第13章OFDM通信系统仿真设计
OFDM的全称为Orthogonal Frequency Division Multiplexing，意为正交频分复用。OFDM的思想可以追溯到20世纪60年代，当时人们对多载波调制做了许多理论上的工作，论证了在存在符号间干扰的带限信道上采用多载波调制可以优化系统的传输性能；1970年1月，有关OFDM的专利被首次公开发表；1971年，Weinstein和Ebert在IEEE杂志上发表了用离散傅里叶变换实现多载波调制的方法；20世纪80年代，人们对多载波调制在高速调制解调器、数字移动通信等领域中的应用进行了较为深入的研究，但是由于当时技术条件的限制，多载波调制没有得到广泛的应用；进入20世纪90年代，由于数字信号处理技术和大规模集成电路技术的进步，OFDM技术在高速数据传输领域受到了人们的广泛关注。现在OFDM已经在欧洲的数字音视频广播（如DAB和DVB）、欧洲和北美的高速无线局域网系统（如HIPERLAN2、IEEE 802.11a）、高比特率数字用户线（如ADSL、VDSL）以及电力线载波通信（PLC）中得到了广泛的应用。
OFDM通信技术是多载波传输技术的典型代表。多载波传输把数据流分解为若干个独立的子比特流，每个子数据流将具有低得多的比特速率，用这样低比特率形成的低速率多状态符号去调制相应的子载波，就构成了多个低速率符号并行发送的传输系统。OFDM是多载波传输方案的实现方式之一，利用快速傅里叶逆变换（IFFT，Inverse Fast Fourier Transform）和快速傅里叶变换（FFT，Fast Fourier Transform）来分别实现调制和解调，是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案。
13.1 OFDM系统的基本原理
13.1.1 正交调制解调
OFDM是一种多载波调制技术，其原理是用N个子载波把整个信道分割成N 个子信道，即将频率上等间隔的N个子载波信号调制并相加后同时发送，实现N 个子信道并行传输信息。这样每个符号的频谱只占用信道带宽的1/N，且使各子载波在OFDM符号周期T内保持频谱的正交性。
如图13-1（a）所示为一个OFDM符号内包含5个子载波的实例。其中，所有的子载波都具有相同的幅值和相位，但在实际应用中，经过数字基带调制后，每个子载波不可能都有相同的幅值和相位。从图13-1（a）中可以看出，每个子载波在一个OFDM符号周期内都包含整数倍个周期，而且各个相邻的子载波之间相差1个周期。这一特性可以用来解释子载波间的正交性，即满足：
在发送端，串行码元序列经过数字基带调制、串并转换，将整个信道分成N 个子信道。N个子信道码元分别调制在N个子载波频率上，设为最低频率，相邻频率相差1/N，则，，角频率为，。
待发送的OFDM信号为：
符号周期
以，当时，调制载波
，恢复了原始信号；当
个内以采样频率（其中）被采样，则可得个采样点。设，
式13-5正是序列的点离散傅里叶反变换（IDFT）的结果，这表明IDFT运算可完成OFDM基带调制过程。而其解调过程可通过离散傅里叶变换（DFT）实现。因此，OFDM系统的调制和解调过程等效于IDFT
和DFT。在实际应用中，一般用IFFT/FFT来代替IDFT/DFT，这是因为IFFT/FFT 变换与IDFT/DFT变换的作用相同，并且有更高的计算效率，适用于所有的应用系统。
输入比特序列完成信道编码后，根据采用的调制方式，完成相应的调制映射，形成调制信息序列，对进行IFFT，将数据的频谱表达式变换到时域上，得到OFDM已调信号的时域抽样序列，加上保护间隔（通常采用添加循环前缀的方式），再进行数字变频，得到OFDM已调信号的频带时域波形。接收端先对接收信号进行数字下变频，去掉保护间隔，得到OFDM已调信号的
抽样序列，对该抽样序列做FFT即得到原调制信息序列。
1．信道编码
为了提高数字通信系统的性能，信道编码（通常还伴有交织）是普遍采用的方法。在OFDM系统中，如果信道衰落不是太严重，均衡是无法再利用信道的分集特性来改善系统性能的，因为OFDM系统自身具有利用信道分集特性的能力，一般的信道特性信息已经被OFDM这种调制方式本身所利用了。但是，OFDM
系统的结构却为在子载波间进行编码提供了机会，形成COFDM（前置编码OFDM）方式。编码可以采用各种码，如分组码、卷积码等，其中卷积码的效果要比分组码好，但分组码的编解码实现更为简单。
2．子载波调制
传输信号进行信道编码后，要进行子载波的数字调制将其转换成载波幅度和相位的映射，一般采用QAM或MPSK方式。各子载波不必要采用相同的状态数（进制数），甚至不必要采用相同的调制方式。这使得OFDM支持的传输速率可以在一个较大的范围内变化，并可以根据子信道的干扰情况，在不同的子信道上采用不同状态数的调制，甚至采用不同的调制方式。调制信号星座在IFFT之前根据调制模式形成。
3．保护间隔
应用OFDM的一个重要原因在于它可以有效地对抗多径时延扩展。把输入数据流串并变换到个并行的子信道中，使得每一个调制子载波的数据周期可以扩大为原始数据符号周期的N倍，因此时延扩展与符号周期的数值比也同样降低N倍。另外，通过在每个OFDM符号间插入保护间隔（GI，Guard Interval）可以进一步抵制符号间干扰（ISI），还可以减少在接收端的定时偏移错误。这种保护间隔是一种循环复制，增加了符号的波形长度，在符号的数据部分，每一个子载波内有一个整数倍的循环，此种符号的复制产生了一个循环的信号，即将每个OFDM符号的后时间中的样点复制到OFDM符号的前面，形成循环前缀（CP，Cyclic Prefix），在交接点没有任何的间断。因此将一个符号的尾端复制并补充到起始点增加了符号时间的长度。
图13-3为循环前缀示意图，并进一步说明了多径传播对OFDM符号所造成的影响，图中主径表示第一条路径到达的信号，多径干扰信号表示其他路径到达的实线信号的时延信号。实际上，OFDM接收机所能看到的只是所有这些信号之和，但是为了更加清楚地说明多径的影响，还是分别给出了每个子载波信号。
符号的总长度为，其中
在接收端抽样开始的时刻应该满足下式：
其中
的干扰只会存在于的符号周期相对于信道的脉冲响应长度
满足
时延信号就不会破坏子载波间的正交性，在FFT解调过程中就不会产生载波间干扰（ICI）。
4．数字上下变频
OFDM调制器的输出产生了一个基带信号，发射机将此基带信号与所需传输的频率进行上变频操作，接收机需要对中频进行接收，之后进行OFDM基带解调。上下变频部分可由模拟技术或数字技术完成，两种技术虽然完成同样的操作，但是由于数字调制技术提高了I、Q信道间的匹配性和数字I、Q调制器相位准确性，将会使混频结果更精确。另外，上下变频中通常伴有基带成形滤波器和采样率转换器等，采用数字技术更利于实现。
2．抗码间干扰（ISI，Inter-Symbol Interference）能力强
码间干扰是数字通信系统中除噪声干扰之外最主要的干扰，它与加性的噪声干扰不同，是一种乘性的干扰。造成码间干扰的原因有很多，实际上，只要传输
信道的频带是有限的，就会造成一定的码间干扰。OFDM通过在传输的数据块之间插入一个大于信道脉冲响应时间的保护间隔，消除了由于多径时延扩展引起的符号间干扰。
3．抗频率选择性衰落和窄带干扰能力强
在单载波系统中，一次衰落或者干扰会导致整个链路失效，但是在多载波系统中，某一时刻只会有少部分的子信道受到深衰落的影响。OFDM把信息通过多个子载波传输，在每个子载波上的信号时间就相应地比同速率的单载波系统上的信号时间长很多倍，使OFDM对脉冲噪声和信道快速衰落的抵抗力更强。同时，通过子载波的联合编码，达到了子信道间的频率分集的作用，也增强了对脉冲噪声和信道快速衰落的抵抗力。OFDM还可以根据每个子载波的信噪比来优化分配每个子载波上传送的信息比特，自动控制各个子载波的使用，有效避开噪声干扰以及频率选择性对数据传输可靠性的影响，实现对信道的自适应性。通过软件编程，OFDM可以有效地屏蔽某些子载波，实现对民用或军用重要频点的保护。在电力线通信中，OFDM通过把电力线分为许多窄带子信道，使得各个子信道呈现相对性和平坦特性，不仅消除了由于电力线的低通效应和传递函数的剧烈波动而引起的失真，而且无须复杂的信道均衡系统，实现比较简单，成本比较低廉。
13.1.4 OFDM的缺点
由于OFDM系统存在多个正交的子载波，而且其输出信号是多个子信道的叠加，因此与单载波系统相比，存在如下缺点：
（1）易受频率偏差的影响。
由于子信道的频谱相互覆盖，这就对它们之间的正交性提出了严格的要求。在传输过程中出现的信号频谱偏移或发射机与接收机本地振荡器之间存在频率偏差，都会使OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏，导致子信道间干扰（ICI，Inter-Channel Interference），这种对频率偏差的敏感性是OFDM系统的主要缺点之一。
