時分復(fù)用的仿真與分析畢業(yè)設(shè)計-資料下載頁

　　

【正文】 4系統(tǒng)性能的分析（1） 第一路信號不做任何處理，其它七路信號分別做相對于前一路輸入信號的兩個單位延遲。在譯碼時出現(xiàn)了部分失真。分析結(jié)果如下：示波器1接在仿真框圖的輸入端部分，其輸出波形為包括方波、鋸齒波和正弦波在內(nèi)的八路原始輸入信號。示波器3接在仿真框圖的輸出端，即解復(fù)用端，其輸出波形為對復(fù)用波形進(jìn)行按時間抽取采樣分離以后的重建信號。仔細(xì)對比示波器1和示波器3的輸出波形。可以看出示波器1的輪廓不包含示波器3中的方波、鋸齒波。可以得出在經(jīng)過Subsystem采樣Merge合成以后，示波器1的輸出波形出現(xiàn)了失真現(xiàn)象。對比示波器5和示波器4的輸出波形。可以看出兩者之間波形總體來說略有失真，原因就是時隙變大，使信號在恢復(fù)過程中出現(xiàn)了拓寬和少量混疊，同時，復(fù)用和解復(fù)用中可能有混入的無關(guān)量，造成了干擾，引起信號帶寬的增大，使恢復(fù)出的波形出現(xiàn)了失真。 scope3原始信號的波形 scope1重建新號后的輸出波形 scope5編碼后的輸出波形 scope5編碼后的輸出波形（2） 第一路信號不做任何處理，其它七路信號分別做相對于前一路輸入信號的一個單位延遲。分析結(jié)果如下：示波器1接在仿真框圖的輸入端部分，其輸出波形為包括方波、鋸齒波和正弦波在內(nèi)的八路原始輸入信號。示波器3接在仿真框圖的輸出端，即解復(fù)用端，其輸出波形為對復(fù)用波形進(jìn)行按時間抽取采樣分離以后的重建信號。仔細(xì)對比示波器1和示波器3的輸出波形。可以看出示波器1的輪廓包含示波器3中的方波、鋸齒波和正弦波。可以得出在經(jīng)過Subsystem采樣Merge合成以后，示波器1的輸出波形就是將輸入波形按照時隙分配復(fù)用原則解復(fù)用以后的波形。對比示波器5和示波器4的輸出波形。可以看出兩者之間波形總體來說基本一致略有失真，究其原因就是在復(fù)用和解復(fù)用中可能有混入的無關(guān)量，造成了干擾，引起信號帶寬的增大。針對此情況，在輸出端分別加入了低通濾波器和數(shù)字濾波器，減小了干擾量的影響，但相比示波器5的編碼波形還是存在一定程度上的失真，但是最終通過低通濾波器和數(shù)字濾波器的處理，已實(shí)現(xiàn)了基本的復(fù)用功能。 scope3原始信號的波形 scope1重建信號的波形 scope5編碼后的輸出波形 scope4譯碼后的輸出波形經(jīng)過對比可知，在時分復(fù)用系統(tǒng)中，時隙大小對信號的傳輸與恢復(fù)起著至關(guān)重要的作用。在一定的時隙間隔下，雖然也能對信號進(jìn)行編譯碼，但是在原始信號的恢復(fù)時就會出現(xiàn)一定程度的失真，因此咋，在時分復(fù)用系統(tǒng)中，除了要必須滿足的抽樣定理的條件外，選擇合適的延遲也是非常重要的。 噪聲環(huán)境對系統(tǒng)的影響數(shù)子通信傳輸系統(tǒng)中，由于噪聲，干擾等因素，會使傳輸信號受到干擾。信道的抗噪聲性能是衡量一個信道性能的重要因素，數(shù)字通信系統(tǒng)的抗噪聲性能是指系統(tǒng)克服加性噪聲的能力。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，它通常采用誤碼率來衡量。本次畢業(yè)設(shè)計主要對信道抗噪聲性能跟抽樣次數(shù)，進(jìn)制數(shù)。通信系統(tǒng)的抗噪聲性能是指系統(tǒng)克服加性噪聲影響的能力，在數(shù)字通信中，信道的加性噪聲能使傳輸碼元產(chǎn)生錯誤，錯誤程度通常用誤碼率來衡量。