1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2013 2014 學(xué)年第 2 學(xué)期 電子信息工程 學(xué)院（系、部） 通信工程 專業(yè) B11-123 班級(jí)課程名稱： 移動(dòng)通信 設(shè)計(jì)題目： 基于simulink（Matlab/simulink）的TDMA通信系統(tǒng)仿真 完成期限：自16 周至 18 周共 3 周內(nèi)容及任務(wù)1設(shè)計(jì)內(nèi)容1) 設(shè)計(jì)一個(gè)基于Simulink 的TDMA系統(tǒng)的仿真模型，畫(huà)出組成框圖，說(shuō)明工作原理；2) 給出模型中的各模塊的參數(shù)及相應(yīng)的仿真波形，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的波形與圖形分析2設(shè)計(jì)任務(wù) 1) 完成TDMA系統(tǒng)的理論分析和設(shè)計(jì)2) 完成基于Simulink 的TDMA系統(tǒng)的仿真和參數(shù)的測(cè)試進(jìn)度安排起止日期工作內(nèi)容16周

2、周一任務(wù)分配和討論。16周周一至16周周三TDMA系統(tǒng)的理論學(xué)習(xí)16周周四至17周周一仿真軟件的學(xué)習(xí)和熟練使用17周周一至17周周五TDMA系統(tǒng)的仿真和參數(shù)的設(shè)定17周周五至18周周三調(diào)試和分析18周周四周五課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)主要參考資料1、通信原理 樊昌信著 國(guó)防工業(yè)出版社2、現(xiàn)代通信原理曹志剛著3、MATLAB仿真技術(shù)與應(yīng)用 張德豐著 清華大學(xué)出版社4、現(xiàn)代通信系統(tǒng)仿真教程（第2版） 陳樹(shù)新等著 清華大學(xué)出版社基于simulink（Matlab/simulink）的TDMA通信系統(tǒng)仿真 1 設(shè)計(jì)的目的與任務(wù)要求1. 學(xué)習(xí)使用計(jì)算機(jī)建立通信系統(tǒng)仿真模型的基本方法及基本技能，學(xué)會(huì)利用仿真的手

3、段對(duì)于實(shí)用通信系統(tǒng)的基本理論、基本算法進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證；2.用simulink設(shè)計(jì)一個(gè)通信系統(tǒng)，加深對(duì)通信原理和simulink的理解，并完成TDMA系統(tǒng)的理論分析和設(shè)計(jì)3.完成基于Simulink 的TDMA系統(tǒng)的仿真和參數(shù)的測(cè)試，且通過(guò)系統(tǒng)仿真加深對(duì)通信課程理論的理解二設(shè)計(jì)內(nèi)容1) 設(shè)計(jì)一個(gè)基于Simulink 的TDMA系統(tǒng)的仿真模型，畫(huà)出組成框圖，說(shuō)明工作原理；2) 給出模型中的各模塊的參數(shù)及相應(yīng)的仿真波形，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的波形與圖形分析三TDMA系統(tǒng)的原理及Simulink建模環(huán)境簡(jiǎn)介電通信中，在相同的時(shí)間、空間和頻域內(nèi)，不同的信號(hào)可以與各自的對(duì)象進(jìn)行信息交換，依靠的是多址技術(shù).時(shí)分多址（T

4、DMA）是一種利用時(shí)隙分離，在相同的頻域內(nèi)傳輸多路信號(hào)的多址技術(shù).本文利用Matlab/ Simulink 對(duì)TDMA 技術(shù)進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果證明了仿真模型的正確性.對(duì)通信原理中多址技術(shù)的學(xué)習(xí)有一定的指導(dǎo)作用，同時(shí)可以為通信建模仿真提供一定的參考.1. 時(shí)分多址（TDMA）技術(shù)時(shí)分多址，簡(jiǎn)稱TDMA（Time Division MultipleAccess）. 是通信技術(shù)中基本多址技術(shù)之一，TDMA 應(yīng)用在北美數(shù)字式先進(jìn)移動(dòng)電話系統(tǒng)（D-AMPS），全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）和個(gè)人數(shù)字蜂窩系統(tǒng)（PDC）中，衛(wèi)星通信和光纖通信中也有應(yīng)用.時(shí)分多址是將通信信道在時(shí)間上分割成周期性的幀，每一幀

