移动通信的实训指导书 何柳青

移动通信实训指导书移动通信实训指导书 何柳青何柳青 目目 录录 实验一 熟悉 simulink 仿真实验环境 1 实验二 CDMA 反向链路中的 64 进制正交调制过程的验证实验 7 1 实验一实验一 熟悉熟悉 simulinksimulink 仿真实验环境仿真实验环境 一 实验目的 一 实验目的 熟悉 Matlab 和 simulink 仿真实验环境 二 实验环境二 实验环境 simulink 仿真工具 三 实验原理 三 实验原理 1 1 MatlabMatlab 简介简介 Matlab matrix laboratory 矩阵实验室 是美国 math works 公司的产品 最初的 matlab 只是一个数学计算工具 但现在它已经成为一个集概念设计 算法开发 建模仿真 实时实现于一体的集成环境 它拥有许多衍生的子集工具 是一个非常优秀的计算机仿真软 件 广泛应用于数学 通信 信号处理 自动控制 神经网络 图形处理等领域 Matlab6 5 版本主要由以下部分构成 1 1 MATLABMATLAB 建立在矩阵和数组之上的强大的数值符号计算功能 便捷的绘图功能 它所提供的 M 语 言环境 matlab 语言是一种面向科学与工程计算的高级语言 具有以下特点 1 编程效率高 2 用户使用方便 3 扩充能力强 开放性 除内部函数外 所有 MATLAB 主包文件和各工具包文件都来是 可改的源文件 用户通过对源文件的修改 或加入自己编写的文件去构成新的专用工具包 4 语句简单 内涵丰富 5 高效方便的矩阵和数组运算 6 方便的绘图功能 2 2 MATLABMATLAB ToolboxesToolboxes MATLAB 提供了大量的面向专业领域的工具箱 从通信系统的分析与设计 滤波器设计 信号处理 小波分析 神经网络到控制系统 模糊控制等各个领域 通过使用工具箱 以往 需要复杂编程的算法开发往往只需一个函数就能实现 而且工具箱是开放的可扩展集 用户 可以查看或修改其中的算法 甚至开发自己的算法 3 3 MATLABMATLAB CompilerCompiler 通过 MATLAB Compiler 和 C C Math Library 用户可以将 MATLAB 语言编写的 M 文件 自动转换成 C 文件或 C 文件 从而进行独立应用开发 4 4 SimulinkSimulink Simulink 是 Matlab 软件的扩展 它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包 它是一个图形界面仿真工具 它与 MATLAB 语言的主要区别在于 其与用户交互接口是基 于 Windows 的模型化图形输入 其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建 2 而非语言的编程上 所谓模型化图形输入是指 SIMULINK 提供了一些按功能分类的基本的系统 模块 用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能 而不必考察模块内部是如何实现 的 通过对这些基本模块的调用 再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型 以 mdl 文件进行存取 进而进行仿真与分析 5 5 SimulinkSimulink BlocksetsBlocksets Math Works 公司也为 Simulink 在许多专门领域的应用提供了大量的模块集 用户还可 以利用已有的块或自己编写的 C 语言程序和 matlab 程序建立自己的模块及模块库 6 6 Real TimeReal Time WorkshopWorkshop Real Time Workshop 一般缩写为 RTW 能够直接将 Simulink Stateflow DSP Blockset 和 Communication Blockset 建立的模型 若模型包含 Stateflow 图时还需要有 Stateflow Coder 自动生成 C 或 Ada 代码 进行快速原型设计和半实物仿真 整个代码生成 可以根据需要完全定制 7 7 StateflowStateflow Stateflow 是基于有限状态机理论的模型搭建工具 能够建立和仿真复杂的反应和事件 驱动系统 将 Stateflow 与 Simulink 相结合使用 用户可以在统一的环境下设计 建立和仿 真整个嵌入式系统的行为 8 8 StateflowStateflow CoderCoder 使用 Stateflow Coder 可以将 Stateflow 建立的有限状态机模型生成相应的 C 语言代码 用户也可以用其集成自编的 