。利用MATLAB/SIMULINK 通信模块库提供的基本模块搭建、编写信道卷积码编译/译码模块，在调制方式和相同信噪比条件下验证信道编码的性能，最后将发送信号与接收信号进行对比，计算误码率1.实现框图
图6信道编译码模块
2实验结果与分析
通过实验结果我们知道，在相同信噪比情况下，卷积码编码方式得到的输出结果的误比特率在较低的水平，在引入高斯白噪声，利用QPSK 进行调制的情况下，接收信号与发送端信号相比，输出误比特率在10-4以下。总之，通过卷积编译码得到的误码率在较低的水平，充分验证了卷积编译码的良好性能，信道卷积编译码可以作为我们后面搭建SCPC 卫星通信系统的信道编译码方式。题目4.
在选做题中，我们小组选择了SCPC 系统链路上行链路
卫星通信上行链路主要部分就是PCM 编码过程，卷积码，QPSK 调制过程，成型滤波器，上变频<20MHz 中频，6GHz 射频），带通滤波器，发射天线，上行信道，下面对相关原理进行介绍。<1）PCM 编码
PCM 脉冲编码调制是Pulse Code Modulation 的缩写。<又叫脉冲编码调制）：数字通信的编码方式之一。主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样，使其离散化，同时将抽样值按分层单位四舍五人取整量化，同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值。1. 抽样(Samping> 抽样是把
Modulator
Baseband Demodulator Baseband Encoder Channel
模拟信号以其信号带宽2倍以上的频率提取样值，变为在时间轴上离散的抽样信号的过程。例如，话音信号带宽被限制在0.3～3.4kHz内，用8kHz的抽样频率 2. 量化 3. 编码 4.1KHz，采样大小为16bit，双声道 的PCM编码的WAV文件，它的数据速率则为44.1K×16×2 =1411.2 Kbps。我们常见的Audio CD就采用了PCM编码，一张光盘的容量只能容纳72分钟的音乐信息。 <2）卷积码 卷积码将k个信息比特编成n个比特，但k和n通常很小，特别适合以串行形式进行传输，时延小。 若以 <3）QPSK调制 四相相移键控信号简称“QPSK”。它分为绝对相移和相对相移两种。由于绝对相移方式存在相位模糊问题，所以在实际中主要采用相对移相方式QDPSK。它具有一系列独特的优点，目前已经广泛应用于无线通信中，成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。 在数字信号的调制方式中QPSK四相移键控是最常用的一种卫星数字信号调制方式,它具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性、在电路上实现也较为简单。偏移四相相移键控信号简称“O-QPSK”。全称为offset QPSK，也就是相对移相方式OQPSK。它具有一系列独特的优点，已经广泛应用于无线通信中，成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。 数字调制用“星座图”来描述，星座图中定义了一种调制技术的两个基本参数：<1）信号分布；<2）与调制数字比特之间的映射关系。星座图中规定了星座点与传输比特间的对应关系，这种关系称为“映射”，一种调制技术的特性可由信号分布和映射完全定义，即可由星座图来完全定义。四相相移调制是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息，是四进制移相键控。QPSK是在M=4时的调相技术，它规定了四种载波相位，分别为45°，135°，225°，315°，调制器输入的数据是二进制数字序列，为了能和四进制的载波相位配合 起来，则需要把二进制数据变换为四进制数据，这就是说需要把二进制数字序列中每两个比特分成一组，共有四种组合，即00，01，10，11，其中每一组称为双比特码元。