5、再分割成若干個(gè)時(shí)隙，（無(wú)論是幀還是時(shí)隙都互不重疊的）。利用時(shí)分多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)使每個(gè)時(shí)隙中傳輸一路信號(hào).在頻分雙工（FDD）方式中，上行鏈路和下行鏈路的幀分別在不同的頻率上，在時(shí)分雙工（TDD）方式上，上、下行幀都在相同的頻率上。時(shí)分雙工中，各個(gè)移動(dòng)臺(tái)在上行幀內(nèi)只能按指定的時(shí)隙向基站發(fā)送信號(hào)。為了保證在不同的傳播試驗(yàn)情況下，個(gè)移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站處的信號(hào)不會(huì)重疊，通常上行時(shí)隙內(nèi)必須有保護(hù)間隔，在間隔內(nèi)不傳送信號(hào)。基站按順序安排在預(yù)訂的時(shí)隙中向各移動(dòng)臺(tái)發(fā)送信息。在滿足定時(shí)和同步的條件下，基站可以分別在不同的時(shí)隙中接收到各移動(dòng)終端的信號(hào)而不混擾.同時(shí)，基站發(fā)向多個(gè)移動(dòng)終端的信號(hào)都按順序安排在預(yù)定的時(shí)隙中傳輸

6、，各移動(dòng)終端只要在指定的時(shí)隙內(nèi)接收，就能在合路的信號(hào)中把發(fā)給它的信號(hào)區(qū)分并接收下來(lái).可見(jiàn)，時(shí)分多址技術(shù)的主要技術(shù)要求就是準(zhǔn)確同步，即在指定的時(shí)隙內(nèi)完成接收和發(fā)射任務(wù)。2.simulink仿真介紹 Simulink是Matlab的重要組成部分，是Matlab環(huán)境下對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模，仿真，和分析的軟件包。它提供圖形用戶界面，用戶可以用鼠標(biāo)操作，從模板庫(kù)中調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)模板，將他們適當(dāng)?shù)倪B接起來(lái)，已構(gòu)成動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型。Simulink與用戶交互接口是基于的模型化圖形輸入，從而可使用用戶把更多的精力投入到系統(tǒng)建模的構(gòu)建。)Simulink模塊庫(kù) 模塊庫(kù)有各個(gè)模塊組成，整個(gè)Simulink模塊庫(kù)包含有若干模塊組

7、。例如： 常用模塊組：Commonly Used Blocks。 連續(xù)模塊組：Continuous。 非連續(xù)模塊組：Discontinuties。 離散模塊組：Discrete。 邏輯與二進(jìn)制操作模塊組：Logic and Bit Operations。 尋表操作組：Lookup Tables。 等，用戶可以自定義模塊組。模塊作為仿真模型的基本組成單元，其基本操作包括選定、復(fù)制、移動(dòng)、調(diào)整、刪除、標(biāo)志和連接等。2 Simulink模塊基本操作為：創(chuàng)建一個(gè)正弦信號(hào)的仿真模型。 步驟如下：(1) 在MATLAB的命令窗口運(yùn)行simulink命令，或單擊工具欄中的圖標(biāo)，就可以打開(kāi)Simulink模塊

8、庫(kù)瀏覽器(Simulink Library Browser) 窗口，如圖1所示。(2) 單擊工具欄上的圖標(biāo)或選擇菜單“File”“New”“Model”，新建一個(gè)名為“untitled”的空白模型窗口。 (3) 在上圖1的右側(cè)子模塊窗口中，單擊“Source”子模塊庫(kù)前的“+”(或雙擊Source)，或者直接在左側(cè)模塊和工具箱欄單擊Simulink下的Source子模塊庫(kù)，便可看到各種輸入源模塊。 (4) 用鼠標(biāo)單擊所需要的輸入信號(hào)源模塊“Sine Wave”(正弦信號(hào))，將其拖放到的空白模型窗口“untitled”，則“Sine Wave”模塊就被添加到untitled窗口；也可以用鼠標(biāo)選中

