通信系统仿真实验报告

背景知识： (1) 频分多址(FDMA)： 频分多址时将通信的频段划分成若干信道频率范围，每对通信设备工作在某个特定的频率范围内，即不同的通信用户是靠不同的频率划分来实现通信的，早期的无线通信系统，包括现在的无线电广播、短波通信、大多数专用通信网都是采用频分多址技术来实现的。 (2) 时分多址(TDMA)： 时分多址是将通信信道在时间坐标上划分成若干等间隔的时隙，每对通信设备将工作在某个指定的时隙上，不同的通信用户是靠不同的时隙划分来实现通信的，现在的数字蜂窝无线通信系统GSM，就采用了时分多址技术。 (3) 码分多址(CDMA): 码分多址是利用码字的正交性，将承载的不同用户的通信信息区分开来。每对通信设备工作在某个分配的码组实现通信。现在的数字蜂窝无线通信CDMA，第三代移动通信系统WCDMA，CDMA2000，SC-CDMA都采用了码分多址技术。码分多址要求通信的码组之间有很好的正交性。 有一种获得正交码组的方法是利用M序列发生器，M序列是最大长度线性反馈移位寄存器序列的简称。M序列发生器的结构图如图1所示，其中ai表示各个寄存器的状态，ci可取0或1. ### 通信系统仿真实验报告知识点解析 #### 频分多址（FDMA） - **定义**：频分多址是一种将整个可用频带划分为多个子频带的技术，每个用户分配一个独立的频率范围来进行通信。这种技术确保了不同用户之间的通信不会相互干扰。 - **应用场景**：早期的无线通信系统广泛采用了FDMA技术，例如无线电广播、短波通信及多数专用通信网络等。 #### 时分多址（TDMA） - **定义**：时分多址技术则是通过将时间轴分割成一系列等间距的时间片（时隙），使不同的用户能够在不同的时间片内进行通信。 - **应用场景**：现代的数字蜂窝无线通信系统如GSM采用了TDMA技术。这种技术能够有效提高频谱利用率，支持更多用户同时在线。 #### 码分多址（CDMA） - **定义**：码分多址技术基于码字的正交性来区分不同的用户通信信息。每个用户被分配一个独特的码序列，用以调制信号。 - **应用场景**：CDMA技术广泛应用于数字蜂窝无线通信系统，如CDMA、WCDMA、CDMA2000、SC-CDMA等。这些系统要求不同的码组之间具备良好的正交性以减少干扰。 - **M序列发生器**：一种用于生成正交码组的方法，通过最大长度线性反馈移位寄存器序列来实现。M序列发生器的结构图中，`ai`表示各个寄存器的状态，`ci`可取0或1。M序列具有很强的自相关性和较弱的互相关性，周期通常为`2^r - 1`。 #### MATLAB与Simulink在通信系统仿真中的应用 - **MATLAB**：广泛应用于科学研究、工程计算等领域，特别是在通信系统仿真方面。MATLAB提供了强大的数学计算能力以及丰富的工具箱支持。 - **Simulink**：作为MATLAB的一个组件，Simulink特别适合于建模、仿真和分析动态系统。它通过图形化界面帮助用户构建系统模型，非常适合进行通信系统的仿真。 #### FDMA系统仿真示例 - **Simulink仿真模型搭建**：实验中使用Simulink搭建了一个FDMA系统的仿真模型，该模型包含了多个信号发生器、调制器、解调器以及滤波器等组件。 - **滤波器作用解析**： - 滤波器1和滤波器4用于滤除已调制信号的高频部分，以准备后续的解调过程。 - 滤波器2和滤波器5以及滤波器3和滤波器6分别执行类似的功能，但针对不同的信号类型进行了优化。 #### 滤波器参数设置 - 根据信号特性，滤波器的参数设置如下： - 对于传输正弦波的滤波器1和滤波器4，滤波范围设置在35~45Hz*2π左右。 - 对于传输周期性方波脉冲的滤波器2和滤波器5，滤波范围在50~70Hz*π左右。 - 对于传输锯齿波的滤波器3和滤波器6，滤波范围约在70~90Hz*π左右。 #### 总结 本实验报告通过介绍FDMA、TDMA、CDMA三种多址接入技术的基本原理及其应用场景，深入探讨了它们在现代通信系统中的作用。特别是通过具体的Simulink仿真示例，展示了如何利用MATLAB和Simulink进行通信系统的设计与仿真。这些技术不仅对于理解现代通信系统的基础至关重要，也为未来的通信技术研发提供了坚实的基础。