C 语言程序 MATLAB 的数学计算功能是最基本 最重要的 在这里提供了一个 M 语言的编辑环境 Toolboxes 的出现又大大扩充了 MATLAB 的功能 Compiler 则能够将 M 文件编辑为 C 语言文 件或 C 语言文件 进行独立应用开发 这 3 个部分构成了 MATLAB 最基础的应用 Simulink Blocksets RTW 共同在 MATLAB 的基础上为用户提供了一个系统级的设计仿真环境 Stateflow Stateflow Coder 能够和 Simulink 配合使用 为用户提供对事件驱动系统的仿 真能力 MATLABMATLAB 操作环境操作环境 MATLAB 的启动界面主要包括六部分 标题栏 菜单栏 工具栏 Command Window 命令 窗口 Workspace 工作窗口 Command History 历史命令窗口 及 Start 项目启动菜 单 Command Window 命令窗口 输入命令 按 enter 执行 操作结果也会显示在此窗 口 Workspace 工作窗口 是 matlab 的数据存储窗口 任何命令执行时产生的数据在这 个窗口有记录 Command History 历史命令窗口 记录此次打开 matlab 后 执行的所有命令 方便 3 查阅 Start 项目启动菜单 从这里启动其他的工具 SimulinkSimulink 仿真环境仿真环境 1 使用 simulink 进行仿真包括两步 模型搭建 在模型编辑窗口中搭建仿真模型 设置模型参数和仿真参数 和仿真 Simulink 模型编辑窗口的启动 菜单栏 File New Model 命令 工具栏上的 图标 快捷键 Ctrl N Simulink 模块库浏览器的启动 通过工具栏图标或者命令窗口输入 simulink 回车后可 启动 simulink 的模块库浏览器 用于浏览及选择模块 2 Simulink 常用模块介绍 Sources 模块库 给 simulink 模型提供输入信号 信号源 Sinks 模块库 接收并显示信号 Continuous 模块库 主要对连续系统的建模 Discrete 模块库 主要对离散系统的建模 Math Operations 模块库 用于对输入信号进行数学操作 除了基本模块外 还通过 Blocksets 来扩展功能 DSP Blockset Communication Blockset CDMA Refenrence Blockset 帮助用户将仿真应用到数字信号处理 通信等领域 四 实验要求 四 实验要求 熟悉 Simulink 建模环境 五 实验步骤五 实验步骤 第一步 启动 MATLAB 并熟悉 MATLAB 的操作环境 在桌面上双击 MATLAB 的 启动 图标 后将启动 MATLAB 如图 1 1 MATLAB 的启 动界面主要包括六部分 标题栏 菜单栏 工具条 Command Window 命令窗口 Workspace 工作窗口 Command History 历史命令窗口 及 Start 项目启动菜单 4 图 1 1 MATLAB 启动后的默认界面 第二步 启动 Simulink 模块库浏览器 在 MATLAB 窗口的工具栏中单击 图标 或者单击 start 后弹出的菜单栏里选择 Simulink 再单击 Labrary Browser 如图 1 2 或者在 Command Window 窗口中键入命令 simulink 图 1 2 选择模块库浏览器的界面 即可启动 Simulink 模块库浏览器 如图 1 3 所示 主要用于浏览和选择模块 5 图 1 3 Simulink 模块库浏览器 第三步 打开 Simulink 模型编辑窗口 在这里可以完成模型的搭建和仿真 执行模块库浏览器的菜单中 File New Model 命令 或者单击工具栏上的 图标 或者采用快捷键 Ctrl N 都可打开模型编辑窗口 其界面如图 1 4 所示 图 1 4 模型编辑窗口 第四步 熟悉 Simulink 建模方法 1 打开模型 Simulink 主要有两种方法来打开模型 直接在 MATLAB 中选择 File Open 命令 然后按照 Windows 的常规操作进行 直接在 MATLAB 命令窗口中输入模型名 然后 MATLAB 就会自动在工作目录中搜索 例如 在当前工作目录中存在模型文件为 vdp mdl 只需要在命令窗口中输入模型名 vdp 2 模块复制 有四种方法来复制内部模块 单击所要复制的模块 然后选择 Edit Copy 命令 最后选择 Edit Paste 命令 单击所要复制的模块 然后按 Ctrl C 组合键 最后按 Ctrl V 组合键 单击所要复制的模块 按住 Ctrl 键 然后用鼠标拖动要复制的模块 6 