香農(nóng)定理指出，在噪聲與信號獨(dú)立的高斯白噪信道中，假設(shè)信號的功率為S，噪聲功率為N，信道通頻帶寬為W(Hz)，則該信道的信道容量C有這就是香農(nóng)信道容量公式。從公式(1)中我們可以看出，在特定帶寬（W）和特定信噪比(S/N)的信道中傳送信息的速率是一定的。由信道容量公式還可得出以下結(jié)論：(1)提高信號S與噪聲N功率之比，可以增加信道容量。(2)當(dāng)信道中噪聲功率N0時，信道容量C無窮大，這就是說無干擾信道的信道容量可以為無窮大。(3)信道容量C一定時，帶寬W與信噪比S/N之間可以互換，即減小帶寬，同時提高信噪比，可以維持原來信道容量。(4)信噪比一定時，增加帶寬W可以增大信道容量。但噪聲為高斯白噪聲時(實(shí)際的通信系統(tǒng)背景噪聲大多為高斯白噪)，增加帶寬同時會造成信噪比下降，因此無限增大帶寬也只能對應(yīng)有限信道容量，該極限容量為：其中，n0為噪聲功率譜密度,n0=N/W。香農(nóng)公式可以畫成圖3中的曲線。該圖橫坐標(biāo)為信噪比S/N，以分貝dB為單位；縱坐標(biāo)為C/W，單位為b/S/Hz，其物理意義為歸一化信道容量，即單位頻帶的信息傳輸速率。顯然，C/W越大，頻帶的利用率越高，也即信道的利用率越高。該曲線表示任何實(shí)際的通信系統(tǒng)理論上頻帶利用能達(dá)到的極限。曲線下方是實(shí)際通信系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的頻帶利用區(qū)域，而上方為不可實(shí)現(xiàn)區(qū)域。 香農(nóng)公式曲線5 TDMA方式的時隙分配算法在相鄰抽樣脈沖之間存在時間上的空隙，利用這種空隙便可以在同一信道中傳輸其它路 信號的抽樣脈沖，在接收端就可以想法把各種信號分開，最后實(shí)現(xiàn)恢復(fù)各路原始信號。但是，在現(xiàn)實(shí)中的很多情況下，都會有噪聲存在，在仿真過程中噪聲的處理時非常重要的。時分解復(fù)用通信，是把各路信號在同一信道上占 有不同時間間隙進(jìn)行通信分離出原來的模擬信號。由抽樣定理可知，將時間上離散的信號變 成時間上連續(xù)的信號，其在信道上占用時間的有限性，為多路信號沿同一信道傳輸提供了條件。時分解復(fù)用是建立在抽樣定理的基礎(chǔ)上的,因?yàn)槌闃佣ɡ磉B續(xù)(模擬)的基帶信號由可能被 ，就是把時間分成一些均勻的時間間隙，將各路 信號的傳輸時間分配在不同的時間間隙，以達(dá)到互相分開，互不干擾的目的，在仿真過程中，恢復(fù)基帶信號時，由于噪聲或者參數(shù)設(shè)置的影響，時分復(fù)用的解調(diào)過程也比較復(fù)雜，大多情況下，利用抽樣判決器進(jìn)行抽樣判決以恢復(fù)基帶信號。抽樣脈沖占據(jù)時間一般較短,因此, 就可能用一條信道同時傳送若干個基帶信號,并且每一個抽樣值占用的時間越短,能夠傳輸?shù)?,各個信號就能分別互 相分開，互不干擾并不失真地還原出原來的模擬信號，另外，在加入幀同步信號是，在輸入端加入一路信號作為幀同步信號，在解復(fù)用必須端利用與門等邏輯運(yùn)算對幀同步信號進(jìn)行校驗(yàn)，在選擇幀同步碼時候要選擇能夠準(zhǔn)確提取幀同步信號的碼。 為了使系統(tǒng)中的所有成員都能均衡有效地工作，要求在一個時元內(nèi)， 不但任意網(wǎng)絡(luò)成員發(fā)送消息的間隔要均勻分布，而且整個網(wǎng)絡(luò)發(fā)送消息的間隔要近似均勻分布，也就是說分配每個節(jié)點(diǎn)的時隙應(yīng)具有周期性的等間隔。在時隙分配中，若按單個的時隙逐一分給每個成員，實(shí)現(xiàn)起來很困難，而且很難達(dá)到要求。