
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
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文档简介
1、课程设计任务书2013 2014 学年第 2学期电子信息工程 学院(系、部)通信工程专业 B11-123 班级课程名称:移动通信设计题目: 基于 simulink (Matlab/simulink )的 TDMA 通信系统仿真完成期限:自16_周至18周共3周内 容 及 任 务1 设计内容1)设计一个基于Simulink的TDMA系统的仿真模型,画出组成框图,说明工 作原理;2)给出模型中的各模块的参数及相应的仿真波形,并进行简单的波形与图形分 析2.设计任务1)完成TDMA系统的理论分析和设计2)完成基于Simulink的TDMA系统的仿真和参数的测试进 度 安 排起止日期工作内容16周周一
2、任务分配和讨论。16周周一至16周周三TDMA系统的理论学习16周周四至17周周一仿真软件的学习和熟练使用17周周至17周周五TDMA系统的仿真和参数的设定17周周五至18周周三调试和分析18周周四周五课程设计说明书的撰写主要参考资料1、通信原理樊昌信著 国防工业出版社2、现代通信原理曹志刚著3、 MATLAB仿真技术与应用 张德丰著清华大学出版社4、 现代通信系统仿真教程(第2版)陈树新等著清华大学出版社基于 simulink (Matlab/simulink )的 TDMA 通信系统仿真一. 设计的目的与任务要求1学习使用计算机建立通信系统仿真模型的基本方法及基本技能,学会利用仿真的手段对
3、于实用通信系统的基本理论、基本算 法进行实际验证;2.用simulink设计一个通信系统,加深对通信原理和simulink的 理解,并完成TDMA系统的理论分析和设计3完成基于Simulink的TDMA系统的仿真和参数的测试,且通 过系统仿真加深对通信课程理论的理解二. 设计内容1)设计一个基于Simulink的TDMA系统的仿真模型,画出组 成框图,说明工作原理;2)给出模型中的各模块的参数及相应的仿真波形,并进行简单 的波形与图形分析三. TDMA系统的原理及Simulink建模环境简介电通信中,在相同的时间、空间和频域内,不同的信号可以与 各自的对象进行信息交换,依靠的是多址技术时分多址
4、(TDMA ) 是一种利用时隙分离,在相同的频域内传输多路信号的多址技术本文利用Matlab/ Simulink对TDMA技术进行了仿真研究,仿真结果证明了仿真模型的正确性对通信原理中多址技术的学习有一定的指导作用,同时可以为通信建模仿真提供一定的参考 .1.时分多址(TDMA )技术时分多址,简称 TDMA (Time Division MultipleAccess).是通信技术中基本多址技术之一,TDMA应用在北美数字式先进移动电 话系统(D-AMPS ),全球移动通信系统(GSM)和个人数字蜂窝系 统(PDC)中,卫星通信和光纤通信中也有应用.时分多址是将通信 信道在时间上分割成周期性的
5、帧,每一帧再分割成若干个时隙,(无论是帧还是时隙都互不重叠的)。利用时分多路转换开关使每个时隙 中传输一路信号在频分双工(FDD)方式中,上行链路和下行链路 的帧分别在不同的频率上,在时分双工(TDD)方式上,上、下行 帧都在相同的频率上。时分双工中,各个移动台在上行帧内只能按 指定的时隙向基站发送信号。为了保证在不同的传播试验情况下, 个移动台到达基站处的信号不会重叠,通常上行时隙内必须有保护 间隔,在间隔内不传送信号。基站按顺序安排在预订的时隙中向各 移动台发送信息。在满足定时和同步的条件下,基站可以分别在不同的时隙中接 收到各移动终端的信号而不混扰同时,基站发向多个移动终端的信 号都按顺
6、序安排在预定的时隙中传输,各移动终端只要在指定的时 隙内接收,就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来可见,时分多址技术的主要技术要求就是准确同步,即在指定的时隙 内完成接收和发射任务。2.simulink仿真介绍Simulink是Matlab的重要组成部分,是 Matlab环境下对动态系统的建模,仿真,和分析的软件包。它提供图形用户界面,用 户可以用鼠标操作,从模板库中调用标准模板,将他们适当的连接 起来,已构成动态系统模型。Simulink与用户交互接口是基于Win dows的模型化图形输入,从而可使用用户把更多的精力投入到 系统建模的构建。1 )Simulink 模块库模块库有各个