每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成，它们分别代表四进制四个符号中的一个符号。QPSK中每次调制可传输2个信息比特，这些信息比特是通过载波的四种相位来传递的。解调器根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的信息比特。 首先将输入的串行二进制信息序列经串－并变换，变成m=log2M个并行数据流，每一路的数据率是R/m，R是串行输入码的数据率。I/Q信号发生器将每一个m比特的字节转换成一对 QPSK是一种频谱利用率高、抗干扰性强的数调制方式, 它被广泛应用于各种通信系统中. 适合卫星广播。例如，数字卫星电视DVB-S2 标准中，信道噪声门限低至4. 5 dB，传输码率达到45M b。 本实验对上行链路进行了仿真，用单音频信号作为输入信号模块搭建如下图： 图7上行链路模块 本模块仅对上行链路进行了原理性仿真，没有考虑到一些工程因素，如发射模块中应该有成形滤波器，上行链路中存在多普勒频移，相位噪声等等。 二、总结与展望 1. 在模型搭建过程中出现的问题、不足及思考 (1> 误码率对比时，没有考虑到维特比译码会有一个反馈深度，当反馈深度没有设置时，误比特率非常高；当反馈深度没有设置为8的整数倍时，也比较高，原因是模块error rate calculation的输入端是8个比特一组进行对比的， 而考虑反馈深度后必须将发送的比特流做相应延迟再与解调后的比特流进行对比。 (2> 模型中只实现了一路单音频信号的传送，没有加入FDM模块，主要原因是采用调制滤波搬频时，滤波器的设计不佳，无法完成功能。 (3> 模型中，星上转发模块中，对行波管放大器的非线性作用没有考虑，仅进行了线性功放。并且，链路上各处噪声之间的添加是相互独立的没有做一个系统考虑，与实际还相差较大。 (4> 发送和接收的成形滤波器都没有设计添加。 (5> 仅对整条链路进行了理论仿真，没有与实际相结合进行验证计算。 2.实验心得 在整个SIMULINK学习的过程中，遇到了大大小小的许多问题，从中反映出我们自身素质的缺乏，缺少探索精神和团队协作精神，这也是我在本次综合演练中学到的除专业知识外十分宝贵的东西，在后面的学习中，我要注意培养这两种精神，让自己能很好的融入到不久的工作中去。 卫星链路通信系统与SIMULINK仿真<上行链路） 一、实验内容 题目1 题目内容：理解信源编码在数字通信系统中的作用，研究SCPC系统中PCM编码方式。利用MATLAB/SIMULINK通信模块库提供的基本模块搭建、编写PCM信源编码/译码模块，完成语音信号的编码/译码过程。通过参数设置，完成基本的运行调试，得到相关的运行结果，验证仿真过程的正确性。 1.实现框图 图1PCM信源编码 2.实验结果与分析 图2接收端PCM 译码与发送端结果显示 从图2我们可以看出，PCM 解调得到的信号和发送端信号是相同的频率，验证了PCM 调制的有效性和可靠性，但是解调得到的信号和原有信号相比出现了时延的情况，这也说明在通信过程中此类情况无避免。题目2 题目内容：了解SCPC 系统中信号调制/解调的实现机制。利用MATLAB/SIMULINK 通信模块库提供的基本模块搭建、编写BPSK(QPSK>调制/解调模块，完成信号的调制/解调的过程，并输出调制/解调前后的星座图和频谱图。1. 实现框图 图3信号调制/解调过程 2. 实验结果与分析 Transmit Filter1Transmit Filter Modulator Baseband Demodulator Baseband Generator Channel 图4发送地球站端QPSK调制后的星座图 图5接收解调信号星座图 从图4和图5中可以看出，信号经过调制解调并叠加噪声之后，接收信号的星座图出现了明显的抖动，出现了不同程度的相位模糊，在不同信噪比情况下，信噪比的值越大，星座图点的分布越集中，与发送端信号相比，误码率也越低，相反，信噪比越小，星座图点的分布越分散，误码率也越低。 