#""$ 年第 && 期 总 第 &!$ 期 通 信 技 术 -*../012341*05 67280*9*:; )*+ &&, #""$ )*+ &!$, 6*4399; &<=>? 通信系统的 ?3493@ 仿真实现 常 力 杨育红 曲保章 刘珞琨 ） （解放军信息工程大学信息工程学院，郑州 !A"""# 【摘 要】介绍了利用计算机仿真工具 ?3493@，构建完整的 &<=>? 通信系统的实现方法。重点介绍了基于全数字 化解调算法的定时同步和载波同步模块的实现过程及仿真结果。 【关键词】 &<=>? ?3493@ 计算机仿真 !"#$%&’( )*#%+,&*"- ". /0123 !"##%-*4,&*"- )56&’# 75 86*-9 3,&+,7 !"#$% &’ (#$% ()"*$% +) ,#*-"#$% &’) &)*.)$ B C0D*E.341*0 F0:1077E10: G01H7E514; *D 487 IJ>, K870:L8*/ !A"""# M 【 >@54E324 】 6815 N3N7E 104E*O/275 8*P 4* N7ED*E. 487 2*.N/47E 51./9341*0 *D &<=>? 2*../012341*0 5;547. @; /510: ?34Q 93@, 30O 7.N8351L75 487 5;.@*9 41.0: 30O 23EE17E E72*H7E; @357O *0 399 O1:1439 O7.*O/9341*0 39:*E148.+ C4 15 *D 1.N*E4304 51:01D1Q 23027 4* D/E487E E7573E28 104* O7.*O/934*0 39:*E148. *D =>?+ 【 R7;P*EO5 】 &<=>?，?3493@，2*.N/47E 51./9341*0 & 引言 计算机仿真的主要目的是降低设计成本，提高设计效 率。精确客观的仿真可以提高底层软硬件（汇编语言编程、硬 件设计）实现的成功率，最大限度地减少不必要的工作量。这 里 基 于 ?3493@ 平 台 构 建 了 完 整 的 &<=>? 通 信 系 统 ， 为 &<=>? 信号解调算法的分析与研究提供了保证。 # &<=>? 通信系统的 ?3493@ 仿真实现 整个系统的仿真结构框图如图 & 所示： 图 & &<=>? 仿真框图 &<=>? 信号利用载波的四种不同电平（ ）表征数 字信息。由于该信号的一个码元可以表示 ! 种不同的数字调 制状态，因此需要将输入的二进制序列通过串并变换分为奇 S &, S $ 序列和偶序列两路，分路之后的双比特码元通过一定的编码 为了防止码间串扰，成形滤波器采用平方根升余弦信号： ‘ 5ZE4 [ M ，U2*5D1E 函数 U-*5V3H7 W E2*5D1E B "+ A, X % &, & Y , &#, &, 用来产生 \CU 升余弦滤波器。它的原型为 E2*5D1E B E, )]6, E347, 6, D19]4;N7 M ，其中 E 为滚降系数，取值范围 " ^E ^&；)]6 为长 度为 # 的向量，用来表示输入样值的范围；E347 为每个输入样 值对应的输出样值数；6 为输入样值周期；D19]4;N7 用来标志 是否产生平方根升余弦滤波器。 假设 C]4 和 =]4 表示 C 路和 = 路的多电平信号序列，C]4 和 =]4 通过成形滤波器后，采用正交调幅法产生 &<=>? 调制信号。 #+ & 符号同步模块的实现 &<=>? 调制信号经过下变频、匹配滤波，进入符号同步 模块。符号同步模块采用最大平均功率算法，该算法是一种直 接从时域提取定时误差信息的新算法，对接收信号采样序列 作平方变换之后，不需要采用滤波器提取时钟，只用最简单的 算术运算就可以得到时延的判决测度—平均功率。 为了对算法进行仿真实现，信道预置时延 A / _ #!，其中 / 为信号的符号周期，#! 为对每个接收符号进行采样的点数。 假设 C]‘ 为匹配滤波器输出的 C 路信号，=]‘ 为匹配滤波 器输出的 = 路信号，下面将确定信号 C]‘ 和 =]‘ 的最佳采样 点，即对应于最大平均功率的采样点。?3493@ 程序实现如下： a -*/04 为信号 C]‘ 和 =]‘ 的长度，V10O*P]J 为观察符号长度， a b3.N97]) 为每符号的采样点数 D*E E W &c D1‘ B -*/04 _ V10O*P]J _ b3.N97]) M a 从 C 路信号 C]‘ 和 = 路信号 =]‘ 中取 V10O*P]J 个符号进行处理 CC W C]‘B B&c b3.N97])!V10O*P]JM T BE % &M!b3.N97])!V10O*P]J T dMe == W =]‘ B B &c b3.N97]) ! V10O*P]J M T B E % & M ! b3.N97]) ! V10Q 映射关系与四种电平状态一一对应。具体对应关系如下： && — % $ "" — T $ "& — T & 收稿日期：#""$ % "& % &’。 常 力：&(’’ 年生，信息工程大学信息工程学院硕士研究生。主要研究方向为卫星通信。 杨育红：信息工程大学信息工程学院卫星通信教研室副教授。主要研究方向为卫星通信。 &" — % & O*P]J T d M e ·!"· 

