基于Simulink软件无线电的仿真与研究.docx

1、基于Simulink软件无线电的仿真与研究 本文由魔法土豆ok贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 科门箍！三兰舟：塑！ 代码塑镕 专菇椰孪生彦 士学位论文 论文题目一基于软件无线电的 堕基：量妥塑 。 二 学暨嫩名 学 一 号 施邑磊 ！坚！：二 专 指导教师二堂查雯墼二堡 攀科专业 电路与系统 研究方向堡垡适焦垦壅塑堕堕鱼呈墼型 论囊提交目期三旦童箜查旦 南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 摘要 本文系统地研究了基于中的通信基带系统建模仿真。利用 对通信系统中几种基本信道模型进行了构造研究，同时还构造了神经网络模型， 并以此解决盲信号

2、检测问题，仿真结果表明文件和模型结果一致。由于 是具有内在的模块化，系统化，以及时间流，定点数的仿真工具，不仅可以真实地模拟一 个通信系统，使通信系统里面的核心算法在整个系统中进行仿真验证，而且可以和 的工具包（）结合，产生可以直接在数字信号处理硬件上 运行的代码，所以这些研究工作对于软件无线电技术开发应用具有重要价值。本文主要工 作归纳如下： 利用对通信系统中最基本信道模型一性高斯白噪声信道的特性进行 仿真。首先介绍了该信道的基本特性，然后构建了它的系统仿真模型，介绍了一 种基于批处理的仿真系统。 研究了基带通信系统中衰落信道的特性，在对模型进行分析的基 础上，利用的基础模块搭建了与数学模型

3、对应的完整衰落信道 模型。 学习了解了神经网络的相关知识，由于神经网络的能量函数的特性，可 以利用发送信号的有限字符集特性和接收信号矩阵的正交补空间特性，把信号盲 检次优化形式转换为具有稳定状态解的连续神经网络能量函数形 式，实现对盲信号的直接恢复，并用仿真实现，验证了其良好的性能。 由于硬件化的特性，使得本论文的工作有着很大的实用性以及一定的创 新性。 关键词：；软件无线电：信道；衰落信道；神经网络 ， ， 。 ， ， ， ， ： ， ， ， ， ， ； ， 一 南京邮电大学硕上研究生学位论文 ：； ； ； 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研

4、究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：箍、昼磊日期：丑：笸孑 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 （包括刊登）

5、论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：盈匝叠盘导师签 吼夥 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 第一章绪论 软件无线科 软件无线电研究的背景及定义 随着社会的发展和科学的进步，近几十年来，无线通信技术得到了飞速的发展，它正 被广泛应用于商业、军事、气象、民用等领域。当代无线通信系统有很多种，例如，卫星 通信系统、蜂窝移动通信系统、无线寻呼系统、微波通信系统、短波通信系统等等。各种 无线通信系统的调制方式也有很多种，如、 等等。其中，多址方式有：（码分多址）、（时分多址）和（频分多 址）、空分多址等。各种通信系统由于自身的特性而应用于不

6、同的场合，而且他们的功能 相对较少，灵活性不够，可扩展能力较差，不同通信系统之间不能完全互通，然而另一方 面，由于社会的发展和人类需求的增加，我们都希望这些不同的通信系统之间可以互通。 为了解决互通性问题，各国都进行了积极的探索，努力使各不同设备既能满足互通性要求， 又能满足抗干扰，保密性好的要求；既能使通信设备跟上无线通信飞速发展的步伐，又能 延长设备的使用寿命。其中一种设想就是研制多功能电台，用软件实现硬件的功能。基于 此，年月，公司的 首次明确提出了软件无线电（： ）的概念，从而引发了软件无线电的研究热潮。从事通信方面的专家认为，“软 件定义无线电”将是一个解决全球无线通信需求的方案，它

7、将成为未来无线通信设备设计 的核心所在。 软件无线电是实现无线通信的一种新思路，它可以说是无线通信产业继年代中期 到年代中期从模拟到数字通信、年代中期到年代中期从固定到移动通信这两次革 命之后的第三次革命，也称为从硬件无线通信到软件无线通信的革命，这是通信科技发展 的必然选择。软件无线电在通信系统中，特别是在第三代移动通信系统中的应用目前已经 成为研究的热点。欧洲的先进的通信技术与业务计划中，有三项计划是将软件无线电技术 应用在第三代移动通信系统中的：（ ，灵 活的综合无线电系统和技术）计划将软件无线电技术应用到设计多频多模可编程手机。这 种手机可自动检测接收信号以接入不同的网络，且适应不同接

8、续时间的要求； 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 （ ，未来的无线宽带多址系统）计划的目标是 定义、研究与评估宽带有效的多址接入方案来满足（ ，通用移动通信系统）要求，方法之一是采用软件无线电技术； （软件无线电技术）计划是演示灵活的有效的软件可编程电台，它具有无线自适应 接入功能，并符合的标准。如将软件无线电的基本思想用到无线电通信中，将不需 要为每一种新的通信体制重新建网、更换设备，只需在各个通信系统中建设统一的硬件平 台，然后不论是现有的各种体制和标准还是将来新出现的体制和标准，都以软件加载的方 式进行更新换代。需要更新的软件可以通过一个统一的软件提供商来供给，软件可以以无 线