（2）存在较高的峰值平均功率比。
多载波系统的输出式多个子信道信号的叠加，因此如果多个信号的相位一致时，所得到的叠加信号的瞬时功率就会远远高于信号的平均功率，导致较大的峰值平均功率比（PAPR，Peak-to-Average Power Ratio）。这就对发射机内放大器
的线性度提出了很高的要求，因此可能带来信号畸变，使信号的频谱发生变化，从而导致各个子信道间的正交性遭到破坏，产生干扰，使系统的性能恶化。
13.1.5 OFDM的关键技术
1．时域和频域同步
OFDM块是由保护间隔和有用数据信息组成，因此OFDM中的定时同步就是要确定OFDM块有用数据信息的开始时刻，也可以叫做确定FFT窗的开始时刻。定时的偏移会引起子载波相位的旋转，而且相位旋转角度与子载波的频率有关，频率越高，旋转角度越大。如果定时的偏移量与最大时延扩展的长度之和大于循环前缀的长度，这时一部分数据信息丢失了，而且最为严重的是子载波之间的正交性被破坏了，由此带来了ISI和ICI，这是影响系统性能的关键问题之一。
频率偏移是由收发设备的本地载频之间的偏差、信道的多普勒频移等引起的，由子载波间隔的整数倍偏移和子载波间隔的小数倍偏移构成。频率偏移破坏了子载波间的正交性，导致子载波之间产生干扰。
OFDM中的同步算法有很多种，目前，OFDM系统中的定时同步主要解决方法有循环前缀法、PN前缀法和特殊训练符号法等，频偏估计的方法有最大似然估计法等。
2．降低峰值平均功率比
由于OFDM信号时域上表现为N个正交子载波信号的叠加，当这N个信号恰好均以峰值相加时，OFDM信号也将产生最大峰值（如图13-5所示），该峰值功率是平均功率的N倍。尽管峰值功率出现的概率较低，但为了不失真地传输这些高峰值平均功率比（PAPR）的OFDM信号，发送端对高功率放大器（HPA）的线性度要求很高，从而导致发送效率极低，接收端对前端放大器以及A/D转换器的线性度要求也很高。因此，高的PAPR使得OFDM系统的性能大大下降甚至直接影响实际应用。目前，已有很多文献讨论了OFDM的降低PAPR的算法，这些方法主要有3类：信号畸变技术、编码方法（包括分组码、格雷互补码和多相互补序列等）和基于信号空间扩展的方法。
3．信道编码
在无线衰落环境下，如果不采用适当的前向纠错编码技术，要想得到满意的差错性能几乎是不可能的。在实际信道上传输数字信号时，为了克服信道特性不理想及加性噪声的影响，首先应该考虑合理设计基带信号、选择调制解调方式、采用时域频域均衡等技术使误比特率降低。进一步应该采用差错控制编码技术来降低误比特率以满足系统指标要求。
例如脉冲噪声的存在产生的错误往往是突发错误或突发错误与随机错误并存。为了纠正比较长的突发错误，或者利用码的纠随机错误能力来纠正突发错误，常常使用交织技术。采用交织方法构造出来的码称为交织码。交织的作用是减小信道中错误的相关性，把长的突发错误离散成短的突发错误或随机错误。交织深度越大，则离散程度越高。在系统中，可以从时域和频域两个角度使用来对抗频率选择性衰落和时间选择性衰落。为了达到这个目的，通常使用的一种技术是交织编码技术。近几年兴起了若干新型编码技术，比如Turbo码、网格编码技术、空时编码技术等，也都在系统中得到应用。
13.2 OFDM系统的PAPR抑制算法设计
13.2.1 OFDM信号的PAPR及其分布
与任何多载波调制系统一样，OFDM也面临着峰均功率比过大的问题。对于一个OFDM系统而言，由于复合包络是多个子载波信号的叠加，所以它将会有大的包络变化范围，因此会产生很大的PAPR（相对于单载波系统而言）。通常，PAPR与子载波数N之间呈现正比的关系。因此，在OFDM 技术日益得到广泛应用的今天，很多学者正在致力于研究如何找出一套合理的理论和方法，来降低OFDM系统中所存在的高峰均比问题。中心极限理论阐述了独立同分布的、均
值为零的随机变量，在变量数据量趋向于无穷时，其线性组合可以近似看作是一
种均值为零的高斯分布。对于OFDM信号而言，一般当子载波数时就认为符合上述规律。在OFDM中，实际发射的信号是多个子载波信号的叠加，这将不可避免地导致信号的包络变化非常剧烈，如果N个子载波的信号均以相同的相位相加时，就会产生一个OFDM信号的峰值功率，这个峰值功率是平均功率的N倍，也就是说，最大峰值功率与平均功率的比值为N。通常，我们将在一段时间内最大峰值功率与平均功率的比值称为峰值平均功率比
（Peak-to-Average Power Ratio，PAPR）。当子载波数很大时，这种剧烈的发射功率变化对射频放大器的设计提出了很高的要求，阻碍OFDM技术的实际应用。因此在OFDM系统中，PAPR的分析和降低就变得尤为重要。
1．PAPR的定义
与单载波系统相比，由于OFDM符号是由多个独立的、经过调制的子载波信号相加而成的，这样的合成信号就有可能产生比较大的峰值功率，由此会带来较大的峰值平均功率比，简称峰均比。OFDM系统中峰均比的定义为：
其中，表示经过IFFT运算之后所得到的输出信号，即
对于包含N个子信道的OFDM系统来说，当N个子信号都以相同的相位求和时，所得到信号的峰值功率就会是平均功率的N倍，因而基带信号的峰均比可以为：PAPR = 101og10N，例如N＝256的情况中，OFDM系统的PAPR＝24dB，当然这是一种非常极端的情况，OFDM系统内的峰均比通常不会达到这一数值。图13-6以N＝16为实例，说明了OFDM系统中存在较大PAPR的这种现象。在这个实例中，所有子载波都受到相同初始相位的符号的调制。通过该实例可以看到：峰值功率是平均功率的16倍。对于未经过调制的载波来说，其PAPR＝0dB。
2．PAPR的统计特性
对于包含N个子载波的OFDM系统来说，经过IFFT计算得到的功率归一化的复基带符号是：
其中，表示第k个子载波上的调制符号。例如，对于QPSK调制来说，
。根据中心极限定理，对于较大子载波数N，信号的实部和虚部的样点都服从均值为0、方差为0.5的高斯分布，因此，OFDM符号的幅度服从瑞利分布，功率服从有中心的、两个自由度的分布（均值为0，方差为
1），其累积分布函数为，所以，可以得到其累积分布函数（CDF）为：
假设OFDM符号周期内每个采样值之间是不相关的，则在OFDM符号周期内的N个采样值当中，每个样值的PAPR都小于门限值z的概率分布为：
对OFDM符号周期内进行过采样有助于更加准确地反映符号的变化情况，特别是针对PAPR而言，由于最后送到放大器中的应该是经过D/A变换的连续信号，因此过采样更加有助于收集到较大的峰值功率，从而可以更加准确地衡量OFDM 系统内的PAPR特性。所以，对OFDM符号实施过采样是非常必要的，但是这样做会使采样符号之间的非相关性遭到破坏，也就是说，使采样符号之间存在一定的相关性。但是如果基于符号之间的相关性来考虑PAPR的准确表达式比较困难，就可以假设利用对个子载波进行非过采样来近似描述对N个子载波的
过采样，其中。因此，对OFDM符号实施过采样，就可以看作添加一定数量相互独立的样本值。PAPR的概率分布可以表示为
实施过采样可以更加准确地反映OFDM系统内PAPR的分布情况，而且当
时，上式比较能够反映真实的状况。或者，可以从另一个角度来衡量OFDM系统的PAPR分布，即计算峰均比超过某一门限值z的概率，得到互补积累分布函数CCDF：
CCDF曲线是x的平滑非递增函数，体现了信号功率高于给定功率电平的统计情况。它的X坐标表示信号峰值功率高出平均功率的dB电平值，Y坐标表示当信号峰值功率大于或等于X坐标所指定的某一功率电平时所占用的时间比率。在随后的讨论中，我们采用互补累积分布函数（CCDF）来衡量OFDM系统中的PAPR分布。
3．高PAPR产生的原因及问题
OFDM系统中产生高PAPR的主要原因是OFDM信号在时域上表现为N个正交子载波的叠加，当子载波个数达到一定程度后，根据中心极限定理，OFDM 符号的波形将是一个高斯随机过程，其包络具有不稳定性，当这N个子载波恰好均以峰值点相加时将产生最大的峰值，从而形成高的PAPR。这种现象将导致OFDM信号通过放大器时容易受到非线性失真，破坏子载波之间的正交性，从而恶化传输性能。对多载波系统而言，峰均比主要取决于子载波的个数，随着子载波个数的增加而增加。高PAPR带来最严重的影响是在发射端和接收端的功率
放大器上。由于一般的功率放大器都不是线性的，而且其动态范围也是有限的，所以当OFDM系统内这种变化范围较大的信号通过非线性部件（例如进入放大器的非线性区域）时，信号会产生非线性失真，产生谐波，造成较明显的频谱扩展干扰以及带内信号畸变，导致整个系统性能下降，而且同时还会增加A/D和D/A转换器的复杂度并且降低它们的准确性。AM/AM放大器的一般模型表示为：
