通信工程毕业设计（论文）典型电话通信信道的建模与仿真

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1、本科毕业设计（论文）题目典型电话通信信道的建模与仿真学生姓名： 专 业： 通信工程 指导教师： 完成日期： 2012.5.31 诚 信 承 诺 书本人承诺：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究成果。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发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他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。 签 名： 日 期： 本论文使用授权说明本人完全了解南通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。（保密的论文在解密后应遵守此规定）学生签名： 指导

2、教师签名： 日期： 南通大学毕业设计（论文）摘 要信道是通信系统中最基础的部分。通信信道建模与仿真贯穿着通信系统工程设计的整个过程。对一个通信信道的软件仿真是通过对信道的建模和性能分析来进行的，根据所建模型的仿真结果来对实际的系统设计提供指导，从而为新系统的建立或原系统的改造提供可靠的参考。在研究信道特征以及信道频率特性的基础上，建立了典型电话通信信道模型，即带通信道模型。在已知带通信道的幅频特性和群时延特性的条件下，求出带通信道的频率函数，利用快速傅立叶逆变换IFFT算法计算带通信道冲激响应，并用MATLAB软件绘制出其曲线。由结果曲线得出，信道特性的不理想导致信号时域波形有很长的拖尾，从而

3、造成码间串扰。根据信号时域波形的拖尾，可以确定该信道所能传输的信号码元的最大传输速率。关键词：信道建模，电话信道，仿真，幅频特性，相频特性IV南通大学毕业设计（论文）ABSTRACTThe channel is part of the most basic communication system. The communication channel modeling and simulation throughout the whole process of communication systems engineering. Software simulation of a communi

4、cation channel is carried out by channel modeling and performance analysis. The model simulation results can provide guidance to the actual system design. And thus they can provide a reliable reference for the establishment of the new system or the transformation of the original system.On the basis

5、of the characteristics of the channel and the channel frequency characteristics, we established the typical telephone communication channel model, that is, the band-pass communication channel model. If we have known the phase frequency characteristics and group delay characteristics of the band-pass

6、 channel, thus we can obtain with the function of frequency. Than we inversed Fast Fourier Transform (IFFT) algorithm to calculate the impulse response of the band-pass channel. And we used the MATLAB software to map out its curve. From the results we can conclude that, the bad channel characteristi

7、cs may cause the signal time-domain waveform has a very long tail. And it results in ISI. According to the signal time-domain waveform trailing, we can determine the maximum transmission rate of the signal.Keywords: Channel modeling, Telephone channel, Simulation, Amplitude-frequency characteristics

8、, Phase-frequency characteristics.目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪 论11.1 本课题研究的意义11.2 研究领域现状11.3 发展趋势21.4 所做的主要工作3第二章 信道42.1 信道的特征和分类42.2 信道中的噪声42.3 信道建模与仿真42.4 工具软件简介52.5 本章小结5第三章 恒参信道建模73.1 恒参信道特性描述73.1.1 恒参信道幅频特性73.1.2 恒参信道相频特性83.2带通信道的等效低通模型123.2.1 等效低通冲激响应的计算133.2.2 建模的方法和步骤153.3 本章小结17第四章 电话信道仿真184.1 有关

9、参数的选择184.2 程序流程194.3 仿真结果分析204.4 信道特性的改善方法224.5 本章小结23结束语24参考文献25致 谢26附 录27第一章 绪 论1.1本课题研究的意义基于电话通信市场的蓬勃发展，电话信道1的研究工作不断地深入。电话信道建模对通信系统的建设有着重要的意义。通信信道建模与仿真贯穿着通信系统工程设计的全过程。它通过所建信道模型的仿真结果来对实际的建设提供指导，从而为新系统的建立或原系统的改造提供可靠的参考2。通信系统仿真分为三个步骤，即仿真建模，仿真试验，仿真分析。应该知道的是，仿真是一个螺旋式发展的过程，三步骤可能需要循环执行多次才能得到满意的结果。我们的研究重