9、“Sine Wave”模塊，單擊鼠標(biāo)右鍵，在快捷菜單中選擇“add to 'untitled'”命令，就可以將“Sine Wave”模塊添加到untitled窗口，如圖7.2所示(5) 用同樣的方法打開(kāi)接收模塊庫(kù)“Sinks”，選擇其中的“Scope”模塊(示波器)拖放到“untitled”窗口中。 (6) 在“untitled”窗口中，用鼠標(biāo)指向“Sine Wave”右側(cè)的輸出端，當(dāng)光標(biāo)變?yōu)槭址麜r(shí)，按住鼠標(biāo)拖向“Scope”模塊的輸入端，松開(kāi)鼠標(biāo)按鍵，就完成了兩個(gè)模塊間的信號(hào)線連接，一個(gè)簡(jiǎn)單模型已經(jīng)建成。如圖7.3所示。 (7) 開(kāi)始仿真，單擊“untitled”模型窗口中

10、“開(kāi)始仿真”圖標(biāo)，或者選擇菜單“Simulink”“Start”，則仿真開(kāi)始。雙擊“Scope”模塊出現(xiàn)示波器顯示屏，可以看到黃色的正弦波形。如圖7.4所示(8) 保存模型，單擊工具欄的圖標(biāo)，將該模型保存為“Ex0701.mdl”文件2） 模塊的操作 模塊的操作主要包括模塊的選取、復(fù)制、調(diào)整、旋轉(zhuǎn)、刪除、顏色設(shè)定、參數(shù)設(shè)定、注釋以及連線。 2. 子系統(tǒng)的建立與封裝用戶可以通過(guò)以下兩種方式建立子系統(tǒng)：先添加模塊，再將模塊組合到子系統(tǒng)中。或先構(gòu)建空白子系統(tǒng)，再把子系統(tǒng)塊所包含的模塊添加進(jìn)去。Simulink子系統(tǒng)的作用是使系統(tǒng)更加簡(jiǎn)潔，可讀性高；而且子系統(tǒng)可以反復(fù)調(diào)用，節(jié)省時(shí)間。直接生成子系統(tǒng)即壓

11、縮法1.將要封裝的子系統(tǒng)的模塊調(diào)整好位置，以利于框選。再按住鼠標(biāo)左鍵托出選擇框，選中需要封裝的部分，包括模塊和信號(hào)線，如圖3所示2）選擇菜單Edit-Create Sbusystem或單擊鼠標(biāo)右鍵選擇彈出菜單中的 Create Sbusystem，便得到一個(gè)子系統(tǒng)，調(diào)整它的大小和位置，如圖3若是查看或編輯子系統(tǒng)內(nèi)部的模塊，只需用鼠標(biāo)左鍵雙擊該子系統(tǒng)。4 TDMA系統(tǒng)的建立與仿真TDMA 通信系統(tǒng)的Matlab/Simulink 仿真模型，如圖1 所示.經(jīng)利用三個(gè)信號(hào)發(fā)生器分別產(chǎn)生方波、正弦波和三角波來(lái)代表不同的信源，將三路信號(hào)送TDMASubsystem1 模塊內(nèi)進(jìn)行時(shí)分多路鍵控，在各自允許時(shí)

12、隙內(nèi)接通，其它的時(shí)隙內(nèi)斷開(kāi)三路時(shí)分轉(zhuǎn)換后的信號(hào)在合路器中相加為一個(gè)連續(xù)時(shí)間信號(hào)（即各自不同的用戶在各自的信道內(nèi)傳送消息），信道傳輸后在TDMASubsystem 2 中利用不同的時(shí)隙將其分離開(kāi).最后，在TDMASubsystem 3 中取樣保持為信宿接收的信號(hào).其三個(gè)子系統(tǒng)分別如下：TDMASubsystem 1 模塊結(jié)構(gòu)如圖2 所示.此部分為分時(shí)發(fā)送部分，它完成一個(gè)分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的功能. 利用三個(gè)載波依次相差1/3 周期的頻率為100Hz 的矩形脈沖信號(hào)控制三個(gè)可控開(kāi)關(guān).即：在10ms的時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生3 個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙用來(lái)傳輸一路信號(hào)（其占空比均為33.333%，時(shí)延依次相差1/3個(gè)周期如圖