在现有的实用放大器中，p的取值范围一般介于2到3之间。对于较大的p值来说，可以近似地被看作限幅器，即只要小于最大输出值，该放大器就是线性的，一旦超过了最大输出门限值，则对该峰值信号进行限幅。因此PAPR较大是OFDM系统所面临的一个问题，所以必须要考虑如何减少大峰值功率信号的出现概率，从而避免非线性失真的出现。
13.2.2 降低PAPR的常用方法
目前，降低OFDM信号PAPR的方法很多，大体可以分成三大类：信号预畸变技术、编码类技术和概率类技术。这三种方法各有特色和着眼点，但每类方法都存在着缺陷。信号预畸变技术直接对信号的峰值进行非线性操作，它最直接，最简单，但会带来带内噪声和带外干扰，从而降低系统的误比特率性能和频谱效率。编码类技术利用编码将原来的信息码字映射到一个具有较好PAPR特性的传输码集上，从而避开了那些会出现信号峰值的码字。该类技术为线性过程，它不会使信号产生畸变。但是，编码类技术的技术复杂度非常高，编解码都比较麻烦。更重要的是，这类技术的信息速率降低得很快，因此只适用于子载波数比较少的情况。概率类技术不像编码类技术那样完全避开信号的峰值，而是着眼于努力降低信号峰值出现的概率。该类技术采用的方法也为线性过程，因此，它不会对信号产生畸变。这类技术能够很有效地降低信号的PAPR值，它的缺点在于计算复杂度太大。
下面就常见的几种算法做简要介绍。
1．信号预畸变
信号预畸变技术包括限幅类技术和压缩扩张变换。
（1）限幅
限幅是最简单的方法，它采用非线性过程，直接在OFDM信号幅度峰值或附近采用非线性操作来降低信号的PAPR值，能适用于任何数目子载波构成的系统。限幅相当于对原始信号加一矩形窗，如果OFDM信号的幅值小于预先给定的门限值时，该矩形窗函数的幅值就为1，否则，矩形窗函数的幅值就小于1。可见，限幅会不可避免地产生信号畸变。由于存在信号的失真（信号有所畸变），因而限幅法不可避免地产生一种自干扰，从而必然造成系统BER性能的下降。其次，限幅还会因为信号的非线性畸变导致带外频谱的辐射或称为频谱泄露（带外辐射功率的增大），虽然带外频谱的辐射可以通过应用非矩形的窗函数来解决（如Gaussian、Kaiser和Hamming窗等），但效果都不是很明显。
（2）压缩扩张变换
它是借用语音处理中基于μ律非均匀量化的一种非线性变换函数，实现起来非常简单，计算复杂度也不会随着子载波数的增加而增加。压缩扩张变换主要是对较小幅值信号的功率进行放大，而保持较大幅值信号的功率不变，以增大整个系统的平均功率为代价来达到降低PAPR的目的，因而其弊端在于：一方面系统的平均发射功率要增大；另一方面使得符号的功率值更加接近高功率放大器的非线性变化区域，造成了信号的失真。
2．编码类技术
编码类技术主要是利用不同编码所产生不同的码组而选择PAPR较小的码组作为OFDM符号进行数据信息的传输，从而避免了信号峰值，此类技术为线性过程，不会使信号产生畸变，但其计算复杂度非常高，编解码都比较复杂，而且信息速率降低很快，因此，只适用于子载波数比较少的情况。其主要方法有：分组编码法（Block Coding）、格雷补码序列（Golay Complementary Sequences，GCS）和雷德密勒（Reed-Muller）码等。
基于分组编码降低OFDM系统PAPR方法的基本思想是：在对比特流进行IFFT运算之前，先进行特殊的编码处理（如应用奇偶校验位），使得输出的比特流经过OFDM调制后具有较低的PAPR。精心设计的分组编码方法不仅可以有效地降低PAPR，同时还可以起到类似于信道编码的作用，使系统具有前向检错和纠错的能力。
应用格雷互补序列的方法就是把GCS作为IFFT的输入，那么其输出信号就会有比较低的PAPR值，并且在时/频域中具有较好的信道估计和纠错能力。应用GCS序列对，其最大的优点就是不论子载波数多少，其PAPR可以降到3dB 以内。但是，由于子载波数目的逐渐增多，寻找最佳生成矩阵和相位旋转向量的难度显著上升，因而目前的GCS法并不适用于子载波数很多的OFDM系统。
个统计独立的向量
时域符号
其中，D路相互独立的向量是由D个固定的但完全不同的旋转向量
（）产生的，可以设定第一路信号为原始信号X，也就是说设定
为单位向量，这并不会带来任何的性能损失。具体操作过程是，当原始数据向量
发送后，所有D路并行计算其对应的时域信号，并选择具有最小PAPR值的一路进行传送。由于其需要D个并行的IFFT操作，因此，采用该种方法的系统成本比较大。
对SLM方法，在接收端必须进行与发送端相反的操作以恢复出传输的原始信息，因此，接收端必须知道发送端选择的是哪一路信号进行传送的。最简单的解决方法是将选择的支路序号d作为边带信息一起传送到接收端。由于这种边带信息对接收端正确恢复传送的原始信息至关重要，因此一般采用信道编码以保证
其可靠传送。通常对D路SLM发送机需要传送比特的边带信息。
（2）部分传输序列（PTS）
PTS也是基于SLM相同的原理，但其转换向量具有不同的结构。PTS方法
首先将进来的数据向量划分为V个互不重叠的子向量，则每个子向量的长度
变为N/V。由于它们互不重叠，因此有：
子向量中的每个子载波都乘以相同的旋转因子，不同子向量的旋转因子是统计独立的。这就意味着旋转向量只包含V个独立的元素。由此有：
上式推导利用了IFFT的线性性质，这也显示了这种方法的优越性：d个时域向量可以在IFFT操作后进行构造，从而每次迭代就不需要再进行IFFT操作。
在发送端，具有最小PAPR值的信号被传送，接收端为了恢复发送端发送的信号，必须知道其传送的信号采用了哪个旋转向量。因此需要额外传送
比特的边带信息。
13.2.3 基于改进脉冲成形技术的PAPR抑制方法
脉冲成形技术（PS）的思想是将原始数据序列和成形脉冲矩阵相乘产生新序列，使多载波的各子载波符号间具有一定的相关性，从而改善信号的PAPR特性。
它只需恰当选择各子载波的时域波形从而避开额外的IFFT过程，在有效保持系统带宽效率的情况下，为信道编码留下余地。因此，PS是一种非常有效的PAPR 抑制方法。
本节先重点讲述了PS技术抑制OFDM信号PAPR的理论证明，采用了Nyquist脉冲成形技术，并仿真验证了该技术的PAPR抑制性能和该技术对OFDM 信号的影响。
1．系统模型
基于PS技术的OFDM系统发射机原理框图如图13-8 所示。MPSK或MQAM 基带数据序列通过串/并变换后，先分别乘上N个成形脉冲，再调制N个正交子载波。以T表示OFDM符号周期，（）表示每个子载波的调制
数据，表示第n个子载波频率，表示周期为T，作用于子载波的成
形脉冲。内OFDM复信号表示为：
其中子载波。s(t)的实部和虚部分别对应于OFDM信号的同相和正交分量，在实际系统中可以分别与相应子载波的同相分量和正交分量相乘，合成最终的OFDM 信号。
PS中周期为T的成形脉冲必须满足下列四个条件：
等能量：；
时限：，；
带限：，，其中为的频率响应，
，为Nyquist采样频率，为与子载波数和发送滤波器相关的系数；
正交：。
2．基于PS技术的PAPR抑制原理
OFDM信号的PAPR为：
当子载波调制相位一致时，OFDM信号的峰值将叠加产生很大的峰值功率，导致高PAPR。如果能够使子载波符号间具有一定的相关性，那么将降低相位一致情况发生的概率，结果是PAPR得到抑制。
从OFDM符号各采样值的角度出发，考查互相关函数：
由式13-19可以看出OFDM符号各采样值之间的互相关函数是基带数据和成形脉冲波形的函数。因此，引入采样值间的相关性有两条途径：
（1）引入基带数据间的相关性，也就是通过对输入信息编码来实现。编码方法会不可避免地引入冗余信息，使系统带宽效率降低。
（2）引入子载波波形间的相关性，也就是采用成形脉冲对各子载波进行脉冲成形，它在保持子载波间正交性的同时，不影响系统带宽效率，不需要额外的带外信息。
相同成形脉冲
若每个子载波采用相同的成形脉冲波形，即，那么式13-19可写为：
其中。从式13-20可看出，在采样点上，互相关函数的值永远为零，因此OFDM符号内的N个采样值为独立同分布的高斯随机变量，这也是从采样值相关性角度出发解释高PAPR出现的原因。采用相同的成形脉冲对各个子载波进行脉冲成形不会影响采样值之间的这种互相关特性，只会增加或保持传输信号的峰值幅度，使PAPR增大或保持不变。
定理13.1：N个子载波的OFDM系统，若每个子载波采用相同的成形脉冲，即，则OFDM信号PAPR的最大值满足：
上式当且仅当矩形脉冲时取等号。
证明：若采用相同成形脉冲，式13-18的最大值为：
由等能量的条件，有下列不等式：
将上式代入式13-22，定理13.1得证。