7、模块组成,整个 Simulink模块库包含有若干模块 组。例如:常用模块组:Com mon ly Used Blocks。连续模块组:Contin uous。 非连续模块组:Disco ntin uties。离散模块组:Discrete。逻辑与二进制操作模块组:Logic and Bit Operatio ns。寻表操作 组:Lookup Tables等,用户可以自定义模块组。模块作为仿真模型的基本组成单元,其基本操作包括选定、复制、移动、调整、删除、标志和连接 等。2 Simulink模块基本操作为:创建一个正弦信号的仿真模型。步骤如下:(1)在MATLAB的命令窗口运行simulink命令
8、,或单击工具栏中的图标 ,就可以打开Simulink模块库浏览器(SimulinkLibrary Browser)窗口,如图 1 所示。 5flhilink UbrAry Bi QwMrEM:EkM VrtwLibanMCnlr 事.pi IprniUH| finlteikCprwi?n Uwd ng切-Ccnwusia-Ddcarwiuidk-OWTiBfapLaglc- and ot 口网“跑日 -LMkupTabKi -MW 口*ri的古 -Modfl VWiHctlnUlftW-fiani A Bubsyema=S4n*IArbult”爭甲n.l RpytnyS4nkB-Sa u re
9、el-UAAi-DAlUBd Fuhlra1-昨tr 鼻斟 H AerMpac BkKkwl 鼻匚anvnunbikini Bkickiel 卜 ft Cnlrd Syrtem Tac*cH EDA StnuWar Lirt C5 卜 EDAmulHar LjM h 卜 辛 EDAmiWiar Lrt MO 附 91LinkCCft fil Entedded a Unk WU 酬 Enraed DE Liik VS d Furry l-Epc Toolm :4* !Bll JBIinH!13匹3匹画日因囤曰EanRBwiCentinLKiuiOMOniirritfiDwvicLbt4*A4EC
10、WI*4nLtKitup TaIbiM*PCWM-9HfMwMAnt-OMicnWitiiHr=rii*m.iS-|nHl Plculiryiv单击工具栏上的图标或选择菜单File”New ”模型窗口Model”,新建一个名为“ untitled”的空白 在上图1的右侧子模块窗口中,单击“ Source”子模块库前的“ +” (或双击Source),或者直接在左侧模块和工具箱栏单击 Simulink下的Source子模块库,便可看到各种输入源模块(4)用鼠标单击所需要的输入信号源模块“ Sine Wave (正弦信 号),将其拖放到的空白模型窗口“ untitled”,则“ Sine Wavg
11、模块 就被添加到untitled窗口;也可以用鼠标选中“ Sine Wavg模块,单击鼠标右键,在快捷菜单中选择“ add to untitled”命令,就可以将“ Sine Wavg模块添加到untitled窗口,如图7.2所示(5)用同样的方法打开接收模块库“Sinks”,选择其中的“Scope”模块(示波器)拖放到“ untitled”窗口中(6) 在“untitled”窗口中,用鼠标指向“ Sine Wave右侧的输 出端,当光标变为十字符时,按住鼠标拖向“ Scope模块的输入端, 松开鼠标按键,就完成了两个模块间的信号线连接,一个简单模型已经建成。如图7.3所示。(7) 开始仿真,
12、单击“ untitled”模型窗口中“开始仿真”图标卜,或者选择菜单“ Simulink ”一“Start”,则仿真开始。双击“Scope模块出现示波器显示屏, 可以看到黄色的正弦波形。如图 7.4所示(8)保存模型,单击工具栏的图标,将该模型保存为“ Ex0701.mdl” 文件2)模块的操作模块的操作主要包括模块的选取、复制、调整、旋转、删除、 颜色设定、参数设定、注释以及连线。2.子系统的建立与封装用户可以通过以下两种方式建立子系统:先添加模块,再将模块组合到子系统中。或先构建空白子系统,再把子系统块所包含的模块添加进去。Simulink子系统的作用是使系统更加简洁,可读性高;而且子系统