10、点是仿真建模部分，对仿真的结果会做简单的分析、归纳，并且提出一些改进的方法。仿真建模是根据实际通信系统建立模型的过程。它是整个通信系统仿真的关键部分，因为仿真模型的好坏直接影响仿真结果的可靠性和真实性。好的信道模型能够更准确地反映实际通信系统的特性，并能很好的代替实际信道，方便我们直接对信道模型进行各项研究。现代社会的快速发展给通信领域提出了更高的要求，要求通信系统的功能越来越强，性能越来越高，这就使得通信系统的构成越来越复杂；另一方面，要求通信系统的技术研究和产品开发周期缩短，工程建设成本降低，工程效率提高。这样两个对立的两个方面，只有通过强大的计算机仿真分析软件才能得以实现。在通信产业中，

11、通信系统仿真应用到了通信系统设计的每一个阶段，从早期的概念设计，到实现、测试、使用等各个阶段，都运用到了通信系统仿真。通信系统仿真能在概念设计阶段获得顶层指标，并在接下来的设计和研发中，可以将硬件研发的各项指标确定下来，检验影响整个系统性能的各个已完成的子系统。通信系统仿真还可以在运行阶段找出解决问题的方法和思路，预测通信系统的使用寿命。如今计算机软硬件技术得到了迅猛发展，再加上新一代的可视化仿真软件的应用，能够更加直观和便捷地进行通信系统仿真的分析和设计，加快了通信系统仿真的健康快速发展的步伐。信号和通信处理系统不断提高复杂度的过程中，出现了许多新的技术，如光纤光学器件、集成光学设备和单片微

12、波集成电路、数字信号处理器等，这些技术都对实现通信系统的功能产生了重要的影响。提高了通信系统的复杂度就相当于提高了用来分析和设计系统的时间和精力，在商用产品中要求引入的新技术的设计能做到高效、短时、省力，要想实现这些要求，必须借助于强大的计算机辅助设计和分析工具。因此，在通信系统工程设计和应用中，通信系统仿真起着举足轻重的作用，并强有力的支持着通信网络的发展。1.2研究领域现状随着现代通信系统的飞速发展，通信系统仿真已成为如今分析和设计通信系统最主要的工具，在通信系统的开发和教学中也用的非常频繁。通信系统仿真主要用于衡量通信系统的性能，它通过信道模型的仿真结果来评判原系统性能的好坏，从而在建立

13、新系统或改造原系统的过程中给予可靠的指导。通过系统仿真，可以减少新系统的失败次数，清除设计中可能存在的瓶颈，减少系统中过多的负载，优化系统整体的性能。因此，通信系统仿真是通信工程研究和建设中不可或缺的方法。实际中的通信系统功能结构非常复杂，不管对这个系统做多么微妙的改变（如改变某个参数的设置、改变系统的结构等），都可能影响到整个系统的稳定和性能。所以，当改进原有的通信系统或重新建立一个新的系统以前，一般都需要对这个系统进行建模和仿真。仿真结果可以用来衡量原方案是否可行，以便从中选择最合理的参数设置和系统配置，再将这些选好的配置应用于实际的通信系统中，以上的整个过程就是通信系统的仿真。1.3发展

14、趋势世界各地的联系日趋紧密，这是不可逆转的发展趋势。通过对通信系统建模和性能分析来对一个通信系统进行软件仿真，这必须依靠科学的仿真建模理论、高效的仿真软件和仿真结果的正确分析。高效的仿真工具应该具有动态仿真内核、集成数据分析工具、图形建模、高效分层次建模等特征。仿真建模应有面向对象的设计思想，首先是要能够再现网络拓扑结构，然后用准确的模型来描述拓扑中的各种对象，在这一过程中需要用软件再现网络协议中的数学表达，除此之外还应具有对事件和参数重新定义的能力。全面、系统的分析仿真运行的结果也是应该具备的条件，并能从庞杂繁复的数据结果中抽取出有用的信息。因此，一个好的通信系统仿真评价系统要有模型定义、分

15、层建模、面向对象、仿真结果自动生成等特征。当今的通信系统越来越面向大型综合多业务方向发展，在同一通信系统中可以包含多个不同功能的子系统，运行不同的网络协议，承载多种综合网络业务。在通信系统建设中，具有高度复杂性和不确定性，所以在通信系统的规划和建设中，应用通信系统仿真技术，可以对于通信系统设计方案、实施方案、通信系统运行情况、通信系统发展计划等进行测试、评估、改进和优化，实现通信系统设计最优化，提高通信系统的实用性与经济型，节约建设成本，缩短建设周期，并对于通信系统的性能做出有效的预测，为通信系统的改善做好准备。通信系统仿真技术与应用，对于我国的通信系统发展具有深远的意义，优秀的通信系统仿真工

