張紅艷

（光宇電氣自動(dòng)化有限公司 黑龍江哈爾濱 150000）

摘 要：面向3G和4G的下一代無線通信系統(tǒng)復(fù)雜性遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)系統(tǒng)，基于經(jīng)驗(yàn)法則的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法具有較大的局限性，理論仿真支撐的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和系統(tǒng)仿真顯得尤為重要。近年來計(jì)算機(jī)軟件仿真技術(shù)和無線通信數(shù)學(xué)模型已漸趨成熟，目前無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化流程一般是從軟件仿真開始。

關(guān)鍵詞：無線通信系統(tǒng)；仿真；研究

近年來，寬帶多媒體和無線Internet通信業(yè)務(wù)需求不斷增加，使得多天線無線通信研究成為當(dāng)前無線通信技術(shù)的前沿和研究熱點(diǎn)。利用智能天線的波束形成技術(shù)，可以在相同的時(shí)間用相同的頻帶同時(shí)傳輸多路信號(hào)。從信息論的觀點(diǎn)已經(jīng)證明了天線系統(tǒng)的容量與最少天線個(gè)數(shù)近似呈正比，并且與多徑矩陣信道的秩有關(guān)。

1基于MATLAB的無線通信系統(tǒng)仿真技術(shù)

無線通信系統(tǒng)的基于仿真軟件的設(shè)計(jì)方法一直還處在理論探索階段，原因主要是缺乏較接近實(shí)際系統(tǒng)性能的數(shù)學(xué)模型，使仿真系統(tǒng)和實(shí)際系統(tǒng)的性能差異較大。另外無線系統(tǒng)目前研究領(lǐng)域相對(duì)較新，缺乏可供參考的仿真模型。通過近年來數(shù)學(xué)模型的實(shí)用化，無線通信仿真有了較大的發(fā)展，在MATLAB環(huán)境下搭建完整的無線通信仿真系統(tǒng)成為可能，在實(shí)際系統(tǒng)構(gòu)建之前，通過MATLAB環(huán)境下的無線通信仿真系統(tǒng)可以分析測(cè)試系統(tǒng)的多項(xiàng)性能指標(biāo)，利于設(shè)計(jì)方案和投資策略的決策。

MATLAB（Matrix Laboratory）是目前最為強(qiáng)大的工程仿真計(jì)算軟件之一，可以處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和矩陣運(yùn)算，MATLAB內(nèi)建的編程語言極易操作和理解，編程過程簡(jiǎn)單。MATLAB提供的程序庫提供了大量?jī)?yōu)化預(yù)定義的函數(shù)，可以簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)并提高編程效率。在MATLAB的基本模塊中預(yù)定義的1000余個(gè)函數(shù)，可用于科學(xué)計(jì)算仿真的各個(gè)方面，目前版本的MATLAB提供了多個(gè)可供選擇的工具箱，可用于各種工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

2無線發(fā)射設(shè)備的設(shè)計(jì)與仿真

發(fā)射機(jī)的主要功能是調(diào)制、上變頻、功率放大和濾波等，即將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，搬移到所需的頻段，并且使之有足夠的功率發(fā)射。最簡(jiǎn)單的發(fā)射機(jī)是將調(diào)制和變頻合在一起，通過一個(gè)電路來實(shí)現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但由于本振頻率與信號(hào)頻率相同，本振信號(hào)很容易通過天線，輻射到空間，對(duì)鄰道的本振頻率進(jìn)行干擾，對(duì)本地的本振頻率也產(chǎn)生影響，使本振頻率不穩(wěn)，直接影響發(fā)射機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。這種缺陷一般采用兩個(gè)本振合成新的載波頻率來解決。還有一種結(jié)構(gòu)是將調(diào)制和變頻分開，先在中頻上對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，然后將已調(diào)信號(hào)上變頻到發(fā)射的載頻上，通過兩次變換來實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。兩次變換結(jié)構(gòu)能夠克服直接變換結(jié)構(gòu)的 缺陷，但第二次變頻后 的另一個(gè)邊帶需要用濾波器濾除。

3無線通信仿真系統(tǒng)的常用系統(tǒng)指標(biāo)

系統(tǒng)外部指標(biāo)反映了運(yùn)營商和用戶需求的實(shí)現(xiàn)程度，這類相對(duì)穩(wěn)定的評(píng)價(jià)因素，有較強(qiáng)的可比較性。從用戶需求的角度出發(fā)，可以定義兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)：系統(tǒng)通話堵塞率和系統(tǒng)通話中斷率。系統(tǒng)通話阻塞率pB定義為如圖：

其中nB是被阻塞的業(yè)務(wù)數(shù)量，這部分新產(chǎn)生的通信業(yè)務(wù)不能找到滿足條件的通信信道，被系統(tǒng)拒絕以保障連接中的通信業(yè)務(wù)。nC是這一時(shí)段總的通信業(yè)務(wù)量。在這里，pB只是通信業(yè)務(wù)指標(biāo)的簡(jiǎn)化形式，理論上實(shí)際通信業(yè)務(wù)量應(yīng)采用統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)

行描述。系統(tǒng)通話中斷率pT定義為如圖：

其中nC是通信中被中斷的業(yè)務(wù)數(shù)量。

4無線接收設(shè)備的設(shè)計(jì)與仿真

接收端的功能是指從空間中的各種信號(hào)中選出有用信號(hào)，并經(jīng)過一定的放大到解調(diào)器所需的功率值，然后頻帶信號(hào)經(jīng)過解調(diào)器解調(diào)后變換成基帶信號(hào)。

4.1射頻接收模塊

在不影響原理的基礎(chǔ)上，這里只對(duì)超外差一次變頻接收系統(tǒng)進(jìn)行分析和仿真。超外差接收機(jī)射頻模塊典型結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

超外差接收機(jī)采用的是外差原理，即將輸入信號(hào)與由本地振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行混頻，使原來射頻信號(hào)的頻率變換成固定頻率的中頻信號(hào)，再經(jīng)過中頻放大器進(jìn)行放大。由于中頻放大器的工作頻率固定，而且中頻信號(hào)頻率比射頻信號(hào)頻率低得多，在中頻頻段上實(shí)現(xiàn)對(duì)所需信道的選擇要比在射頻頻段選擇濾波器Q值的要求低很多，比較容易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也有利于提高放大器的放大量，滿足寬帶要求。

4.2解調(diào)模塊

調(diào)制信號(hào)在接收端需要進(jìn)行解調(diào)。MSK信號(hào)可采用相干解調(diào)和非相干解調(diào)。MSK相干解調(diào)器的仿真模型如圖3所示。

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