13、所示，第一個(gè)設(shè)置其他兩個(gè)設(shè)置也是如此）.可控開(kāi)關(guān)利用過(guò)零檢測(cè)，Constant均設(shè)置為0，門(mén)限值也設(shè)為0，其采樣周期設(shè)為0.1ms.TDMASubsystem 2 模塊結(jié)構(gòu)如圖3 所示 TDMASubsystem 2 模塊的結(jié)構(gòu)同TDMASubsystem1 完全相同，保持時(shí)間上的準(zhǔn)確同步即其載波設(shè)置，可控開(kāi)關(guān)均同一，其完成功能是將不同時(shí)隙的信號(hào)進(jìn)行分離.TDMA仿真結(jié)果 然而，接收到的信號(hào)只是時(shí)間上離散幅值連續(xù)的模擬信號(hào)，其高頻分量較多，TDMASubsystem 3模塊利用取樣保持的方法將其部分高頻分量去除，實(shí)際中也可用濾波電路.TDMASubsystem 3 模塊結(jié)構(gòu)如圖4 所示.1.輸

14、入信號(hào)輸入三路信號(hào)分別為方弦、正弦波和鋸齒波.幅度分別為1.5V、2V 和1.5V，頻率為5Hz.為了清楚地觀察波形，在三信號(hào)上分別疊加了常數(shù)值1.5、0 和-3即在總原理圖的Constant1中設(shè)置1.5 0 3，以下圖形未加說(shuō)明時(shí)，均已疊加此常數(shù)值.2. 分時(shí)取值后的三路波形輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)子系統(tǒng)TDMASubsystem 1 后，分別在相應(yīng)的時(shí)隙中得到了采樣. 將10ms 分為三個(gè)等間距時(shí)隙，第一個(gè)時(shí)隙用于傳送方波信號(hào)，第二個(gè)時(shí)隙傳輸正弦波信號(hào)，第三個(gè)時(shí)隙傳輸鋸齒波信號(hào).3分時(shí)取值后的合成信號(hào)此合成信號(hào)為T(mén)DMA 系統(tǒng)的發(fā)送波形，它是分時(shí)信號(hào)在時(shí)間軸上的疊加，三種信號(hào)分別占用著不同的時(shí)隙.4

15、.不同時(shí)隙分離的信號(hào)此信號(hào)為模塊TDMASubsystem 2 的輸出信號(hào)，該模塊結(jié)構(gòu)與TDMASubsystem 1 相同，將時(shí)間上疊加在一起的三個(gè)分時(shí)信號(hào)利用各自的時(shí)隙分離開(kāi)來(lái).當(dāng)分時(shí)采樣的時(shí)序與接收端的時(shí)序嚴(yán)格同步時(shí).3.5 取樣保持后的信號(hào)波形 接收到的信號(hào)（圖8）經(jīng)過(guò)采樣保持電路可以恢復(fù)出發(fā)送端的信號(hào).圖9 中波形可知，雖然很接近發(fā)送端信號(hào)波形但有一定差別，但這種差別我們?cè)谑褂弥型ǔ２粫?huì)察覺(jué).根據(jù)抽樣理論我們可以知道，此種方法采樣后的信號(hào)包含了所有原信號(hào)的頻譜分量只是幅度增益有小的畸變，當(dāng)時(shí)隙小到一定值時(shí)，這種畸變完全可以忽略.5 課程總結(jié)本文在闡述了TDMA 基本原理的基礎(chǔ)上，利用Matlab/Simulink 建立了TDMA 系統(tǒng)的仿真模型，仿真結(jié)果充分證明了仿真模型的正確性，對(duì)TDMA 的學(xué)習(xí)和通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)仿真有指導(dǎo)作用.仿真過(guò)程中要求TDMA 系統(tǒng)的發(fā)送與接收端要求時(shí)序上嚴(yán)格的同步性，否則將導(dǎo)致系統(tǒng)錯(cuò)誤.另外，仿真選用的輸入信號(hào)頻率較小，而時(shí)隙較大，但這并不影響仿真結(jié)果的一般性.通過(guò)這一系列的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步理解了TDMA系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理，也進(jìn)一步了解了第二代移動(dòng)通信GSM的實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，以及多址技術(shù)的應(yīng)用，其在實(shí)際的TDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中，上行鏈路較與下行鏈路推后三個(gè)時(shí)隙以確保時(shí)間