16、具，随着我国高速通信系统的建设，正在成为一种必要的工具。1.4 所做的主要工作电话信道是通信系统中最为基础的部分，对其信道特性3的研究有利于找出影响信道特性的因素，改善系统信号传输性能。仿真是衡量系统性能的工具，通过仿真，可以降低新系统失败的可能性，消除系统中潜在的瓶颈，防止对系统中某些功能部件造成过盈的负载，优化系统的整体性能。因此，仿真是科学研究和工程建设中不可缺少的方法。全文共分为四章，各章节的主要内容安排如下：第一章为绪论，简要介绍了信道建模的研究背景、意义和目前国内外研究现状。第二章对信道进行描述，其中包括信道的特征、分类，信道噪声，以及信道建模的概念和意义。第三章主要对恒参信道模型

17、进行介绍，说明了典型电话信道是恒参信道，着重描述了恒参信道的信道特性，包括幅频特性以及相频特性，并给出了带通信道的等效低通模型来模拟群时延4特性对信道特性的影响。第四章实现电话信道的建模与仿真，描述了仿真的整个过程，包括参数的选择、MATLAB程序的编写、仿真结果的分析和综合，并提出了改进信道特性的方法。3第二章 信道2.1信道的特征和分类根据通信的概念来说，信号必须依靠传输的介质进行传输，所以可以将传输介质定义为信道。但从另一个角度来说，信号还必须经过许多其他设备（如发送机、调制器、接收机、解调器、信号放大器等）进行各种信息处理，这些设备显然也是信号经过的路径，因此，又把传输介质（狭义信道）

18、和信号必须经过的各种通信设备统称为广义信道。信道可分为两大类：一类是空间传播电磁波的通路，如光波信道、微波信道、超短波信道、短波信道等，它们的传播空间比较自由，习惯上把这些信道称为无线信道；另一类是导引传播电磁波的渠道，如电缆信道、波导信道、明线信道、光纤信道等。它们都具有各种传输能力的导引体，习惯上就称这些信道为有线信道。1、有线信道：（1）架空明线，即在电线杆上架设的互相平行而绝缘的裸线，它是一种在20世纪初就已经大量使用的通信介质。架空明线安装简单，传输损耗比电缆低，但通信质量差，受气候环境等影响较大并且对外界噪声干扰比较敏感，因此，在发达国家中早已被淘汰，在许多发展中国家中也已基本停止

19、了架设，但目前在我国一些农村和边远地区受条件限制的地方仍有不少架空明线在工作着。（2）双绞线电缆（TP）：是将一对或一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中而形成的一种传输介质，是目前局域网最常用到的一种布线材料。为了降低信号的干扰程度，电缆中的每一对双绞线一般是由两根绝缘铜导线相互扭绕在一起而成，双绞线也因此而得名。双绞线分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线。双绞线常用于宽带网络、局域网中用于连接网络端，如PC、服务器、交换机、路由器等设备之间的物理线路连接。（3）同轴电缆：由一根空心的外圆柱导体和一根位于中心轴线的内导线组成，内导线和圆柱导体及外界之间用绝缘材料隔开。按直径的不同，可分为粗缆和细缆两种

20、。根据传输频带的不同，可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种类型：基带：数字信号，信号占整个信道，同一时间内能传送一种信号。宽带：可传送不同频率的信号。（4）光纤：光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。具体来说，它是应用光学原理，将光发送机产生的光束转变为光信号，并将其导入光纤，在另一端由光接收机接收光纤上传来的光信号，并把它变为电信号，经解码后再处理。与其它传输介质比较，光纤具有如下优点：损耗低、频带宽、重量轻、保真度高、传输距离大，在通信和图像传输方面主要用于光导向器、显示盘、标识、开关类照明调节、光学传感器等。2、无线信道（1）短波信道：

