通信系统的计算机模拟第十四讲

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1、通信系统的计算机模拟第十四讲无线系统仿真的方法论针对工作在慢衰落信道上的无线数字通信系统进行性能估计的问题，我们在本章讨论方法论。假设此系统的设计已接近完成，而且以下部分的设计已经完工：1．使用线性预测编码对语音信号进行编码，产生的输出比特率为9.6kdps。2．差错控制编码采用1/3码率的卷积码编码器，使用硬判决译码（或者使用带8级量化的软判决译码）。3．系统中使用50%平方根升余弦滤波器（SQRC）。4．均衡器是一个9抽头同步间隔线性均方（synchronouslyspacedlinearmeansquare）均衡器。5．使用QPSK调制，接收机使

2、用相干解调。假定条件信道：慢衰落“两径”信道（即衰落相对符号率而言是慢速的，这样就可将信道视作准静态的）。信道的输入输出关系由下式给出：（11-1）复衰减建模为独立平稳过程，假设这些过程的带宽（因而其变化速率）相对符号率来说很小复衰减使用两个独立的复高斯过程进行建模（瑞利包络），并假定延时是均匀分布的。特性与目标时变性：信道特性作为时间的函数是随机变化的，因此，接收信号功率和由信道引入的信号失真量也会随时间变化，而这些量还会影响到系统性能。当信号损耗与失真比较小的时候，系统的性能很好；而在信号损耗与失真很严重的时候，系统性能会明显下降。感兴趣的整本性能

3、指标：输出语音的质量，这可由听力测试获得。在测试中，语音译码器的输出被录制下来并回放给一些测试者听，这些人从1到5对语音的质量进行评分，其中1表示质量最差，5表示质量最好。用测试对象集合中每个人的分数的平均值作为语音质量指标。系统设计的整体目标是，至少在98%以上的时间内，保证语音质量指标大于等于3，如果语音质量指标小于3，则宣布通信链路不可用并停止服务。仿真实验的目的：评估系统性能，该系统性能是以Eb/N0作为函数的语音质量指标V来度量的；并计算当语音质量指标阈值为3时，保证中断概率小于2%所需的Eb/N0值。下面详细介绍用于估计Eb/N0函数的中断

4、概率的整体方法。11.1系统级简化与采样率考虑----慢衰落的假定使得用于性能估计的仿真模型可直接简化如下：1．同步：假设同步是理想的，由于信道是慢衰落，因而同步与相位恢复子系统可以建立起接近理想的同步与相位参考。可以从作性能估计的仿真模型中忽略这些子系统。2．静态信道：慢衰落的假定也意味着信道可以看作是准静态的，性能估计时可以使用瞬时信道。于是，信道模型退化为（11-2）式中是随机变量，其值在每一次性能估计的仿真中，都保持不变。通常假定（归一化），，则输入输出关系为：（11-3）----慢衰落的假定cont.而信道传递函数为：（11-4）在这个模型中

5、，信道特性由两个随机变量描述，式中，具有瑞利概率密度函数，τ具有均匀概率密度函数。3．射频（RF）调制器与解调器：可以假设这两个块进行的理想的频率搬移，因此可以从仿真模型中把它们省略掉，这样，整个系统就可以使用复低通等效表示来进行仿真。采样率发送端的语音源、信源编码器、差错控制编码器等模块，以及接收端的差错控制译码器和信源译码器模块，均对符号序列进行操作仿真中应采用每个符号一个采样（即以合适的符号率或比特率对它们进行处理）。从QPSK调制器的输出到均衡器的输出，我们一直在使用波形表示。因此信号和整个系统的这部分中的元件进行仿真时，采用的采样率应该与信号

6、和滤波器之类的元件的带宽相一致因为系统中没有非线性和时变的元件，所以不必考虑带宽扩展的问题，而且也不必考虑系统这一部分的多速率采样，因为我们不必处理带宽悬殊的多个信号。系统的“模拟”部分的采样率可以设成QPSK信号带宽的16倍，这可以截短为升余弦滤波器的带宽，大小为符号率的0.75倍（0.5R+(0.5R)/2=0.75R）。当QPSK的采样率是R=(9600×3)/2=14400符号/秒时，可以使用采样率16×0.75×14400=172800符号/秒。这等价于12采样/QPSK符号。升余弦滤波器11.2整体方法论中断概率的估计由于信道参数是随机变量

7、，可以使用蒙特卡罗方法确定由信道引起的中断概率。蒙特卡罗法包括：根据信道参数的，τ分布产生随机数以及根据每一对的τ值来计算系统性能。中断概率的估计是，仿真的信道产生的性能指标低于可接受的（阈值）水平所占的百分比。注意，这里的蒙特卡罗仿真与用于对每个信道条件进行性能估计的蒙特卡罗仿真不同。用于性能估计的蒙特卡罗仿真包括产生用来表示信号和噪声的一个或多个随机过程的采样值。流程图结果问题与对策对于给定的信道条件和，可以使用蛮力（brute-force）蒙特卡罗方法来估计语音质量指标。以采样与数字化后的语音作为输入，录制语音译码器的仿真输出并把这些录制好的输出

8、播放给一组测试者听，并根据他们评分确定语音质量指标。虽然这一方法对实际的情况进行了模仿，但对成