基于Simulink的TDMA技术的仿真综述.docx

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基于Simulink的TDMA技术的仿真综述

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

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周周一至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

1．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（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（TimeDivisionMultipleAccess）.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Ｗｉｎｄｏｗｓ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：

CommonlyUsedBlocks。

连续模块组：

Continuous。

非连续模块组：

Discontinuties。

离散模块组：

Discrete。

逻辑与二进制操作模块组：

LogicandBitOperations。

寻表操作组：

LookupTables。

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。

2Simulink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，或单击工具栏中的图标

，就可以打开Simulink模块库浏览器（SimulinkLibraryBrowser）窗口，如图1所示。

（2）单击工具栏上的图标或选择菜单“File”——“New”——“Model”，新建一个名为“untitled”的空白

模型窗口。

（3）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“SineWave”（正弦信号），将其拖放到的空白模型窗口“untitled”，则“SineWave”模块就被添加到untitled窗口；也可以用鼠标选中“SineWave”模块，单击鼠标右键，在快捷菜单中选择“addto'untitled'”命令，就可以将“SineWave”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“SineWave”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，单击“untitled”模型窗口中“开始仿真”图标

，或者选择菜单“Simulink”—

—“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-CreateSbusystem或单击鼠标右键选择弹出菜单中的CreateSbusystem，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。

4．TDMA系统的建立与仿真

TDMA通信系统的Matlab/Simulink仿真模型，如图1所示.

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，将三路信号送TDMASubsystem1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TDMASubsystem2中利用不同的时隙将其分离开.最后，在TDMASubsystem3中取样保持为信宿接收的信号.

其三个子系统分别如下：

TDMASubsystem1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，

Constant均设置为0，门限值也设为0，其采样周期设为0.1ms.

TDMASubsystem2模块结构如图3所示

TDMASubsystem2模块的结构同TDMASubsystem1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

然而，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，TDMASubsystem3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.TDMASubsystem3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Constant1中设置[1.503]，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TDMASubsystem1后，分别在相应的时隙中得到了采样.将10ms分为三个等间距时隙，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TDMASubsystem2的输出信号，该模块结构与TDMASubsystem1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.

5．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TDMA系统的实现原理，也进一步了解了第二代移动通信GSM的实现的过程，以及多址技术的应用，其在实际的TDMA数字蜂窝系统中，上行链路较与下行链路推后三个时隙以确保时间的同步，且允许移动台在这3个时隙的时间内进行帧调整以及对收发信机进行调谐和转换。

该模拟仿真的过程也是应用了这一原理来实现系统信息的传送与接收，在不同的时隙内完成不同的信号传输，以致实现用户的通话连接，且保证话音的质量。

六．参考文献

1.Simulink通信仿真教程/李贺冰主编；袁杰萍，孔俊霞副主编。

—北京：

国防工业出版社，2006.5

2.移动通信/李建东，郭梯云，邬国扬编著.—4版.西安：

西安电子科技大学出版社，2006.12

3.樊昌信等编著.通信原理（第五版）[M].国防工业出版社，2002.

4.