21、短波按照国际无线电咨询委员会（CCIR，现在的ITU-R）的划分是指波长在l00ml0m，频率为3MHz30MHz的电磁波。利用短波进行的无线电通信称为短波通信，又称高频（HF）通信。实际上，为了充分利用短波近距离通信的优点，短波通信实际使用的频率范围为1.5MHz30MHz。（2）超短波信道。利用30300 兆赫波段的无线电波传输信息的信道。由于超短波的波长在110米之间，所以也称米波通信。整个超短波的频带宽度有270兆赫，是短波频带宽度的10倍。（3）微波信道：微波常指频率在1000兆赫（MHz）以上（波长在30厘米以下）的电磁波。微波的传播特性类似于光的传播，一般沿直线传播，绕射能力很弱

22、，一般进行视距内的通信，对于长距离通信可采用接力的方式，为微波接力通信，或称微波中继通信也可利用对流层传播进行通信，称为对流层散射通信；或利用人造卫星进行转发，即卫星通信。2.2信道中的噪声按噪声性质分类：（1）脉冲噪声：是突发性地产生的，幅度很大，其持续时间比间隔时间短得多。其频谱较宽。电火花就是一种典型的脉冲噪声。（2）窄带噪声：来自相邻电台或其他电子设备，其频谱或频率位置通常是确知的或可以测知的。可以看作是一种非所需的连续的已调正弦波。（3）起伏噪声：包括热噪声、电子管内产生的散弹噪声和宇宙噪声等。讨论噪声对于通信系统的影响时，主要是考虑起伏噪声，特别是热噪声的影响。热噪声主要来自一切电

23、阻性元器件中电子的热运动。它的频率范围均匀分布在大约01012Hz。热噪声电压有效值：，式中k=1.3810-23（J/K）波兹曼常数；T热力学温度（K）；R阻值（W）；B带宽（Hz）。热噪声实质是一种高斯白噪声。噪声对传输信号的影响是降低了信噪比SNR5。信道对信号的影响主要有两种：加性干扰和乘性干扰。加性干扰的噪声其来源可分为人为噪声、自然噪声和内部噪声三个方面6。加性噪声7不可避免，而乘性干扰则会随信号的消失而消失，一般来说乘性干扰特性函数非常复杂，它可能包括各种线性、非线性畸变。另外，由于信道的群时延特性和幅频特性随时间作随机变化，故往往只能用随机过程来表述信道特性。信号在信道中不可避

24、免的受到噪声影响，这种影响所表现的出来的快速衰落，对传输质量起着决定性作用，因此，电话通信系统的许多研究工作都是围绕着如何降低这些干扰进行的。2.3信道建模与仿真信道是指发射端和接收端之间用以传输信号的传输媒介的总称，是通信系统三大组成部分（信源、信道、信宿）之一，是通信系统必不可少的组成部分。电话信道通常是平稳且可以预测的。信道中的幅频传播特性非常复杂，信道对传送信号的影响，是分析和研究通信系统必须考虑的部分。本文主要讨论典型电话信道8的幅频特性、相频特性及其对信号产生的影响。通信仿真的发展历史：（1）20世纪40年代，模拟计算机发明，开始了连续系统的波形级仿真，最先用于仿真飞行器和武器系统

25、中的控制系统；（2）20年代60年代初期，随着高速数字计算机和大容量存储器的发展，出现了利用面向程序块语言（MIDAS，SCADS和CSMP）的数字仿真技术，这些仿真语言逐部件（Component-by-Component)仿真模拟计算机的行为；（3）20世纪60年代末70年代初，随着离散时间系统和数字信号处理技术的发展，出现了基于变换域（用于频域的FFT，用于时域的双线性Z变换）技术的仿真软件包（SYSTID，CSMP，CHAMP，LINK等）；（4）近10余年来，计算机软件和硬件都有了很大发展。高性能工作站和个人PC提供了功能强大、界面友好的计算环境。新一代通信仿真工具软件包提供了使用图形