9、电波的形式从空中下载。使用这样一种理想的软件无线电概念后，所有的体制和标准更 新，以及不同体制之间的兼容，都可以通过更换适当的软件来完成，这样既节省了重新建 网的费用，也缩短了从研究到应用的周期。 同时，随着现代微电子技术及微处理器技术的进步，特别是大规模集成器件和可编程 器件的出现，使以硬件为主的传统无线电技术得到了长足的进步。、（ ，现场可编程逻辑门阵列）及（ ，通用）处理器 等硬件的发展和机总线概念的引入，导致无线电结构的重大变革，使无线电技术进入 新的阶段软件无线技术将成为甚至移动通信中的关键技术之一。 软件无线电的结构 作为一种新兴的技术，有关软件无线电的概念、结构、实现、用途等都还

10、在发展之中， 目前尚难以给出一个严格而全面的定义，根据现有相关文献论述，本文总结其定义大致为： 软件无线电是一种基于数字信号处理（）芯片，以软件为核心的崭新的无线通信体系 结构，通过模块化、标准化的硬件单元以总线方式连接构成基本平台，利用软件编程来实 现无线电台的各种功能，从基于硬件、面向用途的电台设计方法中解放出来，使得通信具 有很大的通用性、灵活性，并使得系统互联和升级非常方便；该技术是软件化、计算密集 型的操作形式；它与数字和模拟信号之间的转换、计算速度、运算量、存储量、数据处理 方式等问题息息相关；其目的就是希望建立开放式、标准化和模块化的通用硬件平台，将 诸如频率、调制方式、数据传输

11、速率、加密模式、通信协议等用软件来完成，使通信系统 具有较好的兼容性、可升级性和开发性。其核心思想是在尽可能在靠近天线的地方使用宽 带的“数字模拟（）转换器，尽早地完成信号的数字化，从而使得无线电台的功能 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 尽可能地用软件来定义和实现。 这里简要介绍软件无线电的结构特征。一个典型的软件无线电平台可以将硬件单元划 分成射频、中频（ ，）、基带、信源和信令等各层，它们具有模块 化结构，各层之间的连接通过控制总线和数据总线实现。软件无线电充分利用嵌入通信设 备里的单片机和专用芯片的可编程能力，提供一种通用的采用宽带转换器、和通 用中央处理器（）相结合的无线电

12、台硬件平台，既保持无线电台硬件结构的简单化， 又带来如下的优点：）灵活性：能转换信道、改变调制方式和接收不同类型信号；）集 中性：软件无线电技术多信道共享前端射频级，可对每一信道进行低成本的数字处理，尽 管软件无线电台比单个传统接收机要昂贵得多，但每个信道的成本大大降低了。 软件无线电的天线跨多个频段，形式统一，损耗低。射频部分完成输出功率的产生及 前置放大，接收信号时将射频信号转换成标准中频信号，发射信号时将标准中频信号转换 成射频信号，该标准中频信号适合和转换。中频部分完成中频信号与已调基带 信号之间的变换（接收和发射），它的主要功能是频率变换和滤波。基带信号处理部分把 数据流变换成适合信

13、道传输的基带信号和解调基带信号（含定时恢复），包括针对非线性 信道的预失真、编码和软判决参数估计等。比特流部分采用数字方式复接和分接多个用户 的比特流，这些比特流经过信源编码，包括（ ，前向纠错码， 如：比特交织、分组或卷积编码等）帧定时、比特填充、无线链路加密等，它还具备信令、 控制、运营、管理和维护等功能。 软件无线电硬件采用模块化结构宽带和及高速，公共硬件平台，支持 并行、流水线及多处理机。软件采用基于（ ，开放式系统 互联）参考模型的分层软件体系，支持开放式的模块化设计。灵活应用软件无线电的基本 硬软件模块，可使软件无线电设备对传播条件具有多种自适应能力（包括频率、功率、速 率及多径分

14、集等），多种抗干扰能力（包括自适应天线调零、自适应干扰抵消、扩频及跳 频等），灵活可变的多址方式（包括、）及其混合等，用户需要的 多种业务（包括话音、传真、数据及图象等）及多种组网与接口能力等。 软件无线电强调体系结构的开放性和全面可编程性，通过软件的更新改变硬件的配置 结构，实现新的功能。软件无线电采用标准的、高性能的开放式总线结构，以利于硬件模 块的不断升级和扩展。理想软件无线电的组成结构如图所示，其结构主要由天线、射频 前端、高速转换器、通用和专用数字信号处理器、低速转换器以及各 南京邮屯大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 种接口和各种软件所组成。 宽带 多频 止 高速 语音 低 速 、