% 将 && 和 ’’ 转换成行数为 ()*+,-./，列为 012345.6 的矩阵 7-*+& 8 9-:;)+- < &&= ()*+,-./= 012345.6 > ? 7-*+’ 8 9-:;)+- < ’’= ()*+,-./= 012345.6 > ? 7-*+ 8 7-*+&@ A$ B 7-*+’@ A$? ( 8 ( B :C* < 7-*+ D > ? % 平均功率 7-*+ 8 E ( F 012345.6 G ? % 最大功率采样点 2 8 H? I49 < *" 8 "J ()*+,-./ > 1I < 7-*+ < *" > 8 8 *)K < 7-*+ > > 2 8 *" -23 -23 在 不 引 入 噪 声 信 号 ， 且 设 定 升 余 弦 函 数 的 滚 降 系 数 ! 8 H@ L 时，()*+,-./ 8 $!= 012345.6 8 "# 则得到的结果如 图 $ 所示，标有“ ”的点是平均功率出现峰值的点，即最 佳采样时刻。 B 仿真程序中预置时延为 L7 F $!，从码元的第一个点开 始算起，峰值就出现在第 # 个采样时刻。 Q;)R-S13- 8 #!? Q;):- 8 < "J Q;)R-S13- > !+1 F $ F Q;)R-S13-? Q;):- 8 < Q;):- > D !42-: < "= 012345.6 > ? T:U1*)U-VCU 8 W-94: < "= Q;)R-S13- > ? X21U 8 42-: < Q;)R-S13-= " > ? 7-*+Y 8 Y < "J 012345.6 > ? 7-*+Y 8 X21U!7-*+Y? 7-*+Y 8 7-*+Y@ !-K+ < Z [!Q;):- > ? 7-*+Y" 8 7-*+Y < J > D ? % 判决最可几星位 I49 7-*+Y.6 8 "J ,-2\U; < 7-*+Y" > 图 $ 平均功率分布 $@ $ 载波恢复算法的实现 "#’MN 基带信号进行定时同步模块处理之后，在定时准 确的条件下，考虑载波相位的同问题。 在仿真中采用 ! 8 H@ L 的升余弦滚降脉冲，相位量化间 隔为 OH4 F #!，以预置相位 P"! F #! 弧度来模拟实际存在的相 位偏移。012345.6 和 ()*+,-./ 的含义同上例。 % 相位范围 量化为 Q;)R-S13- 级 % Q;)R-S13-!012345.6 % "!Q;)R-S13- % Q;)R-S13-!" % Y 为接收信号定时同步后的最佳判决点 7 % 顺时针旋转 Q;):- % 当 Q;):- 8 Q;)VII 时= 出现最大值 % Q;)VII 为预置相位偏移 1I < )]: < 9-), < 7-*+Y" < 7-*+Y.6 > > > ^ 8 ! > _ < )]: < 1*)\ < 7-*+Y" < 7-*+Y.6 > > > ^ 8 ! > 7-*+‘ < 7-*+Y.6 > 8 I1K < 7-*+Y" < 7-*+Y.6 > F $ > !$? 7-*+‘ < 7-*+Y.6 > 8 7-*+‘ < 7-*+Y.6 > B :1\2 < 9-), < 7-*+Y" < 7-*+Y.6 > > > B [!:1\2 < 1*)\ < 7-*+Y" < 7-*+Y.6 > > > ? -,:-1I < )]: < 9-), < 7-*+Y" < 7-*+Y.6 > > > a ! > _ < )]: < 1*)\ < 7-*+Y" < 7-*+Y.6 > > > ^ 8 ! > 7-*+‘ < 7-*+Y.6 > 8 I1K < 7-*+Y" < 7-*+Y.6 > F $ > !$? 7-*+‘ < 7-*+Y.6 > 8 7-*+‘ < 7-*+Y.6 > Z :1\2 < 9-), < 7-*+Y" < 7-*+Y.6 > > > B [!:1\2 < 1*)\ < 7-*+Y" < 7-*+Y.6 > > > ? -,:-1I < )]: < 9-), < 7-*+Y" < 7-*+Y.6 > > > ^ 8 ! > _ < )]: < 1*)\ < 7-*+Y" < 7-*+Y.6 > > > a ! > 7-*+‘ < 7-*+Y.6 > 8 I1K < 7-*+Y" < 7-*+Y.6 > F $ > !