从式13-23可以看出，只要成形脉冲满足，PAPR最大值就达到其下界N，所以明显地，定理13.1给出的当且仅当采用矩形脉冲时能达到这个抑制下界的阐述是局限的，应该说矩形脉冲只是其中的一类。
不同成形脉冲
通信系统建模与仿真课程设计2011 级通信工程专业1113071 班级 题目基于SIMULINK的基带传输系统的仿真姓名学号 指导教师胡娟 2014年6月27日
1任务书 试建立一个基带传输模型，采用曼彻斯特码作为基带信号，发送滤波器为平方根升余弦滤波器，滚降系数为0.5，信道为加性高斯信道，接收滤波器与发送滤波器相匹配。发送数据率为1000bps，要求观察接收信号眼图，并设计接收机采样判决部分，对比发送数据与恢复数据波形，并统计误码率。另外，对发送信号和接收信号的功率谱进行估计。假设接收定时恢复是理想的。 2基带系统的理论分析 1.基带系统传输模型和工作原理 数字基带传输系统的基本组成框图如图1 所示，它通常由脉冲形成器、发送滤波器、信道、接收滤波器、抽样判决器与码元再生器组成。系统工作过程及各部分作用如下。 g T(t) n 定时信号 图 1 ：数字基带传输系统方框图 发送滤波器进一步将输入的矩形脉冲序列变换成适合信道传输的波形g T(t)。这是因为矩形波含有丰富的高频成分，若直接送入信道传输，容易产生失真。 基带传输系统的信道通常采用电缆、架空明线等。信道既传送信号，同时又因存在噪声n(t)和频率特性不理想而对数字信号造成损害，使得接收端得到的波形g R(t)与发送的波形g T(t)具有较大差异。 接收滤波器是收端为了减小信道特性不理想和噪声对信号传输的影响而设置的。其主要作用是滤除带外噪声并对已接收的波形均衡，以便抽样判决器正确判决。 抽样判决器首先对接收滤波器输出的信号y(t)在规定的时刻（由定时脉冲cp控制）进行抽样，获得抽样信号{r n}，然后对抽样值进行判决，以确定各码元是“1”码还是“0”码。 2.基带系统设计中的码间干扰和噪声干扰以及解决方案
哈尔滨师范大学 学年论文 题目即时通讯系统的设计与实现 学生崔振伟 指导教师张飚 年级2010级 专业电子信息科学与技术 系别光电工程系 学院物理与电子工程学院 哈尔滨师范大学 2013年5月
论文提要 目前信息的准确、快速、安全的传递在社会中越来越重要。无论是国与国之间，企业与企业之间还是企业内部这间的信息交流都要变得非常重要。规模较大的企业，都会建立一套软，硬件结合的通信系统，从而保证企业信息能够及时，准确、安全地传递到目的地。 本系统为企业内部即时通讯系统，是鉴与员工之间所处地点不同，员工之间交流的重要性的情况下，针对公司不适合让员工连接外网的实际情况下设计构思出来的，该系统设计完成后可用于企业员工之间的即时通讯工作，同时本系统具有很强的可扩展性，加以适当扩充，可以适用于各个不同的公司。
即时通讯系统的设计与实现 崔振伟 摘要：伴随着社会进入信息化时代，信息的准确、快速、安全的传递在社会中越来越重要。无论是国与国之间，企业与企业之间还是企业内部这间的信息交流都要变得非常重要。建立一套软，硬件结合的通信系统，从而保证企业信息能够及时，准确、安全地传递到目的地，能有效的解决员工之通讯交流障碍的问题，并防止员工跟外部联系。 因此为了适应企业的这一需求，特开发了适应企业局部通信的局域网即时通讯系统。论文介绍了在Microsoft可视化集成开发环境Visual studio 2008下开发一个基于对话框的局域网即时通讯系统的整个过程，系统采用基于对话框的MFC应用程序框架开发前台的操作界面，采用多线程和网络技术来实现成员这间的互联。实现了局域网内用户信息的采集与显示，最小化托盘，文字聊天，语音聊天，窗口抖动，字体设置，保存聊天记录的功能。在开发过程中，严格按照软件工程的整个流程进行。经过可行性分析，需求分析，概要设计，详细设计，编码，单元测试，集成测试等阶段，最终开发出了可以在单机上运行的试用版局域网即时通讯系统。本系统的界面友好，操作简单方便加以适当的扩充完善就可正式的投入使用。 关键词：软件工程网络通信线程 一、即时通讯的意义与背景 随着二十世纪八十年代到九十年代PC机的普及与深入，互联网的到来，解决PC机之间即时通讯的需求越来越强烈，一些通讯软件也应运而生，具有代表性的如下：QQ：由深圳市腾讯计算机系统有限公司1999年2月开发的一款基于Internet的即时通信（IM）软件。由1999年的2人到现在已经发展到上亿用户了，在线人数超过一亿。是目前使用最广泛的聊天软件之一。 MSN：由微软开发的1999年7月开发的即时通讯工具，4大顶级个人即时通讯工具之一。 Google Talk：是由Google 开发的的即时通讯方式，简称Gtalk。并宣称该软件“可以让你与朋友随时随地，在世界的任何一个角落自由的通话，发送即时讯息。并于2008年7月发布了iPhone版的Google Talk和2011年4月在Android版本的Google Talk上启动语音和视频聊天功能。 AIM：是美国在线推出的即时通讯软件类似于MSN，等，在泛北美地区拥有最广泛用户数量（2009.07数据），超过排名第二和第三的Yahoo Messenger和MSN。支持iPhone，Android，iPad，MAC，Windows等平台。 国内的还有新浪UC，YY，百度hi，Lava快信等，国际上的Yahoo！Messenger等。这些软件有一个集中的特点是基于互联网并且需要服务器的支持。其工作方式如下：登陆即时通讯服务器，获取一个自动建立的以前的即时通讯对象列表，获取自已的在线状态，当好友列表的某个用户在任何时候登录上线并且想跟你进行联系时，即时系统会发一个消息提示你，然后你就可以与目标对象建立一个聊天对话通道进行各种消息如文字、语音、窗口等来
《电子信息系统仿真》课程设计 级电子信息工程专业班级 题目FM调制解调系统设计与仿真 姓名学号 指导教师胡娟 二О一年月日
内容摘要 频率调制(FM)通常应用通信系统中。FM广泛应用于高保真音乐广播、电视伴音信号的传输、卫星通信和蜂窝电话系统等。 FM调制解调系统设计是对模拟通信系统主要原理和技术进行研究，理解FM系统调制解调的基本过程和相关知识，利用MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来实现FM调制与解调过程，并分别绘制出基带信号，载波信号，已调信号的时域波形；再进一步分别绘制出对已调信号叠加噪声后信号，非相干解调后信号和解调基带信号的时域波形；最后绘出FM基带信号通过上述信道和调制和解调系统后的误码率与信噪比的关系，并通过与理论结果波形对比来分析该仿真调制与解调系统的正确性及噪声对信号解调的影响。在课程设计中，系统开发平台为Windows XP，使用工具软件为 7.0。在该平台运行程序完成了对FM调制和解调以及对叠加噪声后解调结果的观察。通过该课程设计，达到了实现FM信号通过噪声信道，调制和解调系统的仿真目的。了解FM调制解调系统的优点和缺点，对以后实际需要有很好的理论基础。 关键词 FM；解调；调制；M ATL AB仿真；抗噪性
一、M ATLAB软件简介 MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。其特点是： (1) 可扩展性：Matlab最重要的特点是易于扩展，它允许用户自行建立指定功能的M文件。对于一个从事特定领域的工程师来说，不仅可利用Matlab所提供的函数及基本工具箱函数，还可方便地构造出专用的函数。从而大大扩展了其应用范围。当前支持Matlab的商用Toolbox(工具箱)有数百种之多。而由个人开发的Toolbox则不可计数。 (2) 易学易用性：Matlab不需要用户有高深的数学知识和程序设计能力，不需要用户深刻了解算法及编程技巧。 (3) 高效性：Matlab语句功能十分强大，一条语句可完成十分复杂的任务。如fft语句可完成对指定数据的快速傅里叶变换，这相当于上百条C语言语句的功能。它大大加快了工程技术人员从事软件开发的效率。据MathWorks公司声称，Matlab软件中所包含的Matlab 源代码相当于70万行C代码。
毕业论文声明 本人郑重声明： 1．此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 2．本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。本人授权大学学院可以将此文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。 3．若在大学学院毕业论文审查小组复审中，发现本文有抄袭，一切后果均由本人承担，与毕业论文指导老师无关。 4.本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。论文中凡引用他人已经发布或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。论文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中已明确的方式标明。 学位论文作者（签名）： 年月