26、块表示、分层设计的强大的仿真功能，这些工具包还提供了在线帮助、数据库管理等功能。这些仿真软件减轻了通信系统工程师编写和调试程序的负担，使他们的注意力集中于建模与仿真技术、性能评价以及计算有效性等方面。与硬件实验相比，软件仿真具有如下一些优点9：（1）广泛的适应性和极好的灵活性在硬件实验中，如果要改变系统的参数就必须要重做硬件，而软件实验中就仅仅需要改几个数据，动几下鼠标就可以搞定了；（2）有助于较为全面地研究通信系统通过硬件实验来研究有些问题可能显得非常困难，却易于通过软件实验来解决；（3）元器件及工艺水平决定了硬件实验的精确度，CPU的运算速度或者说是程序的运算量决定了软件仿真的精度；（4）

27、软件仿真建设开发成本低，周期短。2.4工具软件简介Mathworks公司自1984年正式推出MATLAB，它主要包括一个主程序包和能实现各种不同功能的工具箱，矩阵是其基本数据结构10。MATLAB的主要包括数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能。不仅如此，Mathswrks公司还推出了针对各专业应用的MATLAB工具箱。MATLAB编程效率高，界面友好，它涵盖了计算、程序设计和数据可视化等功能，并能以用户熟悉的数学符号将问题和解决方案表示出来。凭借其杰出的性能，MATLAB现在己成为世界上应用最广泛的工程计算应用软件之一。在本文的仿真中使用的版本是MAT

28、LAB7.1。2.5本章小结本章主要介绍了信道的特征和主要分类，并说明了信道传输特性和噪声的特性，及其对于信号传输的影响。说明了电话信道建模的概念、意义，指出了建模仿真的重要性和优点，并简单介绍了所要用到的仿真软件。28第三章 恒参信道建模3.1恒参信道特性描述任何一个通信传输系统12，都应该由发送设备、传输信道与接收设备三大部分组成。我们所说的传输信道指的是以传输媒质为基础的信号通路，它是传输信号的物理基础。根据信道内通过的信号类型，可将恒参信道分为模拟恒参信道与数字恒参信道两类。在模拟恒参信道中，传输的信号都是取值连续的模拟信号，典型模拟电话信道是模拟恒参信道；数字恒参信道中传输的是取值离

29、散的数字信号，典型数字电话信道是数字恒参信道。对于恒参信道模型，可以等效为一个非时变的线性网络。恒参信道特性分为衰耗频率特性（幅频特性）以及相移频率特性（群时延特性）13，而理想恒参信道频率特性满足无失真传输条件。3.1.1 恒参信道幅频特性所谓幅频畸变，是指信道的幅度频率特性偏离理想状态所引起的畸变。这种畸变又称为频率失真。在通常的恒参信道中可能存在各种滤波器，尤其是带通滤波器，还可能存在混合线圈、串联电容器和分路电感等，因此电话信道的幅度频率特性总是不理想的。十分明显，恒参信道的此种不均匀衰耗必然使传输信号的幅度频率特性发生畸变，引起信号波形的失真。此时若要传输数字信号，还会引起相邻数字信

30、号波形之间在时间上的相互重叠，即造成码间串扰 14。1、实际幅频特性的特点： 频带有限（3003400Hz）； 不均匀性（通带边缘大，通带内有波动）。 2、对数字信号传输的影响：使数字信号的幅度谱发生畸变，波形失真，产生符号间干扰。3.1.2 恒参信道相频特性 所谓相频畸变，是指信道的相位频率特性或群时延频率特性偏离理想状态而引起的畸变。 电话信道的相位频率畸变主要来源于信道中的各种滤波器及可能有的加感线圈，尤其在信道频带的边缘，相频畸变15就更严重。很明显，当非单一频率的信号通过该电话信道时，信号频谱中的不同频率分量将有不同的迟延，即它们到达的时间先后不一，从而引起信号的畸变。相频畸变对模拟

31、话音通道影响并不显著，这是因为人耳对相频畸变不太灵敏，但对数字信号传输却不然，尤其当传输速率比较高时，相频畸变将会引起严重的码间串扰，给通信带来很大损害。所以，在模拟通信系统内往往只注意幅度失真和非线性失真，而将相移失真放在忽略的地位。但是，在数字通信系统内一定要重视相移失真对信号传输可能带来的影响。实际相频特性：（1）实际相频特性是非线性的；（2）相频畸变的影响：相频畸变对数字信号传输影响严重，尤其对于高速传输时将会引起严重的码间串扰；（3）群时延频率特性：相位延迟（Phase Delay）：；群时延（或包络迟延）（Group Delay or Envelope delay）：；对理想的相频