题目3 基于Matlab的卫星中继通信链路仿真 ** *************** 摘要：卫星通信是地球上的无线电通信站利用卫星作为中继而进行的通信，卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成。卫星转发方式有透明转发和译码转发。本文基于matlab软件平台，对地静止卫星通信系统中卫星中继地球站发送数据的转发过程仿真，并给出接收信息BER曲线。 关键字：卫星中继； Matlab仿真；BER曲线 中图分类号：O121.8;G558 1 引言 卫星信道的特点是：可用频带宽、功率受限、干扰大、信噪比低。所以要求采用可靠性高的信号调制方式，并要求有较强的信号纠错能力，对带宽要求不是特别高。因此DVB-S采用前向纠错(FEC)(包括Viterbi编码、交织、RS编码及加扰等电路)、正交移相键控(QPSK)调制的信道处理方式，然后馈给卫星链路。接收时进行相反的处理。本文对卫星工作过程进行仿真，得到信号的BER曲线，从而知道可靠传输所需发射功率。 2 系统模型及仿真 2.1 建模假设 本文中所设计的卫星中继链路中中继卫星为GEO 同步轨道卫星，采用 Ku 频段，6个地球站采用FDMA。通过卫星向另外一个地球站发送信息：上行载波中心频率为14253MHz，下行载波中心频率为12028MHz，载波间隔为10MHz。 ?发送地球站与卫星之间的距离为： [39995 40000 40005 40010 40015 40020]km ?卫星和接收地球站之间的距离是42000km ?卫星的EIRP 是56dBW,天线增益为30dB ?地球站的天线增益为32dB ?信道模型采用AWGN 基于以上条件，本文将给出对地静止卫星中继地球站发送信息的完整过程，并给出某个发送地球站的信息在接收地球站的BER 曲线。 2.2 系统模型及结果 2.2.1 透明转发 该通信链路设计思路为： 信源→比特流→调制（QPSK ）→频分复用→上变频→AWGN 信道→卫星接收透明转发→AWGN 信道→下变频→判决→解调(DQPSK)→比特流。 得到某个发送地球站的信息在接收地球站的BER 曲线，如下图所示： 为了更好描述零值，用以下曲线描述： 00.51 1.52 2.53 3.5 10 10 10 10 发射功率dbW 误码率B E R 透明转发BER 曲线 实验三通信系统的Simulink仿真 一、实验目的 1、提高独立学习的能力； 2、培养发现问题、解决问题和分析问题的能力；， 3、学习用Matlab simulink实现通信系统的仿真的使用； 4、掌握数字载波通信系统的基本原理。 二、实验原理 1. Simulink简介 Simulink是Matlab中的一个建立系统方框图和基于方框图的系统仿真环境，是一个对动态系统进行建模、仿真和仿真结果可视化分析的软件包。Simulink采用基于时间流的链路级仿真方法，将仿真系统建模与工程中通用的方框图设计方法统一起来，可以更加方便地对系统进行可视化建模，并且仿真结果可以近乎“实时”地通过可视化模块，如示波器模块、频谱仪模块以及数据输入输出模块等显示出来，使系统设计、仿真调试和模型检验工作大为简便。 SIMULINK 模型有以下几层含义：(1)在视觉上表现为直观的方框图；(2)在文件上则是扩展名为mdl 的ASCII代码；(3)在数学上表现为一组微分方程或差分方程；(4)在行为上则模拟了实际系统的动态特性。SIMULINK 模型通常包含三种“组件”：(1)信源（ Sources）：可以是常数、时钟、白噪声、正弦波、阶梯波、扫频信号、脉冲生成器、随机数产生器等信号源；(2)系统（ System）：即指被研究系统的SIMULINK 方框图；(3)信宿（ Sink）：可以是示波器、图形记录仪等。 2. 