关于毕业论文使用授权的声明 本人在指导老师的指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、实验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属华北电力大学。本人完全了解大学有关保存，使用毕业论文的规定。同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版或电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权大学可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存或编汇本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为大学。本人毕业后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为大学。本人完全了解大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存或汇编本学位论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据 库和收录到《中国学位论文全文数据库》进行信息服务。在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 论文作者签名：日期： 指导教师签名：日期：
广西科技大学 课程设计说明书 课题名称：模拟通信系统与数字通信系统的设计与仿真 院（系）：计算机科学与通信工程学院 专业：通信工程 班级：121班 学生姓名：王永源 学号： 201200402016 指导教师：陈艳 2015年1月20日
目录 第一章课程设计的任务说明 (1) 1.1课程设计目的 (1) 1.2课程设计要求 (1) 第二章 MATLAB/SIMULINK简介 (3) 第三章设计原理 (5) 3.1通信系统设计一般模型 (5) 3.2模拟通信系统 (5) 3.3数字通信系统 (5) 第四章 DSB的基本原理与实现 (6) 4.1 DSB信号的模型 (6) 4.2 DSB信号调制过程分析 (7) 第五章 PCM的基本原理与实现 (8) 5.1 PCM原理 (8) 5.2 PCM编码介绍 (8) 5.3 PCM编码电路设计 (12) 第六章 2ASK的基本原理及实现 (16) 6.2 ASK调制基本原理 (16) 6.2 2ASK的产生 (16) 6.3 2ASK解调 (17) 6.4 2ASK功率谱及带宽 (18) 第七章 Smulink的模型建立和仿真 (19) 7.1 模拟通信系统仿真图 (19) 7.2 数字通信系统仿真图 (22) 7.3 模拟通信系统仿真效果图 (23) 7.4 数字通信系统仿真效果图 (26) 第八章结束语 (27) 参考文献 (28)
第一章课程设计任务说明 1.1课程设计的目的 （1）通过利用matlab simulink，熟悉matlab simulink仿真工具。 （2）通过课程设计来更好的掌握课本相关知识，熟悉模拟DSB、SSB、VSB和数字2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK的调制与解调方法。 （3）通过实验掌握模拟信号转换为数字信号的方法和步骤。 （4）更好的了解通信原理的相关知识，磨练自己分析问题、查阅资料、巩固知识、创新等各方面能力。 1.2 课程设计的要求 1.2.1模拟信号通信系统 （1）输入：输入模拟信号（例如正弦型单音频信号等），给出其时域波形和功率谱密度。 （2）调制：对输入的模拟信号进行DSB、SSB、PM（三选一）调制；给出调制后信号的时域波形和功率谱密度。 （3）信道：假定信道属于加性高斯信道，或自行设计。 （4）解调： DSB、SSB、PM（与所选调制方式相对应）解调，仿真获得该系统的输出波形，并得到该模拟传输系统的性能指标，即该系统的输出信噪比随输入信噪比的变化曲线。 图1-1 模拟信号调制解调模型图 1.2.2数字信号通信系统 （1）输入：首先输入模拟信号，给出此模拟信号的时域波形。 （2）数字化：将模拟信号进行数字化，得到数字信号，可以选择PCM编码。
网络通信软件的设计与实现
摘要 本论文是关于一个通信软件的设计与实现. 首先介绍了该课题的来源和意义, 以及课题中作者使用的原理技术, 包括客户/服务器模式(C/S)结构原理, TCP/IP协议的体系结构等。然后详细分析了系统的整体设计,包括系统的功能介绍、实现思想, 系统的需求分析, 系统通信协议的设计，各个模块的体系结构，并采用UML技术，绘制整体程序结构图、流程图、类图、用例图等。接下来是介绍了各个子模块的功能、实现思想及它们的流程图、类图、消息流框图等。最后是系统的分析及优缺点及系统的总结和展望。 终端通过实际的通信链路和服务器建立TCP连接。而服务器端是接受并验证客户端连接，动态管理在线用户名单。 关键字：C/S结构；TCP/IP协议；UML技术；网络编程
ABSTRACT The paper is about the design and realization of correspondence software. In the First this paper introduced topic origin and the topic significance, As well as the principle and the technology that the author adopts in the paper , Including customer/Server (C/S) structure principle, TCP/IP protocol system structure and so on. Then author analyzes that the overall design, Including system function introduction, realization way, demand analysis, communication agreement design, system structure of each module. And adopting the UML technology,the author draws the overall procedure structure drawing, the flow chart, class drawing, and message flow chart and so on. Finally the paper introduced that the systematic analysis 、the excellence and the disadvantage of the system ，the summary and the forecast of the system. The terminal establishes the TCP communications through the actual correspondence link with the server. At the same time the server accepts and validates the connection of the client, dynamically manages the name list of the on－line users. Key words: the C/S Structure; the TCP/IP Protocol;the UML Technology; Network Programming