32、特性，则有。在许多场合下，可以近似为分段线性曲线，因此在附近相当窄的频段内，可以用它的泰勒级数展开式的头两项来表示。泰勒级数： (3.1)设= (3.2)对于实际信道，冲激响应为实函数，故相频特性关于奇对称。设信道传输函数，其中 信道图3.1 信道模型又设输入为附近的窄带信号，则输出： (3.3)根据傅氏变换性质： (3.4)比较（3.3）和（3.4）两式得：，故。可见：表示窄带信号经信道传输后产生的包络延迟； 表示窄带信号经信道传输后产生的载波相位延迟。若，则同样可得 (3.5)因为，所以，式中，为。由此可见，信道相频特性畸变对传输信号波形的影响可以转化到时间域上信道群时延参数对信号传输的影

33、响来分析。对DSB系统：信道G=2图3.2 DSB系统信道模型，。影响：输出信号延迟；幅变衰减（）。且若非线性，则解调后合成波形失真。信道对于QAM系统：图3.3 QAM系统信道模型 (3.6) (3.7) (3.8) (3.9)式（3.10）中的和式（3.11）中的为交叉干扰项。由于在信道引起的附加相位偏移使接收机相干解调后产生的同相和正交分量信号输出中，信号源产生衰减，同时增加了交叉干扰项，且越小，则输出信号衰减和交叉干扰就越小。理想：线性，；实际：非线性，有不均匀性；对数字信号传输的影响波形失真、码间串扰。改善措施：乘取相位均衡等。（4）由群时延特性计算相频特性：（）实际应用中，测量比较

34、方便。根据很容易用计算机绘出曲线。根据定义，。式中， (3.10)由此可得，其中。信道的群时延特性如图3.5所示。3.2带通信道的等效低通模型若信道为线性带通系统，则其冲激响应可表示为： (3.11)其中，为其低通（基带）等效冲激响应（Low Pass Complex），信道模型如图3.6所示。 (3.12)f1f2图3.5 群时延特性图3.6低通等效信道模型信道输入为：，则输出为： (3.13)式中，其中，和为交叉干扰项。输出的算法示意图如图3.7所示。3.2.1等效低通冲激响应的计算原理：我们知道一个周期离散的时间函数的频谱是一个周期离散的频率函数。可表示为： (3.14)图3.7 算法示

35、意图式中：抽样频率间隔；抽样时间间隔；时域函数的周期；频率函数的周期；N在时域（0 t ）或频域（0 f 1000时，若，可以忽略不计。即取（为的持续时间，T为码元周期）；（2）最高频率=4000Hz；（3）的抽样速率；（4）符号速率（Symbol Rate）=2400band。2、确定。原则：；应是符号速率的整数倍，以便对抽样，得所需。取=9600Hz，即从抽样序列中每四点取一样值，即可得所要求的序列。由带通系统的幅频特性、相频特性，求等效低通系统的幅频、相频特性。 (4.3) (4.4)相当于带通系统的正频域内频谱平移到坐标原点处。，不是实函数，而是复函数。对于实，则有，相应的容易得到其他

36、参数：带宽B=2400Hz，=4800Hz，（see），T=（see）。3、抽样点数N。N取多大，还取决于所利用FFT程序的要求。有的FFT程序要求N为2的，则可取N=4096=212。有的FFT程序要求N为2的正整数，则可取N4000的任何整数。如取N=9600，则，即对每一赫兹抽样一次。4.2 程序流程由以上分析，可以得出求解带通信道单位冲激响应的一般过程。首先需要确定信道特征参数，并计算出和的采样值，由可以得出的样值，由此可以计算出、的样值，这样，就得到了带通信道频域函数的幅频特性和相频特性，即，调用IFFT子程序可以计算出带通信道单位脉冲响应。带通信道的频率函数也可以由等效低通模型冲激