通信常用模块库及模块编辑功能简介 通信中常用的MATLAB工具箱有：Simulink 库，Communications Blockset（通信模块集），DSP Blockset （数字信号处理模块集）。其中对单个模块的主要编辑功能如下： 1) 添加模块:模块库中的模块可以直接用鼠标进行拖曳（选中模块，按住鼠标左键不放）而放到模型窗口中进行处理； 2) 选取模块； 3) 复制与删除模块； 4) 模块名的处理模块命名：先用鼠标在需要更改的名称上单击一下，然后直接更改即可。名称在功能模块上的位置也可以变换180度，可以用Format菜单中的Flip Name来实现，也可以直接通过鼠标进行拖曳。Hide Name可以隐藏模块名称； 5) 模块外形调整； 6) 参数设定：用鼠标双击模块，就可以进入模块的参数设定窗口。参数设定窗口包含了该模块的基本功能帮助，为获得更详尽的帮助，可以点击其上的help按钮。通过对模块的参数设定，就可以获得需要的功能模块； 7) 属性设定：选中模块，打开Edit菜单的Block Properties可以对模块进行属性设定。包括Description 属性、Priority优先级属性、Tag属性、block annotation属性、callbacks属性。 卫星链路通信系统与SIMULINK仿真（上行链路） 一、实验内容 题目1 题目内容：理解信源编码在数字通信系统中的作用，研究SCPC系统中PCM 编码方式。利用MATLAB/SIMULINK通信模块库提供的基本模块搭建、编写PCM信源编码/译码模块，完成语音信号的编码/译码过程。通过参数设置，完成基本的运行调试，得到相关的运行结果，验证仿真过程的正确性。 1.实现框图 图1 PCM信源编码 2.实验结果与分析 图2接收端PCM 译码与发送端结果显示 从图2我们可以看出，PCM 解调得到的信号和发送端信号是相同的频率，验证了PCM 调制的有效性和可靠性，但是解调得到的信号和原有信号相比出现了时延的情况，这也说明在通信过程中此类情况无避免。 题目2 题目内容：了解SCPC 系统中信号调制/解调的实现机制。利用MATLAB/SIMULINK 通信模块库提供的基本模块搭建、编写BPSK(QPSK)调制/解调模块，完成信号的调制/解调的过程，并输出调制/解调前后的星座图和频谱图。 1. 实现框图 图3信号调制/解调过程 2. 实验结果与分析 Transmit Filter1Transmit Filter Modulator Baseband Demodulator Baseband Generator Channel 图4发送地球站端QPSK调制后的星座图 图5接收解调信号星座图 从图4和图5中可以看出，信号经过调制解调并叠加噪声之后，接收信号的星座图出现了明显的抖动，出现了不同程度的相位模糊，在不同信噪比情况下，信噪比的值越大，星座图点的分布越集中，与发送端信号相比，误码率也越低，相反，信噪比越小，星座图点的分布越分散，误码率也越低。 题目3 题目内容：掌握SCPC系统中信道编码的实现过程，验证信道/译码在整个系统中的功能。利用MATLAB/SIMULINK通信模块库提供的基本模块搭建、编 卫星链路通信系统与SIMULINK仿真（星 上） 一、实验内容 题目1 题目内容：理解信源编码在数字通信系统中的作用，研究SCPC系统中PCM 编码方式。利用MATLAB/SIMULINK通信模块库提供的基本模块搭建、编写PCM信源编码/译码模块，完成语音信号的编码/译码过程。通过参数设置，完成基本的运行调试，得到相关的运行结果，验证仿真过程的正确性。 1.实现框图 2.实验结果与分析 图2接收端PCM 译码与发送端结果显示 从图2我们可以看出，PCM 解调得到的信号和发送端信号是相同的频率，验证了PCM 调制的有效性和可靠性，但是解调得到的信号和原有信号相比出现了时延的情况，这也说明在通信过程中此类情况无避免。 题目2 题目内容：了解SCPC 系统中信号调制/解调的实现机制。