為此提出時隙塊模型，將時隙“成塊”地分給各節(jié)點(diǎn)。采用該方法給用戶分配時隙時，還存在著這樣一個問題值得注意：當(dāng)用戶所分配的時隙需要由若干個節(jié)點(diǎn)塊內(nèi)的時隙組成時，可以有若干種選擇。但考慮到時隙的均勻性原則，在選擇這些節(jié)點(diǎn)塊組合時，須滿足以下準(zhǔn)則：對同一級節(jié)點(diǎn)塊來說，塊間間隔 BI 越大越好。本文研究的內(nèi)容是在MATLAB的simulink仿真基礎(chǔ)上，按照多址方式中的，時分多址。在掌握多址技術(shù)的思想，原理和實(shí)現(xiàn)方法上，用軟件Matlab/Simulink搭建時分多址系統(tǒng)仿真模型，對不同的噪聲環(huán)境，帶寬大小進(jìn)行分析；并提出基于優(yōu)先級的TDMA動態(tài)時隙分配算法。當(dāng)前，在多個學(xué)科對這一問題都展開了研究，Link16作為美國國防部裝備部隊(duì)用于指揮、控制和情報的主要戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，采用的就是TDMA接入方式的無線數(shù)據(jù)廣播網(wǎng)絡(luò)，時分多址訪問是一種無中心節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，它的運(yùn)作不依賴于特定節(jié)點(diǎn)的控制，為使廣播有序進(jìn)行，系統(tǒng)將時間軸劃分為時間元時元劃分為時間幀，時間幀劃分為時隙，在此過程中，TDMA時隙分配算法，通過使信道分配得到更好的信道利用率，提升了處理不同業(yè)務(wù)類型的能力，是的傳統(tǒng)的延遲和帶寬分配變得可控，本文以D TDMA 算法的幀結(jié)構(gòu)設(shè)計為基礎(chǔ)，提出基于優(yōu)先級的D TDMA，具體來說，圍繞著以下三個方面來展開：(1)時分多址的動態(tài)時隙分配算法的幀結(jié)構(gòu)分為預(yù)約請求時隙和數(shù)據(jù)時隙兩個階段，預(yù)約請求時隙由n個微時隙組成，節(jié)點(diǎn)對微時隙的占用采用固定分配模式，微時隙的長度和系統(tǒng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的個數(shù)決定了請求時隙的長度，微時隙在一幀中占用的比例越小，數(shù)據(jù)時隙在一幀中占用的比例就越大，這樣可以節(jié)省系統(tǒng)開銷，提高系統(tǒng)性能。基于優(yōu)先級的動態(tài)時隙分配算法和基于哈希算法的時隙分配算法都可以提高系統(tǒng)的性能，但哪種方法分析效果更好，這至關(guān)重要。文中對這兩種方法進(jìn)行了多角度的對比，并以實(shí)際的時分多址做仿真，得出根據(jù)幀結(jié)構(gòu)的不同對現(xiàn)有的時隙分配算法進(jìn)行分類，能減少報文的平均延誤時間,適合突發(fā)應(yīng)急報文的傳輸需要，更適合當(dāng)代快速發(fā)展的通信系統(tǒng)(2) 基于哈希算法的動態(tài)時隙資源分配機(jī)制HP_TDMA算法。該算法將節(jié)點(diǎn)的時隙需求劃分為3種情況:節(jié)點(diǎn)不需要使用時隙、只需要使用主時隙和需要競爭額外時隙。在時隙競爭階段采用哈希算法獲得節(jié)點(diǎn)對時隙使用的優(yōu)先級順序表,按照優(yōu)先級表配置節(jié)點(diǎn)對時隙的使用。經(jīng)過仿真分析得出采用哈希算法的時隙分配策略能夠高效地利用時隙資源,提高信道利用率。該算法綜合了固定分配和動態(tài)接入的優(yōu)點(diǎn),具有最小時延保障。