37、响应得到，公式表示为：，具体程序流程如图4.1所示。4.3 仿真结果分析根据以上分析，可以在MATLAB中编写如下程序求解带通信道单位冲激响应，详细程序见附录。程序仿真结果见图4.2-4.5。网络的传输特性通常可用幅度-频率特性和相位-频率特性来表征。由结果曲线可知，电话信道的不均匀衰耗必然使传输信号的幅度-频率发生畸变，引起信号波形的失真，使信号时域波形有很长的拖尾。此时若要传输数字信号，会引起相邻数字信号波形之间在时间上的相互重叠，即造成码间串扰（码元之间相互串扰）。要避免这种干扰，则需要降低码元的传输速率。由该时域图可以确定码元周期，从而得出该信道所能传输的最大码元速率。确定，B，N计算

38、带通样值计算带通样值计算带通样值计算调用FFT子程序计算选取所需要的样值，标称化打印结果，绘制曲线图4.1 程序流程图图4.2 仿真结果1图4.3 仿真结果2图4.4 仿真结果34.4 信道特性的改善方法 为了减小幅度频率畸变，在设计总的电话信道传输特性时，一般都要求把幅度频率畸变控制在一个允许的范围内。这就要求改善电话信道中的滤波性能，或者再通过一个线性补偿网络，使衰耗特性曲线变得平坦。这后一措施通常称之为“均衡”。在载波电话信道上传输数字信号时，通常要采用均衡措施。均衡的方式有时域均衡和频域均衡。 相位频率畸变（群迟延畸变）如同幅频畸变一样，也是一种线性畸变。因此，也可采取相位均衡技术补偿

39、群迟延畸变。为了减小相移失真，在调制信道内采取相位均衡措施，使得信道的相频特性尽量为理想线性曲线。或者严格限制已调信号的频谱，使它保持在信道的线性相移范围内传输。 恒参信道幅度频率特性及相位频率特性的不理想是损害信号传输的重要因素。此外，也还存在其它一些因素使信道的输出与输入产生差异（亦可称为畸变），例如非线性畸变、频率偏移及相位抖动等。非线性畸变主要由信道中的元器件（如磁芯，电子器件等）的非线性特性引起，造成谐波失真或产生寄生频率等；频率偏移通常是由于载波电话系统中接收端解调载波与发送端调制载波之间的频率有偏差（例如，解调载波可能没有锁定在调制载波上），而造成信道传输的信号之每一分量可能产生

40、的频率变化；相位抖动也是由调制和解调载波发生器的不稳定性造成的，这种抖动的结果相当于发送信号附加上一个小指数的调频。以上的非线性畸变一旦产生，一般均难以排除。这就需要在进行系统设计时从技术上加以重视。4.5 本章小结这一章主要通过MATLAB软件建立了电话信道的带通模型，并通过MATLAB实现了电话信道模型的仿真，通过编写程序，可以用软件绘出系统幅频特性和相频特性曲线图，并用IFFT计算出信道冲激响应，这样可以清楚的看到幅度失真和群时延失真对系统传输特性的影响。通过仿真结果，得出相频特性对数字信号传输影响最大，并掌握了通过计算等效低通脉冲响应来求解带通系统的冲激响应的方法。结束语信道是通信系统

41、的传输媒介，为了在有限的频谱资源上高质量、大容量地传输信息，就必须掌握电波在信道中的传播特性及变化规律，建立信道模型。信道是通信系统中最基础的部分。典型电话信道是一个恒参信道，由于恒参信道对信号传输的影响是固定不变的或者是变化极为缓慢的，因而可以等效为一个非时变的线性网络。从理论上讲，只要得到这个网络的传输特性，则利用信号通过线性系统的分析方法，就可求得已调信号通过恒参信道后的变化规律。通过观察信道幅频特性、相频特性对信道特性的影响，尤其相频特性即群时延特性对信号传输的影响，得出信道特性变化的规律。由群时延特性计算带通信道的相频特性，已知信道的幅频特性，求得了通带通信道的等效冲激响应频率函数，

42、继而求出带通信道冲激响应，用MATLAB软件绘出结果曲线。由结果曲线可以确定该信道所能传输的信号码元的最大传输速率。分析得出，信道特性的不理想导致信号时域波形有很长的拖尾，从而造成码间串扰。在电话信道上传输数字信号时，通常要采用均衡措施。均衡的方式有时域均衡和频域均衡，群迟延畸变可采取相位均衡技术来补偿。参考文献1 王刚，郑方电话信道下应用DMFCC进行说话人识别J清华大学学报，2009，49（10）：1597-16002 Qilian LRadar Sensor Wireless Channel Modeling in Foliage Environment: UWB Versus Narr