利用MATLAB/SIMULINK 通信模块库提供的基本模块搭建、编写BPSK(QPSK)调制/解调模块，完成信号的调制/解调的过程，并输出调制/解调前后的星座图和频谱图。 1. 实现框图 图3信号调制/解调过程 2. 实验结果与分析 Transmit Filter1 Transmit Filter Modulator Baseband Demodulator Baseband Generator Channel 图4发送地球站端QPSK调制后的星座图 图5接收解调信号星座图 从图4和图5中可以看出，信号经过调制解调并叠加噪声之后，接收信号的星座图出现了明显的抖动，出现了不同程度的相位模糊，在不同信噪比情况下，信噪比的值越大，星座图点的分布越集中，与发送端信号相比，误码率也越低，相反，信噪比越小，星座图点的分布越分散，误码率也越低。 题目3 题目内容：掌握SCPC系统中信道编码的实现过程，验证信道/译码在整个系统中的功能。利用MATLAB/SIMULINK通信模块库提供的基本模块搭建、编 现代通信系统仿真的必要性（仿真的动机） 1.仿真是深入理解系统特性的强有力工具 2.解析方法分析现代通信系统比较困难 3.现代通信系统结构复杂 4.系统工作的环境复杂 5.通过仿真可以缩短通信产品的开发周期和上市时间 6.仿真能更容易和更经济地对系统进行研究，观察各种变化对系统性能的影响 确定性仿真 1.输入为确定信号，每次运行仿真都会得到相同的结果（电路的SPICE仿真） 2.采用传统的方法（字和笔）求解，会得到同样的波形 3.采用确定性仿真是为了节省时间、避免冗长计算产生错误 随机性仿真 1.输入信号为随机信号 2.仿真结果是一个随机变量或随机过程 蒙特卡洛仿真 仿真的作用 1.仿真广泛应用于系统设计过程中 2.可用于性能评估和参数优化还可用于测试、测量、设置基准、生命周期预测、系统配置以及故障检测 R.W.汉明指出：仿真的主要作用不在于获得数据，而在于获得对系统的深入理解 仿真的四个阶段及每个阶段的作用 1.链路预算与系统级标校过程。验证链路预算和改进设计，通过详细的仿真，可以精确估计系统性能指标和验证非理想实现造成的性能降级 2.关键元件的实现与测试。如果系统的关键元件要使用新技术，那个元件必须首先制造出来并在实际工作条件下进行测试，以便验证性能和把风险减到最小。 3.完成硬件原型与验证仿真模型。仿真为测试提供基准，测试结果又验证了仿真，这个阶段的最终结果是系统的一个完善原型，此原型是系统的产品开发基础，另外，获得一个经验证的仿真模型，可用来很好的预测生命终结。 4.生命终结预测。通过使用系统中主要元件的老化模型，仿真可完成生命终结性能预测，如果预测性能令人满意，且最终链路预算平衡有足够裕量，系统设计和实现就完成了，不然，迭代此结果直到收敛。低通采样定理：如果采样频率fs大于等于2fh，那么带限信号就可以无差错地通过其采样信号恢复。fh表示被采样信号的最高频率。采样频率fs = 2fh被称作Nyquist采样率 欠抽样所引起的影响——混叠（Aliasing） 在实际的通信系统中，任何信号都不是严格带宽受限的。当fs < 2fh时，抽样后信号的频谱会发生混叠现象。此时利用理想的低通滤波器并不能从xs(t)中严格地恢复x(t)。 低通随机信号的采样 1.确定信号的采样频率根据其傅立叶变换的频谱选取。 2.随机信号的傅立叶变换不存在 3.对随机信号（随机过程）进行仿真时，采样频率的选择不能依据信号的傅立叶变换，而要基于其功率谱密度PSD。 4.根据维纳－辛钦定理，功率谱密度是自相关函数的傅里叶变换，因此可以先求自相关函数，再求其功率谱。 带通信号的采样 带通采样定理：如果带通信号的带宽为B，最高频率为fh ，那么可以用大小为fs =2fh/m 的采样频率来采样并恢复信号，其中m是不超过fh/B的最大整数。 对带通信号进行采样时，如果采样频率fs =2fh/m不超过2fh，没必要使用更高的采样频率。