基于MATLAB的通信系统的设计与仿真 摘要通信是通过某种媒体进行的信息传递，目的是传输信息，通信系统是用以完成信息传输过程的技术系统的总称，作用是将信息从信源发送到一个或多个目的地。调制与解调在信息的传输过程中占据着重要的地位，是不可或缺的，因此研究系统的调制和解调过程就极为重要。MATLAB是集数值计算、图形绘制、图像处理及系统仿真等强大功能于一体的科学计算语言，它强大的矩阵运算和图形可视化的功能以及丰富的工具箱，为通信系统的调制和解调过程的分析提供了极大的方便。 本论文首先介绍了通信系统的概念，进而引出调制和解调，然后介绍了我们常用的几种调制和解调的方法。由于MATLAB具有的强大功能所以详细介绍了MATLAB通信系统工具箱，并给出了基于MATLAB的通信系统的调制与解调的实现，运用MATLAB仿真软件进行仿真。 关键词通信系统；调制与解调；MA TLAB
Simulation And Design Of Communication Systems Based On MATLAB Abstract Communication is through a media for transportation. Communication system which is used to complete the process of information transmission systems ,in general, is to send the information from the source to one or more destinations. Modulation and demodulation occupied an important position in the transmission of information which is essential, so the research about the modulation and demodulation process in the communication system is extremely important. MATLAB is a numerical computation, graphics rendering, image processing and system simulation and other powerful features in one of the scientific computing language, it is a powerful matrix calculation and graphical visualization features and a rich toolbox provides a great convenience for the communication system of modulation and demodulation process. This paper introduces the concept of the communication system, and then leads to modulation and demodulation, and then introduced several of our commonly used method of modulation and demodulation. As the power of MATLAB so we introduced the communication system toolbox in the MATLAB. We gives several examples about the communication system based on MATLAB modulation and demodulation and use the software of MATLAB to simulate them. Keywords Communication Systems;Modulation and demodulation; MATLAB
基于TCP协议通信系统的设计与实现 杨秀森 （贵州师范大学机电学院电气工程及其自动化学号：0914********） 摘要：通信协议（communications protocol）是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。协议定义了数据单元使用的格式，信息单元应该包含的信息与含义，连接方式，信息发送和接收的时序，从而确保网络中数据顺利地传送到确定的地方。通信的底层通信是通过SOCKET套接字接口实现的。当前的主流UNIX系统和微软的WINDOWS系统都在内核提供了对SOCKET字接口的支持。使用这个统一的接口，可以编写一个可移植的TCP通信程序。 本文设计并实现了基于局域网内的简单即时通信系统，系统采用C/S模式，底层通信通过SOCKET套接字接口实现，服务器负责客户端的登录验证，好友信息的保存和心跳报文的发送。客户端采用P2P方式实现消息传递，并能实现文件的传输。本文首先讨论了同步套接字，异步套接字，多线程并发执行任务等；然后阐述了客户端、服务器如何使用XML序列化的消息进行通信。 关键词：TCP协议；通信协议系统；套接字；文件传输；C/S模式； The System Design and Implementation of Based on TCP Protocol Communication Yang Xiu Sen (Guizhou Normal University Institute of mechanical and electrical engineering and its automation number: 0914********) Abstract: Communication protocol ( communications protocol ) refers to both entities to complete communication or service must follow the rules and conventions. The protocol defines a data unit format, information unit should contain information and meaning, connection mode, information transmission and reception timing, thereby ensuring that the network data smoothly transmitted to determine places. Communication communication is through the SOCKET socket interface implementation. The current mainstream UNIX system and Microsoft WINDOWS system in the kernel provides to SOCKET interface support. Using the unified interface, can be prepared in a transplantable TCP communication program. This paper designed and implemented based on a simple LAN instant communication system, the system adopts C/S model, the underlying communication through the SOCKET socket interface
目录 前言 (1) 1 数字频带通信系统原理 (2) 1.1 二进制振幅键控(2ASK) (2) 1.2 二进制频移键控(2FSK) (4) 1.3二进制相移键控(2PSK) (7) 1.4 正交相移键控(QPSK) (8) 2 Matlab/Simulink介绍 (11) 2.1 Matlab简介 (11) 2.2 Simulink简介 (11) 2.1.1 Simulink基本模块库 (11) 2.1.2 Simulink建模仿真的一般过程.................... 错误！未定义书签。 2.3 Simulink在通信仿真中的应用............................... 错误！未定义书签。3利用Simulink进行模型建立和系统仿真 (12) 3.1 2ASK的调制与解调仿真 (12) 3.1.1 建立模型方框图 (12) 3.1.2 参数设置 (12) 3.1.3系统仿真及各点波形图 (13) 3.1.4 误码率分析 (14) 3.2 2FSK的调制与解调仿真 (14) 3.2.1 建立模型方框图 (14) 3.2.2 参数设置 (15) 3.2.3系统仿真及各点波形图 (18) 3.3 2PSK的调制与解调仿真 (20) 3.3.1 建立模型方框图 (20) 3.3.2 参数设置 (20) 3.3.3系统仿真及各点波形图 (23) 3.4 QPSK的调制与解调仿真 (24) 3.4.1 建立模型方框图 (24) 3.4.2 参数设置 (25) 3.4.3系统仿真及各点波形图 (27) 总结 (29) 参考文献 (30)