但是這種算法沒有充分考慮節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)不均衡的情況,在競爭階段節(jié)點(diǎn)都按優(yōu)先級高低盡最大可能占有時隙,而不考慮自身的時隙需求,因此該算法不能充分利用時隙資源。　　（3）根據(jù)幀結(jié)構(gòu)的不同對現(xiàn)有的時隙分配算法進(jìn)行分類,分析其特點(diǎn)及綜合性能。根據(jù)二叉樹塊內(nèi)均分法,提出一種基于優(yōu)先級的態(tài)時隙分配算法,地面主控站可根據(jù)用戶的緊急或優(yōu)先級高低的預(yù)約請求進(jìn)行實(shí)時分配,能滿足用戶占用時隙塊發(fā)送較長報文的需求。仿真結(jié)果表明,該算法能減少報文的平均延誤時間,適合突發(fā)應(yīng)急報文的傳輸需要。根據(jù)仿真結(jié)果表明，基于優(yōu)先級的動態(tài)時隙分配算法，適用于用戶有應(yīng)急需要、發(fā)送較長報文、占用連續(xù)多時隙的場合，該策略采用預(yù)約時隙的方式，根據(jù)信息類型對應(yīng)的優(yōu)先級進(jìn)行排隊(duì)處理，依次滿足各用戶的預(yù)約請求，該算法時隙利用率高，能動態(tài)調(diào)整時隙分配，可有效避免信息的碰撞。能夠更加高效的利用信道，實(shí)現(xiàn)時隙的動態(tài)分配，提高信息的傳送速率，更適合當(dāng)代信息時代的需求。　6總結(jié)我本次的畢業(yè)設(shè)計主要原理就是利用各個時隙在時間軸上不相互重疊達(dá)到多路復(fù)用的目的，它是基于抽樣原理的基礎(chǔ)之上的。在本次仿真的過程中根據(jù)抽樣定理和奈奎斯特準(zhǔn)則實(shí)現(xiàn)仿真過程中，抽樣、量化、編碼基本上都是利用Matlab中的各個器件模塊來實(shí)現(xiàn)的，在準(zhǔn)確掌握通信原理理論的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)起來還是很容易的。但是在后面模塊中的解復(fù)用部分，由于抽樣的速率及時間都會對信號的恢復(fù)有影響，所以在時隙大小的控制仿真部分，實(shí)現(xiàn)過程中遇到了一些小麻煩，但是最后在老師的講解與指導(dǎo)下，還是把信號解了出來。由于自己能力有限，在本次畢業(yè)設(shè)計中，設(shè)計仿真電路花了一些時間，在網(wǎng)上找了很多資料，加上自己平時學(xué)習(xí)的知識，對比之下，選擇了最簡單的電路來實(shí)現(xiàn), 并沒有完全完成老師任務(wù)書的要求。同時，過于簡單的電路可能會在功能上存在一定的缺陷，這是個遺憾。但同時，我也收獲了很多，首先，畢設(shè)提高了我們分析問題的能力。面對一個課題如何下手，這往往是我們遇見的最大問題，如何聯(lián)系學(xué)習(xí)的理論知識去處理，這是我們欠缺的地方。同時通過做東西，也加強(qiáng)我們對理論的知識的理解。第二，能夠培養(yǎng)我們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。復(fù)雜的電路，繁冗的接線要求我們必須細(xì)心小心的處理。仿真時，出不來結(jié)果，必須每個元件的，一步步去檢查。最后，通過畢設(shè)為我們以后設(shè)計電路提供了一定的思路和方法。而且通過本次畢業(yè)設(shè)計，我把通信原理的基礎(chǔ)及重點(diǎn)知識又復(fù)習(xí)了一遍，又聯(lián)系仿真中的問題，通過自己動手，掌握了本次課程設(shè)計的實(shí)現(xiàn)原理，學(xué)習(xí)到了自己以前沒有學(xué)會、沒有掌握的一些知識，在這里，謝謝李老師的悉心教導(dǎo)與嚴(yán)格要求。