按住鼠标的右键拖动要复制的模块 这种方法最为方便 推荐使用 3 模块删除 删除模块通常有下面的 3 种方法 单击所要删除的模块 然后按 Delete 键 比较方便 推荐使用 单击所要删除的模块 然后选择 Edit Delete 命令 单击所要删除的模块 然后右击 从弹出的菜单中选择 Delete 命令 4 模块连线操作 模型中有模块 还必须有连线将模块联系起来才能够变成一个有机整体 模块和连线是 模型的骨架 模块和模型的参数设置是模型的灵魂 下面就对连线的几个基本操作进行介绍 1 绘制连线 绘制连线的操作步骤如下 新建模型窗口 保存文件名为 model02to02 mdl 向窗口中添加相应的模块 在此不 要求实现一个运行的模型 只需任意拖动两个模块到模型窗口中 如图 1 5 所示 图 1 5 添加模块 将鼠标指针移动到模块输出端 鼠标指针呈十字形 然后按住鼠标左键 移动到所要 连接的模块输入端 在此依次连接 Sime Wave Gain 求和模块 Scope Constant 求和模 块 绘制模块 Gain 输入端的连线 将鼠标指针移动到 Constant Scope 连线上 按住鼠标 右键 并拖动到 Scope 输入端 如图 1 6 所示 7 图 1 6 绘制连线 2 连线删除 删除连线和删除模块一样 有 3 种方法 单击所要删除的连线 然后按 Delete 键 单击所要删除的连线 然后选择 Edit Delete 命令 单击所要删除的连线 然后右击 在弹出菜单中选择 Delete 命令 实验二实验二 CDMACDMA 反向链路中的反向链路中的 6464 进制正交调制过程的验证实验进制正交调制过程的验证实验 一 一 实验目的实验目的 通过 Simulink Blocksets 专用模型库 中的 CDMA Reference Blockset 所提供的 IS 95CDMA 的动态仿真系统 在仿真过程中用向量示波器观察信号经过 各个模块后的变化情况 分析出实现反向链路中的 64 进制正交调制过程的功能模块 并观察 调制模块的输入信号和输出信号波形 计算输入调制符号速率和输出码元速率 从而深刻理 解反向链路中的 Walsh 码扩频序列的应用 二 实验环境二 实验环境 simulink 仿真工具 三 实验原理 三 实验原理 用 Walsh 码进行 64 进制正交调制原理 如图 2 1 所示 8 图 2 1 CDMA 反向信道电路方框图 反向 CDMA 信道使用 64 进制正交调制 每 6 个交织器输出的码元为一组 称为一个调制 码元 用 64 进制的 Walsh 函数码之一进行传输 刚好能使 26个码元组与 64 个 Walsh 函数 码建立一一对应关系 将 64 个 Walsh 函数码编成号码为 0 1 63 则可按以下公式 计算调制码元的号码 以选用不同的 Walsh 码 调制码元号码 i C0 2C1 4C2 8C3 16C4 32C5 2 1 式中 C0C1C2C3C4C5表示一组输入码元的取值 C0是最早的码元 C5 是最新的码元 四 实验要求 四 实验要求 1 分析出实现反向链路中的 64 进制正交调制过程的功能模块 2 观察并记录调制模块的输入信号和输出信号波形 写出相应的 0 1 序列 3 计算输入调制码元速率和输出 Walsh 子码速率 以及输入调制码元的时间 宽度及输出 Walsh 子码的时间宽度 4 根据输入信号 利用公式 2 1 计算输出 Walsh 函数码的号码 验证 64 进制正交调制过程 5 记录并整理实验结果和实验数据 认真完成实验报告 五 实验步骤 五 实验步骤 本实验主要是对Simulink所提供的已建好的CDMA通信系统参考模型进行分析 所以需要 打开参考模型 IS 95A Reverse Traffic Channel Detection 第一步 打开参考模型 IS 95A Reverse Traffic Channel Detection 执行 Start 菜单中 Blocksets CDMA Reference Demos 命令 如图2 2所 示 9 图 2 2 选择 CDMA 参考模型的界面 在 CDMA Reference 下所列出的参考模型中选择 IS 95A Reverse Traffic Channel Detection 单击右边窗口的 Open this model 如图 2 3 所示 即可打开模型 IS 95A Reverse Traffic Channel Detection 的模型编辑窗口 如图 2 4 所示 图 2 3 MATLAB 联机帮助系统界面 10 图 2 4 模型 IS 95A Reverse Traffic Channel Detection 的模型编辑窗口 第二步 查看模型的内部结构 为了将平面结构的模型简化 Simul