前言 随着现代通信系统的飞速发展，计算机仿真已经成为分析和设计通信系统的主要工具，在通信系统的研发和教学中具有越来越重要的意义。在当代社会中，信息的交换日益频繁，随着通信技术和计算机技术的发展及它们的密切结合，通信能克服对空间和时间的限制，大量的、远距离的信息传递和存取已成为可能。展望未来，通信技术正在向数字化、智能化、综合化、宽带化、个人化方向迅速发展，各种新的电信业务也应运而生，正沿着信息服务多种领域广泛延伸。 Simulink是The MathWorks公司开发的用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具，常集成于MathWorks公司的另一产品MATLAB中与之配合使用。 Simulink提供了一个交互式的图形化环境及可定制模块库（Library），可对各种时变系统，例如通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统等进行设计、仿真、执行和测试。 本次课设在深刻理解通信系统理论的基础上，利用MATLAB提供的Simulink 建模和仿真原理，做出数字通信系统的基本模型，分别是ASK、FSK、PSK、QPSK，并且用Simulink来实现通信系统中各个部分的仿真，调制部分，解调部分等等，并且整合到一起，设置不同的参数，观察示波器的波形图并记录。通过对仿真结果进行分析，更深入地掌握数字调制系统的相关知识。
应急通信系统的设计与实现 摘要：应急通信系统在突发事件发生时发挥着越来越重要的作用，本文就Windows Mobile操作系统的智能手机和无线局域网构建小范围内的应急通信系统来进行研究，作为总体应急通信框架中的一个有效补充。 关键词：应急通信系统；Windows Mobile；智能手机 一、前言 近年来，自然灾害是频繁的发生，其中最为我们熟悉的汶川、青海玉树地震，台风、洪水、泥石流等自然灾害。自然灾害的发生，给人们的生活带来诸多的不便，同时也会使有线和无线通信系统受到严重的破坏，使政府救灾工作不能很快的开展，应急通信系统在抗击自然灾害方面具有举足轻重的地位。本文本文就Windows Mobile操作系统的智能手机和无线局域网构建小范围内的应急通信系统来进行研究，就是希望能在危难的时候，老百姓能及时求救，使自然灾害过后的损失尽可能的降到最低。 二、现阶段应急通信的概况 应急通信是指在出现自然的或人为的突发性紧急情况时，综合利用各种通信资源，保障救援、紧急救助和必要通信所需的通信手段和方法，是一种具有暂时 性的特殊通信机制。从总体技术层面划分，应急通信主要分为有线和无线两种方式。有线应急通信也就是一般的国内、国际电话网，互联网等。其中有线公众电信网在在自然灾害应急通信中应用的最广，并且通过综合通信终端设备可以方便地实现中央救灾指挥中心与各地救灾指挥中心的联系。但有线应急通信的缺点是受到地理条件的限制且抗毁能力差，一旦被摧毁，通信立刻被阻断且很难恢复。无线应急通信以电磁波传输信息。短波通信在早期的无线应急通信中应用的很广泛，在20世纪40年代后，超短波、微波通信业务得到迅猛发展，特别是卫星通信的出现使得通信业务发展的步伐更加快了。无线通信具有抗毁能力强、机动灵活、组网方便的优点，在应急通信系统中具有很重要的地位。 我国是一个国土面积非常大的国家，各种灾害事件出现概率是很高的，而在现实中，突发公共事件在国内出现的高频率的确令人感到震惊，同时也让我们体会到了，加大对应急通信技术及装备研究的迫切性和必要性。2008年5月，我国四川汶川发生大地震，加之恶劣天气，通信阻塞，人民生命财产遭到重大的损失。震后，8个县城的对外通信完全中断，给救援工作带来很大的难度，通信这条救援生命线受到了严峻的挑战。通信行业提供了大量设备进行保障，并且派出了很多的人员进行救援，都因道路中断等原因效果难以很快的显现出来，给救援工作带来了很多的不便，中国移动四川全省有三台交换机全阻。受余震等综合因素影响，13日零时左右为基站中断高峰，共有4457个基站退服，主要集中在四川、甘肃、陕西三省。据中国移动集团公司统计，因通信联络急剧增多，四川当地长途话务量已上升到日常的10倍以上，手机接通率下降到日常平均值的一半
目录 1 技术要求 (1) 2 基本原理 (1) 2.1 2PSK调制的基本原理 (1) 2.2 SystemView原理介绍 (2) 2.3 SIMULINK原理简介 (3) 3 建立模型描述 (3) 3.1 方案一 (3) 3.2 方案二 (5) 4 模块功能分析或源程序代码 (6) 4.1 SIMULINK实现2PSK的调制与解调 (6) 4.2 SysteamView实现2PSK的调制与解调 (11) 5 调试过程及结论 (13) 5.1 使用SIMULINK实现的调制解调结果 (13) 5.2 使用SystemView实现的调制解调结果 (17) 5.3 结论 (22) 6 心得体会 (22) 7 参考文献 (23)
2PSK通信系统设计 1 技术要求 设计一个2PSK通信系统，要求： （1）设计出2PSK通信系统的结构； （2）根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止频率等）； （3）用Matlab或SystemView 实现该数字通信系统； （4）观察仿真并进行波形分析； （5）系统的性能评价 2 基本原理 2.1 2PSK调制的基本原理 2PSK,二进制移相键控方式，是键控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的一种数字调制方式。就是根据数字基带信号的两个电平(或符号)使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。两个载波相位通常相差180度，此时称为反向键控(PSK),也称为绝对相移方式。2PSK信号的解调,不再能采用包络检测的方法,只能进行相干解调。调制框图如图1、图2所示，解调框图如图3所示。 图1 模拟相乘法
模拟通信系统的设计与实现 院系名称： 班级： 学号： 学生姓名： 指导老师：
目录 第1 章设计内容..................................................................................错误！未定义书签。 第2 章实现方法 (2) 2.1 信号产生模块...............................................................................错误！未定义书签。 2.2载波产生模块................................................................................错误！未定义书签。 2.3调制器............................................................................................错误！未定义书签。 2.4 解调器 (3) 第3 章设计平台 (4) 3.1 硬件平台 (4) 3.2 软件平台 (4) 第 4 章实际电路 (5) 4.1 FM调频电路 (5) 4.2 振荡器 (6) 4.3 AM调频电路 (7) 第 5 章实验调试过程 (8) 第 6 章结论与感想 (10) 参考文献 (12)
第 1章设计内容根据图1模拟通信系统框图确定设计思路。 图1.1 本设计主要完成以下模块 a. 信号源产生模块（语音低频信号） b. 载频信号产生模块（载波） c. 调制器 d. 解调器
题目基于SIMULINK的通信系统仿真 摘要 在模拟通信系统中，由模拟信源产生的携带信息的消息经过传感器转换成电信号，模拟基带信号在经过调制将低通频谱搬移到载波频率上适应信道，最终解调还原成电信号；在数字传输系统中，数字信号对高频载波进行调制，变为频带信号，通过信道传输，在接收端解调后恢复成数字信号。本文应用了幅度调制以及键控法产生调制与解调信号。 本论文中主要通过对SIMULINK工具箱的学习和使用，利用其丰富的模板以及本科对通信原理知识的掌握，完成了AM、DSB、SSB、2ASK、2FSK、2PSK三种模拟信号和三种数字信号的调制与解调，以及用SIMULINK进行设计和仿真。首先我进行了两种通信系统的建模以及不同信号系统的原理研究，然后将学习总结出的相应理论与SIMULINK中丰富的模块相结合实现仿真系统的建模,并且调整参数直到仿真波形输出，观察效果，最终对设计结论进行总结。 关键词通信系统调制 SIMULINK I