15、， 图像 、 、一 中叫 部分 高速 心 卜 一 一 、 专用可 低 编程处理 速 段天 线 天线段 其他 、 、一 网络 数字 信号 高速处理段 低速处理 图软件无线电结构框图 其关键思想和与传统结构的主要区别在于：）将和向端靠近，由基带到中 频对整个系统频带进行采样；）用高速代替传统的专用数字电路与低速 做后的一系列处理。和移向端仅为软件无线电的实现提供了必要条件，关 键步骤是采用通用的可编程能力强的器件（和等）代替专用的数字电路，由此带 来的一系列好处才是软件无线电的真正目的所在。 典型的软件无线电台的工作模块主要包括下面三个部分：）实时信道处理：实时信道 处理包括天线、射频变换、和变换

16、器、中频处理、基带与比特流处理及信源编码。 其中射频变换包括输出功率的产生、前置放大、射频信号变换为标准中频或由标准中频变 换为射频信号，以适应宽带和变换。中频处理部分变换基带和中频之间的发射和 接收信号。通用主要完成各种数据率相对较低的基带信号的处理，比如信号的调制解 调，各种抗干扰、抗衰落、自适应均衡算法的实现等。还要完成经信源编码后的前向纠错， 帧调整、比特填充和链路加密等算法。也有采用多芯片并行处理的方法，以提高其处 理的能力。比特流部分将多个用户产生的信源编码复用成比特流，或与之相对应将比特流 多路分解。还提供信令、控制和操作、管理和维护功能。实时信道处理部分最合适的结构 是多指令多

17、数据多处理器的结构，即将多处理器组成一个流水线，来实现软件模块分配给 内部连接在一起的各个处理器的不同的功能序列；）环境管理：在准实时环境管理模块 中持续地使用频率、时间和空间特征来表征无线电环境，这些特征包括信道识别和估计其 它参数。环境管理模块的操作模块化，容易用一台多指令多数据并行处理器来实现。这种 并行环境管理模块和流水线工作方式的实时信道处理模块之间的接口必须使环境管理的 参数和信道处理模块同步；）在线和离线的软件工具：在线和离线系统分析、信号处理 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 和变宿主工具允许人们确定增量业务。这些业务的增加可在实时信道处理模块中生成和连 接，也允许人

18、们调整算法，以便钡试参数位置、确定业务的一些数值和资源影响。高度集 成化的软件工具可比较快地实施增值的软件升级，当软件定义的网络迅速扩大后，可通过 无线传输提供改进了的业务服务。 软件无线电的开发工具 是公司针对通信领域的产品，它在软件无线电方面的应用目的是 通过如和通信虚拟机（）将软件的发展与底层的硬件分离开来以减少开发 的投入。其本质是基于的。 的工作流程如下： ）将算法模块化； ）转换为可以识别的数据类型； ）通过应用程序借口（）进行连接。 简介 通信系统仿真简介 仿真是衡量系统功能的工具，它通过仿真模型的结果来判断原系统的性能，从而为新 系统的建立或者原系统的改造提供可靠的参考。通过仿

19、真，可以降低新系统失败的可能性， 消除系统潜在的瓶颈，防止对系统中某些功能部件造成过量的负载，优化系统的整体性能， 因此，仿真是科学研究中不可缺少的方法。 实际通信系统是一个功能结构相当复杂的系统，对这个系统做出的任何改变（如改变 系统的某个参数、改变系统的结构等）都可能影响到整个系统的性能和稳定。因此，在对 原有的系统做出改进或者建立一个新系统之前，通常需要对这个系统进行建模和仿真，通 过仿真结果得出方案的可行性，从中获取最合理的参数配置和系统配置，然后再应用于实 际系统中，这个过程就是通信系统的仿真。 图。给出了仿真的流程图： 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 图通信系统仿真流程

20、图 简介】 是一个可以进行动态系统建模、仿真和综合分析的软件包。它可以处理的系 统包括：线性、非线性系统；离散、连续及混合系统；单任务、多任务离散事件系统。在 提供的图形用户界面上，只要进行鼠标的简单拖拉操作就可以构造出复杂的 仿真模型，甚至不需要编写一行代码。它和的无缝结合使得用户可以利用 丰富的资源，建立仿真模型，控制仿真过程，分析仿真结果。另外，在 系统仿真领域中已经得到广泛的承认和应用，许多专用的仿真系统都支持模型， 这非常有利于代码的重用和移植。使用可以方便地进行控制系统、系统、通 信系统以及其它系统的仿真分析和原型设计。 为用户提供了用方框图进行建模的图形接口，它与传统的用微分方程和差分 方程建模的仿真软件相比，具有更直观、方便、灵活的优点。包含很多模块，如 （输入源）、（线性环节）、（非线性环节）、（连接与接 ）和（其他环节）子模块库，而且每个子模块库包含有相应的功能模块。同时，用 户还可以定制和创建自己的模块。 提供了专门用于显示信号的模块，可以在仿真过程中随时观察仿真结果。同 时，通过的存储模块，仿真数据可以方便地以各种形式保存到工作区和文件中， 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 供用户在仿真结束后对数据进行分析和处理。另外，