如果m=1，fs =2fh ，被采样信号为低通信号 带通信号的复包络采样 可以按照低通采样定理对xd(t)和xq(t)分别进行采样。xd(t)和xq(t)的最高频率都是B/2，因此它们的最小采样频率都是B。fc>>B时，利用低通采样定理对复包络信号采样，和利用带 *收稿日期：2005-08-29；修回日期：2005-11-10基金项目：诺基亚研究中心项目 P ΣP p =1 I （SINR p () ）（4） 下面我们就基于这个表达式分别讨论EESM 和MIESM 的方法。3.1 EESM 在EESM 方法中［7～9］ ，使用下面的压缩函数 I （x ）： I （x ）=exp -x () β （5） I （x ）的反函数就是： I -1 （x ）=-βln （x ） （6） 这样： SINR eff =-βln 1 P ΣP p =1 exp -SINR p ( )[] β （7） 这里， P 是用户使用的子载波的数目；SINR p 是第P 个子载波的信号干扰噪声比；β是尺度因子，用于当预测BLER 和真实的BLER 不匹配时进行某种方式的压缩函数的调节，β仅仅和载波所使用的调制和编码方式有关（MCS ）。 与EESM 类似，我们同样也可以定义另外2种计算有效SINR 的方法，一种叫容量有效SINR 映射（CESM ），另一种叫算数有效SINR 映射（LESM ）：CESM ：SINR eff =β?2 1 P ΣP p =1 log 21+ SINR p () β-()1（8） LESM ：SINR eff =10-βvar （log 10SNR P ） ?10 1 P ΣP p =1 log 10 （SINR p ）（9） 这两种方法的参数定义和EESM 是一样的。3.2 MI -ESM MI -ESM 意思是互信息有效SINR 映射［10］ 。 根据一些文献的定义，在MI -ESM 方法中，有效SINR 被定义为 SINR eff =I -1 mref 1 P u ΣP p =1 I mp （SINR p ( ) ）（10） 这里， I mp （SINR p ）是第p 个数据符号使用大小为2mp 的调制符号表时的容量函数；P u 是子载波的个数； I -1 mef 是I mp 的反函数。 根据文献［11］，信息测度可以写为I m p （x ）=m p -E Y 1 2m p Σm p i =1Σ1 b =0Σz ∈X i { b ?log Σ^x ∈X exp （-|Y -x /ヘβ（^x -z ）|2）Σ^x ∈X i b exp （-|Y -x /ヘβ（~x -z ）|2} ）（11） 这里，m p 是选定的调制方式的每调制符号比特数；m ref 是每数据符号的平均传输比特，可以定义为下面的方程： m ref =1 P u ΣP u p =1 m p （12） X 是2m p 个数据符号的集合，X i b 是当i 等于b 时的数据符号的集合；Y 是零均值单位方差复高斯变量。 当然，β还是只和调制和编码有关的自由参数。值得注意的是，在进行系统级仿真时，有时会把大量的时间花在计算有效SINR 上面。为了加速系统级仿 真的速度，每一种调制方式X 下的互信息表示I （x ）可以预先实现并存储在一个表格里面，在系统级通过查找来完成有效SINR 映射的操作，这样会大大加速系统仿真的速度。 在上面的方程中，β是根据前面的训练模型得出的自由参数，它和特定调制和编码方式的对应关 系见表1［12］。当子载波使用QPSK 和16QAM 方式 下的各种编码速率，其对应的β值可以通过该表得到。 ? 82?完整word版,1、卫星链路通信系统与SIMULINK仿真(上行链路)
基于Matlab的卫星中继通信链路仿真
通信系统的Simulink仿真设计
卫星链路通信系统与SIMULINK仿真(上行链路)
卫星链路通信系统与SIMULINK仿真(星上)
通信系统仿真期末复习资料总结
多载波通信系统仿真中的EESM 和MI-ESM 方法