目录 1. 前言 (1) 1.1选题的意义和目的 (1) 1.2通信系统及其仿真技术 (2) 3. 现代通信系统的介绍 (3) 3.1通信系统的一般模型 (3) 3.2模拟通信系统模型和数字通信系统模型 (3) 3.2.1 模拟通信系统模型 (3) 3.2.2 数字通信系统模型 (4) 3.3模拟通信和数字通信的区别和优缺点 (5) 4. 通信系统的仿真原理及框图 (8) 4.1模拟通信系统的仿真原理 (8) 4.1.1 DSB信号的调制解调原理 ...................... 错误！未定义书签。 4.2数字通信系统的仿真原理 (9) 4.2.1 ASK信号的调制解调原理 (9) 5. 通信系统仿真结果及分析 (11) 5.1模拟通信系统结果分析 (11) 5.1.1 DSB模拟通信系统 (11) 5.2仿真结果框图 (11) 5.2.1 DSB模拟系统仿真结果 ........................ 错误！未定义书签。 5.3数字通信系统结果分析 (12) 5.3.1 ASK数字通信系统 (13) 5.4仿真结果框图 (13) 5.4.1 ASK数字系统仿真结果 (13) III
《matlab通信仿真设计》课程设计指导书 2009年11月
课程设计题目1：调幅广播系统的仿真设计 模拟幅度调制是无线电最早期的远距离传输技术。在幅度调制中，以声音信号控制高频率正弦信号的幅度，并将幅度变化的高频率正弦信号放大后通过天线发射出去，成为电磁波辐射。 波动的电信号要能够有效地从天线发送出去，或者有效地从天线将信号接收回来，需要天线的等效长度至少达到波长的1/4。声音转换为电信号后其波长约在15~1500km 之间，实际中不可能制造出这样长度和范围的天线进行有效信号收发。因此需要将声音这样的低频信号从低频率段搬移到较高频率段上去，以便通过较短的天线发射出去。 人耳可闻的声音信号通过话筒转化为波动的电信号，其频率范围为20~20KHz 。大量实验发现，人耳对语音的频率敏感区域约为300~3400Hz ，为了节约频率带宽资源，国际标准中将电话通信的传输频带规定为300~3400Hz 。调幅广播除了传输声音以外，还要播送音乐节目，这就需要更宽的频带。一般而言，调幅广播的传输频率范围约为100~6000Hz 。 任务一：调幅广播系统的仿真。 采用接收滤波器Analog Filter Design 模块，在同一示波器上观察调幅信号在未加入噪声和加入噪声后经过滤波器后的波形。采用另外两个相同的接收滤波器模块，分别对纯信号和纯噪声滤波，利用统计模块计算输出信号功率和噪声功率，继而计算输出信噪比，用Disply 显示结果。 实例1：对中波调幅广播传输系统进行仿真，模型参数指标如下。 1.基带信号：音频，最大幅度为1。基带测试信号频率在100~6000Hz 内可调。 2.载波：给定幅度的正弦波，为简单起见，初相位设为0，频率为550~1605Hz 内可调。 3.接收机选频放大滤波器带宽为12KHz ，中心频率为1000kHz 。 4.在信道中加入噪声。当调制度为时，设计接收机选频滤波器输出信噪比为20dB ，要求计算信道中应该加入噪声的方差，并能够测量接收机选频滤波器实际输出信噪比。 仿真参数设计： 系统工作最高频率为调幅载波频率1605KHz ，设计仿真采样率为最高工作频率的10倍，因此取仿真步长为 8max 1 6.2310(1-1)10step t s f -==? 相应的仿真带宽为仿真采样率的一半，即 18025.7(1-2)2step W KHz t == 设基带测试正弦信号为m(t)=Acos2πFt ，载波为c(t)=cos2πf c t ，则调制度为m a 的调制输出 信号s(t)为 ()(1cos 2)cos 2(1-3)a c s t m Ft f t ππ=+ 容易求出，s(t)的平均功率为 21(1-4)24a m P =+
Agilent ADS通信系统设计仿真软件
安捷伦科技有限公司 目录 插图列表 (3) 1ADS 对于通信系统设计仿真的意义 (4) 2ADS 设计仿真软件的优点 (4) 2.1 集成的自顶向下的系统设计 (4) 2.2 灵活的设计环境 (5) 2.3 优化系统架构 (5) 2.4 灵活快速地建立DSP 算法 (6) 2.5 快速准确地建立射频模型 (6) 2.6 通过优化得到最佳的系统性能 (7) 2.7 利用已有的用户自定义模型 (7) 2.8 ADS软件与测量仪表连接加快从设计到现实的转变 (7) 2.8.1 据硬件测试建立仿真模型 (7) 2.8.2 尽早进行验证实验，降低系统集成风险 (7) 2.8.3 创建新的测试能力 (8) 2.8.4 通信信道，干扰测试 (8) 3 ADS 加速B3G/4G通信系统研发 (10) 3.1 ADS具有可以灵活产生各种制式的信号源的能力 (10) 3.2 ADS具有可以仿真MIMO 信道的能力 (10) 3.3 ADS具有仿真空-时(Spacing-time coding)编码性能的能力 (11) 3.4 ADS具有给用户提供Test Bench 的能力 (11) 3.5 与仪器的互联 (11) 4 ADS 在RF系统设计流程中的地位 (12) 4.1 系统级设计与仿真 (12) 4.1.1 分析并设定RF 系统设计指标 (12) 4.1.2 研究并选择恰当的RF拓扑结构 (13) 4.1.3 定义功能模块并进行RF系统性能优化 (13) 4.2 电路级设计与仿真 (14) 4.2.1 研究选择合适的电路拓扑结构 (14) 4.2.2 器件选型与建模 (14) 4.2.3 关键模块设计与电路级仿真 (14) 4.2.4 综合仿真验证RF 系统性能 (14) 4.2.5 各独立模块制作与测试 (14) 4.3 集成测试 (14) 4.3.1 组合各个单独电路模块 (14) 4.3.2 调试 (14) 4.3.3 修改系统指标（如果需要） (15) 4.3.4 重新定义项目目标（如果需要） (15)
附件2 第一部分：通信系统设计方案 一、系统概述 通信网络是一切信息传送的载体，它的设计好坏将直接影响到南海区一期智能交通管理系统的整体建设是否成功。因此，根据南海区智能交通系统一期建设特点，需要考虑采用当前先进的技术，建立整个系统的通信网络，以保证系统高速、稳定、安全的运行。 目前，通信网络可以选择有线和无线两种。其中，无线通信又分为很多种，主要有超短波和微波，微波的传输受自然环境影响较大，如：山体、建筑物的遮拦，对微波都有影响。 考虑到信息化技术的需要，在佛山市公安局南海分局交通警察大队指挥中心与下面17个中队的分中心及关键节点之间建立一条信息高速公路，将对南海区交通管理的信息化、智能化建设起到促进作用，不仅可以解决目前实时传送图像、实时控制信号等的问题，而且还可以提高整个南海区公安交通管理部门的办公自动化和辅助决策水平。为此，建议在大队指挥中心、中队队部及重要道口等关键节点之间采用光纤传输。 平时可以用光纤通道作为主通信通道，传送数据、图像信息（实时图像）。同时，在未来建设中，可考虑采用无线网络作为备份网络，在光纤网出现故障时，作为数据、图像信息的备用通道。
此次建设的无线系统主要是为移动警务系统服务，并有部分用作交通流信息检测系统。 二、系统设计原则 （一）网络的先进性 在本方案的设计中，在不降低整个系统性能的基础上，尽可能地利用现有设备和通讯线路，降低网络建设的投资成本，组建先进、可靠、具有升级潜力的业务和办公自动化综合应用网络。 总的指导思想是，以高水准、最优化的系统集成方案及一流的网络技术和设备，将南海区交通管理的通信网络建成一个性能先进的、安全的、可靠的、高效的智能化计算机网络系统。整个网络系统除具有技术先进性、安全可靠性、功能可扩展性及操作方便性之外，还需结合南海区智能交通系统规划与建设的实际情况，使整个网络系统具有合理的性能价格比。 （二）网络的安全性 南海智能交通管理系统一期工程的工作对信息安全性和保密性要求较高，网络信息系统应有较强的安全防卫机制。系统应提供多方式的安全保密措施，保证系统中数据的安全。公安部提出并组织制定了强制性国家标准《计算机信息安全保护等级划分准则》，此《准则》于1999年9月经国家质量技术监督局发布，并于2001年1月1日起实施。根据《准则》内容，本标准规定了计算机信息系统安全保护能力的五个等级，即：第一级：用户自主保护级；