基于Matlab/Simulink的TDMA技術(shù)的仿真研究

韓 錚

（赤峰學(xué)院 物理與電子信息工程系，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

基于Matlab/Simulink的TDMA技術(shù)的仿真研究

韓 錚

（赤峰學(xué)院 物理與電子信息工程系，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

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（TDMA）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.

TDMA；Simulink；通信仿真

1 引言

時(shí)分多址，簡(jiǎn)稱TDMA（Time Division Multiple Access）.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)間上劃分為若干個(gè)間隔相等的時(shí)隙，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)，時(shí)隙周期性的出現(xiàn)（通常稱為幀）.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，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 TDMA仿真模型

TDMA通信系統(tǒng)的Matlab/Simulink仿真模型，如圖1所示.

圖1 TDMA通信系統(tǒng)仿真模型

利用三個(gè)信號(hào)發(fā)生器分別產(chǎn)生正弦波、方波和三角波來(lái)代表不同的信源，將三路信號(hào)送入TDMA Subsystem 1模塊內(nèi)進(jìn)行時(shí)分多路鍵控，在各自允許時(shí)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)，經(jīng)信道傳輸后在TDMA Subsystem 2中利用不同的時(shí)隙將其分離開(kāi).最后，在TDMA Subsystem 3中取樣保持為信宿接收的信號(hào).

TDMA Subsystem 1模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖2 TDMASubsystem 1模塊結(jié)構(gòu)

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)依次相差1/3周期的頻率為100 Hz的脈沖信號(hào)控制三個(gè)可控開(kāi)關(guān).即：在10 ms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).可控開(kāi)關(guān)利用過(guò)零檢測(cè)，門限值設(shè)為0，采樣周期設(shè)為0.1 ms.

TDMA Subsystem 2模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示.

圖3 TDMA Subsystem 2模塊結(jié)構(gòu)

TDMA Subsystem 2模塊的結(jié)構(gòu)同TDMA Subsystem 1完全相同，保持時(shí)間上的準(zhǔn)確同步，其完成功能是將不同時(shí)隙的信號(hào)進(jìn)行分離.

圖4 TDMA Subsystem 3模塊結(jié)構(gòu)

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，TDMA Subsystem 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.

TDMA Subsystem 3模塊結(jié)構(gòu)如圖4所示.

3 TDMA模型仿真結(jié)果

3.1 輸入信號(hào)

圖5 輸入信號(hào)波形圖

輸入三路信號(hào)分別為方弦、正弦波和鋸齒波.幅度分別為1.5 V、2 V和1.5 V，頻率為5 Hz.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，以下圖形未加說(shuō)明時(shí)，均已疊加此常數(shù)值.

3.2 分時(shí)取值后的三路信號(hào)波形

輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)子系統(tǒng)TDMA Subsystem 1后，分別在相應(yīng)的時(shí)隙中得到了采樣.將0.01 s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).

圖6 分時(shí)采樣后的波形圖

3.3 分時(shí)取值后的合成信號(hào)

此合成信號(hào)為TDMA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.

圖7 傳輸信號(hào)波形圖

3.4 不同時(shí)隙分離的信號(hào)

圖8 分離后的波形圖

此信號(hào)為模塊TDMA Subsystem 2的輸出信號(hào)，該模塊結(jié)構(gòu)與TDMA Subsystem 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.

圖9 采樣保持后的波形圖

4 結(jié)論

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.

〔1〕李建新.現(xiàn)代通信系統(tǒng)分析與仿真—MATLAB通信工具箱[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2000.

〔2〕徐明遠(yuǎn)，邵玉斌.MATLAB仿真在通信電子工程中的應(yīng)用 [M].西安電子科技大學(xué)出版社，2005.

〔3〕樊昌信，等.通信原理（第五版）[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2002.

TP 393

A

1673-260X（2010）12-0047-03