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我深深感受了學(xué)習(xí)中實(shí)踐的重要作用，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)制作各種東西更是如此，知識只有在經(jīng)常的學(xué)習(xí)與實(shí)踐的過程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計中的最大收獲。總之，通過畢設(shè)，我收獲了很多。不僅對理論知識有了更為深刻的認(rèn)識，同時提高了我們的綜合能力。在這個過程中，我曾經(jīng)因?yàn)閷?shí)踐經(jīng)驗(yàn)的缺乏失落過，也曾經(jīng)仿真成功而熱情高漲。生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。在畢業(yè)設(shè)計過程中，收獲知識，提高能力的同時，我也學(xué)到了很多人生的哲理，懂得怎么樣去制定計劃，怎么樣去實(shí)現(xiàn)這個計劃，并掌握了在執(zhí)行過程中怎么樣去克服心理上的不良情緒。同時我也明白對任何事情如果付出越多，那么你收獲也就越多。因此在以后的生活和學(xué)習(xí)的過程中，我一定會把課程設(shè)計的精神帶到生活中，不畏艱難，勇往直前！致謝在整個畢設(shè)過程中，有辛酸，也有喜悅，不斷付出也不斷收獲著，整個過程就像是大學(xué)生活的縮影，也是象牙塔里的最后一程，這意味這我們將要開啟新的旅程，但拼搏不斷。在此期間，要特別感謝李老師給我的指導(dǎo)和孜孜不倦的教誨，在他的嚴(yán)格要求下，我的畢業(yè)設(shè)計才一步步走向成熟，還要感謝各位同學(xué)，他們陪我一起學(xué)習(xí)，一起做實(shí)驗(yàn)，一起解決問題，這段時間我學(xué)到了很多東西。 最后，我要感謝我的母校——陜西理工學(xué)院 ，為我們提供了良好的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在校期間，這里給我留下了美好的回憶，畢業(yè)設(shè)計整個過程給了我這樣一個鍛煉的機(jī)會，使我加深了對以前知識的理解和鞏固，拓寬了知識面，也提高了我對所學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力。祝愿母校的將來更美好！參考文獻(xiàn)[1] 樊昌信，曹麗娜．通信原理（第六版)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.[2] 邵玉斌．Matlab/Simulink通信原理建模與仿真實(shí)例分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.[3] 賈秋玲，袁冬莉，欒云鳳．、分析及設(shè)計[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2006.[4] 張圣勤．[M].北京：機(jī)器工業(yè)出版社，2006.[5]吳偉陵，龐沁華．通信原理[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2005.[6]青松，程岱松，武建華．?dāng)?shù)字通信系統(tǒng)的System View 仿真與分析[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.[7]桑林，郝建軍，劉丹．?dāng)?shù)字通信[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，200