$? 7-*+‘ < 7-*+Y.6 > 8 7-*+‘ < 7-*+Y.6 > B :1\2 < 9-), < 7-*+Y" < 7-*+Y.6 > > > Z [!:1\2 < 1*)\ < 7-*+Y" < 7-*+Y.6 > > > ? -,:- 7-*+‘ < 7-*+Y.6 > 8 I1K < 7-*+Y" < 7-*+Y.6 > F $ > !$? 7-*+‘ < 7-*+Y.6 > 8 7-*+‘ < 7-*+Y.6 > Z :1\2 < 9-), < 7-*+Y" < 7-*+Y.6 > > > Z [!:1\2 < 1*)\ < 7-*+Y" < 7-*+Y.6 > > > ? -23 -23 % 根据最可几星位计算最小距离 7-*+ 8 7-*+Y" Z 7-*+‘? （下转第 #$ 页） ·!"· 

消息的两个重要的域是 #$%&’(#&$)*( 域和 $+,- . /,-01210 域。前者指明操作类型是控制操作还是统计操作，后者内容 根据前者的不同而不同。前者取控制操作时，$+,- . /,-01210 域包含诸如数据速率、信道类型、清空计数、数据块数目等等 的子域。移动台接收到基站发出的该消息后，根据这些字段 执行改变数据速率、保存计数器、重置该业务操作。当进行统 计数据操作时，$+,- . /,-01210 域包含 3(#$Lj$(’&78 子 域用于请求移动台将其保存的统计结果发回。移动台以同样 的消息将索要的结果包含在该域里返回基站。$-/9 8:9: 业务 的操作选项比 ;:<=>? 业务更多更复杂，但基本内容以及实 现的功能是类似的。值得注意的是所有信令起作用的时刻是 A D C 等待足够时间的流逝。 A @ C 指示移动台将相应计数器拷贝到缓冲区，控制命令 的拷贝数据选项置 B。 AEC发送请求移动台统计命令并等待前向和反向帧同步。 A ! C 获得移动台的计数器值并交给控制台进行统计。 A F C 释放资源，结束该次测试。 控制台可以周期性地发送不同类型的统计命令，从而得 到更为丰富的统计数据。 E 结论 该业务选项的应用是灵活的，基站可以针对某一个信号 在基站和移动台同步之时，因此如果在同步帧出现前的较短 质量很差的移动台进行测试，也可以由移动台主动地检测自 时刻内发出了控制命令，移动台可能因收到的时间过晚而丧 身拥有的无线信道的性能。通过统计分析的结果，可以清楚 失了响应控制命令的时机，这就需要控制台对控制命令的发 送时机进行控制。 @ 测试流程 下面给出 ;:<=>? 测试的简单流程。 A B C 通过或者不通过业务协商建立测试服务连接，基站 和移动台均可以发起。 A " C 操作业务选项以固定速率进行，发送一个控制消息 地判断无线信道的可靠程度，信道业务和信令的复用情况。 特别的，对于网络初建的情况，在只有最基本的软硬件环境 下利用该业务选项可以为系统判错提供依据。 参考文献 B 杨大成 G 0HI: "JJJ 技术 G 北京：北京邮电大学出版社，"JJJK DF L DM " DN**" #G OJJ"E ;:<=>?&O-P Q O R G SSSG DT,,"G >P Q O R G SSSG DT,,"G >< I" W BK Y-PT9U A (/91I:9-4_9 C b 确定最小均方距离对应的相位 12 A (/91I:9-4_9 A I" C W W I1P A (/91I:9-4_9 C C *U: W ,1 c " c *U:8-?1H-!I" -PH -PH )&< W )!-d, A . e!*U: C ^ b 进行相位补偿，调整后的信号序列为 )&< 信号序列 )&< 经过判决模块即可得出原始的输入信息序列。 图 D 显示了 % W B!，O6’ W BJHX 的情况下最大对数似然 由上述仿真结果可以看出，修正的最大对数似然概率分 布的主瓣相对高度反映了相位估计相对的准确度，其最大值 概率的分布： 对应的相位就对应最大似然估计。 D 小结 这里利用 ;:9Y:Z 工具对 B![\; 通信系统进行了仿真实 现。其中定时同步和载波恢复部分是 B![\; 通信系统中的 关键技术，也是文中重点介绍的对象。通过对算法的仿真实 现，验证了算法的正确性和高效性，为算法的进一步研究和 应用提供了保证。 参考文献 B 郑大春V 项海格 G 一种全数字 [\; 接收机符号定时和载波相位恢 复方案 G 通信学报V B]]M^ B] A F C K MD L MM " 王立宁V 乐光新V 詹菲 G ;\$%\X 与通信仿真 G 北京：人民邮电出 版社，"JJJ 图 D % W B! O6’ W BJHX 对数似然概率分布 ·!"·