13、可以反复调用,节省时间。直接生成子系统即压缩法1将要封装的子系统的模块调整好位置, 以利于框选。再按住鼠 标左键托出选择框,选中需要封装的部分,包括模块和信号线,如 图3所示2)选择菜单Edit-Create Sbusystem或单击鼠标右键选择弹出菜单中的Create Sbusystem便得到一个子系统,调整它的大小和位置,如图3若是查看或编辑子系统内部的模块,只需用鼠标左键双击该子系统四.TDMA系统的建立与仿真PdpcBUrgTDMA 通信系统的Matlab/Simulink仿真模型,如图1所示.CarKlaml经利用三个信号发生器分别产生方波、正弦波和三角波来代表 不同的信源,将三路信
14、号送TDMASubsysteml模块内进行时分多路 键控,在各自允许时隙内接通,其它的时隙内断开三路时分转换后 的信号在合路器中相加为一个连续时间信号(即各自不同的用户在 各自的信道内传送消息),信道传输后在TDMASubsystem 2中利用 不同的时隙将其分离开最后,在TDMASubsystem 3中取样保持为信 宿接收的信号.其三个子系统分别如下:TDMASubsystem 1模块结构如图2所示.此部分为分时发送部分,它完成一个分时多路转换的功能.利用 三个载波依次相差1/3周期的频率为100Hz的矩形脉冲信号控制三 个可控开关即:在10mS的时间间隔内产生3个时隙,每个时隙用来 传输一
15、路信号(其占空比均为33.333%,时延依次相差1/3个周期如图 所示,第一个设置其他两个设置也是如此).可控开关利用过零检测,Constan均设置为0,门限值也设为0,其采样周期设为0.1ms.TDMASubsystem 2模块结构如图3所示P-UlM s5*nTMLmlxEOT 1回IFIh-*n-fcrEar 3Oue-IQ皿OmE3-TDMASubsystem 2 模块的结构同 TDMASubsysteml 完全相同,保持时间上的准确同步即其载波设置,可控开关均同一,其完成功能是将不同时隙的信号进行分离.TDMA仿真结果Im 3lEn-ebl-ed3lf traR * 亡 e W然而,
16、接收到的信号只是时间上离散幅值连续的模拟信号, 其高频分量较多,TDMASubsystem 3模块利用取样保持的方法将其 部分高频分量去除,实际中也可用滤波电路.TDMASubsystem 3模块 结构如图4所示.1输入信号输入三路信号分别为方弦、正弦波和锯齿波幅度分别为1.5V、 2V和1.5V,频率为5Hz.为了清楚地观察波形,在三信号上分别叠加 了常数值1.5、0和-3即在总原理图的Constant仲设置1.5 0 3,以下 图形未加说明时,均已叠加此常数值.2.分时取值后的三路波形输入信号经过子系统TDMASubsystem 1后,分别在相应的时隙 中得到了采样.将10ms分为三个等间
17、距时隙,第一个时隙用于传送 方波信号,第二个时隙传输正弦波信号,第三个时隙传输锯齿波信 号.3分时取值后的合成信号此合成信号为TDMA系统的发送波形,它是分时信号在时间轴 上的叠加,三种信号分别占用着不同的时隙.4不同时隙分离的信号此信号为模块TDMASubsystem 2的输出信号,该模块结构与 TDMASubsystem 1相同,将时间上叠加在一起的三个分时信号利用 各自的时隙分离开来.当分时采样的时序与接收端的时序严格同步 时.3.5取样保持后的信号波形接收到的信号(图8)经过采样保持电路可以恢复出发送端的 信号.图9中波形可知,虽然很接近发送端信号波形但有一定差别, 但这种差别我们在使
18、用中通常不会察觉.根据抽样理论我们可以知 道,此种方法采样后的信号包含了所有原信号的频谱分量只是幅度 增益有小的畸变,当时隙小到一定值时,这种畸变完全可以忽略五.课程总结本文在阐述了 TDMA基本原理的基础上,利用Matlab/Simulink 建立 了 TDMA系统的仿真模型,仿真结果充分证明了仿真模型的正确性, 对TDMA的学习和通信系统的基础仿真有指导作用.仿真过程中要求TDMA系统的发送与接收端要求时序上严格的同步性,否则将导致系 统错误.另外,仿真选用的输入信号频率较小,而时隙较大,但这并 不影响仿真结果的一般性.通过这一系列的学习,进一步理解了 TDM系统的实现原理,也进一 步了解了第二代移动通信GSI的实现的过程,以及多址技术的应用, 其在实际的
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