43、owbandJIEEE Trans. on Sensors Journal，2011，11(6)：1448-14573 马小舟移动无线信道特性及基于FPGA的信道仿真器实现D长沙：国防科学技术大学，20094 胡凡非协作数字通信系统群时延及相位噪声研究D成都：电子科技大学，20105 王俊波，曹哲，陈明，等无线并行放大转发中继传输中基于信噪比的功率分配研究J电子学报，2011，39(7)：1663-16676 夏术泉通信电子线路M北京：北京理工大学出版社，2010：21-277 Martins N CCoding for Additive White Noise Channels With F

44、eedback Corrupted by Quantization or Bounded NoiseJIEEE Trans. on Information Theory，2008，54(9)：4274-42828 Nielsen J O，Yanakiev B，Bonev I B，et alUser Influence on MIMO Channel Capacity for Handsets in Data Mode OperationJIEEE Trans. on Antennas and Propagation，2012，60(2)：633-6439 喻火根移动通信信道建模与仿真研究D成都

45、：电子科技大学，200910 张德丰数字图像处理（MATLAB版）M北京：人民邮电出版社，2009，221-25711 李耀东，王玉玲宽带无线移动通信系统信道建模技术研究J西安邮电学院学报，2009，14(1)：34-4812 曾婷电话授时系统信道时延测量新技术研究D北京：中国科学院，201013 陆建东基于MATLAB的无线信道传播特性分析J科技传播，2010，(19)：193-19614 Rusek F，Prlja AOptimal Channel Shortening for MIMO and ISI ChannelsJIEEE Trans. on Wireless Communicat

46、ions，2012，11(2)：810-81815 Gadringer M E，Bosch W，Magerl GPhase Dependent Distortion in Direct Conversion TransmittersJIEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques，2011，59(12)：3219-3227致 谢本文是在导师张士兵的悉心指导下完成的，在这几个月中，我认真的阅读了相关的中英文文献，遇到问题自己先查阅相关资料，并且虚心地向老师请教。在做毕业设计的过程中，我学到了很多东西，初步了解了电话信道建模的概念意义，并建立了带通信道

47、模型。通过努力，我达到了预期的目标，在以后的工作生活中，我会将这些应用到其中，真正做到学以致用。在做毕业设计期间，我也遇到很多困难，例如：在设计程序进行信道模型仿真时，程序一直有些小问题，不过在导师的帮助下，我把这些困难都克服了，在此非常感谢张士兵教授。当然，在此期间，我也得到过同学的支持。和同学一起探讨，一起研究，相互鼓励的过程中，再次让我感觉到了同学之间的友谊。最后，我要感谢我的父母，感谢他们的含辛茹苦的把我养大，培养我；其次感谢给予我帮助的同学；再次感谢我的导师，感谢他不厌其烦的讲解和教导！非常感谢！附 录 以下为电话信道仿真中所用到的程序：clearN=9600;k=0:N-1;n=0

48、:N-1;fs=9600;f=0:4800-1;fc=2400;a1=-4.17*10-5;a2=-3.3333*10-5;a3=-4.16*10-6;b1=2.37*10-6;b2=1.57*10-6;for l=0:4800-1 x=l+1; if l400 h(x)=a1*(l-400)2+a2*(l-700)2; elseif 400=l&l700 h(x)=a2*(l-700)2; elseif 700=l&l1250 h(x)=0; elseif 1250=l&l4800 h(x)=a3*(l-1250)2; endendfor j=0:4800-1 y=j+1; if j1550

49、 t(y)=b1*(j-1550)2; elseif 1550=j&j4800 t(y)=b2*(j-1550)2; endendtheta=trapz(t);a=h.*cos(theta),b=h.*sin(theta);Hb=a-b*i;hb=ifft(Hb,N);figure(1);plot(f,h);xlabel(Frequncy);ylabel(|H(f)|);title(幅频特性);figure(2);plot(f,t);xlabel(Frequncy);ylabel(tgr(f);title(相频特性);figure(3);plot(n,hb);axis(0,200,-5,5);xlabel(n);ylabel(hb);title(带通信道冲激响应);