基于MATLAB的通信系统的设计与仿真

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1、 2011 届学士学位论文 基于基于 MATLABMATLAB 的通信系统的设计与仿真的通信系统的设计与仿真 学院 专业 物理与电子信息学院 电子信息工程 研 究 方 向 系统仿真 学 生 姓 名 学 号 指导教师姓名 指导教师职称 教授 2011 年 4 月 29 日 II 基于基于 MATLAB 的通信系统的设计与仿真的通信系统的设计与仿真 摘要 通信是通过某种媒体进行的信息传递 目的是传输信息 通信系统是用以 完成信息传输过程的技术系统的总称 作用是将信息从信源发送到一个或多个 目的地 调制与解调在信息的传输过程中占据着重要的地位 是不可或缺的 因此研究系统的调制和解调过程就极为重要 M

2、ATLAB 是集数值计算 图形绘 制 图像处理及系统仿真等强大功能于一体的科学计算语言 它强大的矩阵 运算和图形可视化的功能以及丰富的工具箱 为 通信系统的调制和解调过 程的分析提供了极大的方便 本论文首先介绍了通信系统的概念 进而引出调制和解调 然后介 绍了我们常用的几种调制和解调的方法 由于 MATLAB 具有的强大功能所以 详细介绍了 MATLAB 通信系统工具箱 并给出了基于 MATLAB 的通信系统的调 制与解调的实现 运用 MATLAB 仿真软件进行仿真 关键词关键词 通信系统 调制与解调 MATLAB III Simulation And Design Of Communicat

3、ion Systems Based On MATLAB AbstractAbstract Communication is through a media for transportation Communication system which is used to complete the process of information transmission systems in general is to send the information from the source to one or more destinations Modulation and demodulatio

4、n occupied an important position in the transmission of information which is essential so the research about the modulation and demodulation process in the communication system is extremely important MATLAB is a numerical computation graphics rendering image processing and system simulation and othe

5、r powerful features in one of the scientific computing language it is a powerful matrix calculation and graphical visualization features and a rich toolbox provides a great convenience for the communication system of modulation and demodulation process This paper introduces the concept of the commun

6、ication system and then leads to modulation and demodulation and then introduced several of our commonly used method of modulation and demodulation As the power of MATLAB so we introduced the communication system toolbox in the MATLAB We gives several examples about the communication system based on

7、 MATLAB modulation and demodulation and use the software of MATLAB to simulate them Keywords Communication Systems Modulation and demodulation MATLAB IV 目录 1 引言引言 1 2 通信系统的调制与解调通信系统的调制与解调 2 2 1 通信系统的概念 2 2 2 调制和解调的概念 4 2 3 幅度调制和相干解调的原理 5 3 MATLAB 通信系统工具箱通信系统工具箱 7 4 基于基于 MATLAB 的模拟调制和解调实例的模拟调制和解调实例 8

8、 4 1 用 MATLAB 分析双边带幅度调制 DSM AM 8 4 2 用 MATLAB 分析相干解调过程 10 总结总结 12 参考文献参考文献 13 致致 谢谢 14 1 1 引言 通信按照传统的理解就是信息的传输 在当今高度信息化得社会 信息和 通信已经成为现代社会的 命脉 信息作为一种资源 只有通过广泛的传播与 交流 才能产生利用价值 促进社会成员之间的合作 推动社会生产力的发展 创造出巨大的经济效益 而通信作为传输信息的手段或方式 与传感技术 计 算机技术相互融合 已经成为 21 世纪国际社会和世界经济发展的强大推动力 所以未来的通信对人们的生活方式和社会的发展将会产生更加重大和意

9、义深远 的影响 在信息传输过程中 要求天线的尺寸要和信号的波长相比拟 信号才能有 效的被辐射 对于语音信号来说 相应的天线尺寸要在几十公里以上 实际上 不可能实现 所以需要经过调制将信号频谱搬移到较高的频率范围 如果不进 行调制就把信号直接辐射出去 那么各电台所发出信号的频率就会相同 调制 作用的实质就是使相同频率范围的信号分别依托于不同频率的载波上 接收机 就可以分离出所需的频率信号 不致互相干扰 有时信号过于复杂 人工计算其调制和解调过程较难实现 对其结果的分 析又缺乏可视化的直观表现 影响了所得结果在实际生活中的应用 美国 MathWorks 公司开发的 MATLAB 解决了这一问题 它

10、应用于自动控制 数学计算 信号分析 信号处理等诸多领域 也是国内高校和研究部门进行许多科学研究的 重要工具 MATLAB 的出现给通信系统的分析提供了极大的方便 本文主要包括三部分 第一部分介绍了通信系统的调制和解调 第二部分 介绍了 MATLAB 通信工具箱 第三部分给出了 基于 MATLAB 的通信系统的分析 2 2 通信系统的调制与解调 2 1 通信系统的概念 通信是为了传输信息 通信系统就是将信息从信源发送到一个或多个目的地 对于电通信来说 首先要把消息转变成电信号 然后经过发送设备 将信号送 入信道 在接收端利用接受设备对接收信号作相应的处理后 送给信宿再转换 为原来的消息 这一过程

11、可利用图 1 所示的通信系统一般模型来概括 发送端 接收端 图 1 通信系统的一般模型 通信 Communication 传输的消息是多种多样的 可以分成两大类 一类称 为连续消息 另一类称为离散消息 消息的传递是通过它的物理载体电信号来 实现的 按信号参量的取值不同 可以把信号分为两类 模拟信号和数字信号 通常按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号 相应的可以把通信系统分为 模拟通信系统和数字通信系统 1 模拟通信系统 模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统 其模型如图 2 所示 其中包含两种重要变换 第一种变换是 在发送端把连续消息变换成原始电信 号 在接收端进行相反的变换 这种变

12、换由信源和信宿来完成 通常称为原始 电信号为基带信号 基带的意思是指信号的频谱从零频附近开始 有些信道可 以直接传输基带信号 而以自由空间作为信道的无线电传输却无法直接传输这 些信号 因此 模拟通信系统中常常需要进行第二种变换 把基带信号变换成 适合在信道中传输的信号 并在接收端进行反变换 完成这种变换和反变换的 通常是调制器和解调器 1 信息源 发送设备信道接收设备 噪声源 受信者 受信者 模拟信息源 解调器 调制器 噪 声 源 信 道 3 图 2 模拟通信系统模型型 2 2 数字通信系统 数字通信系统 Digital Communication System DCS 是利用数字信号来 传递

13、信息的通信系统 如图 3 所示 数字通信所涉及的技术问题很多 其中主 要有信源编码与译码 信道编码与译码 数字调制与解调 同步以及加密与解 密等 图 3 数字通信系统模型 与模拟通信相比 数字通信具有许多优良的特性 1 抗干扰能力强 且噪声不积累 数字通信系统中传输的是离散取值 的数字波形 接收端的目标不是精确的还原被传输的波形 而是从 收到噪声干扰的信号中判决出发送端所发送的是哪一个波形 2 传输差错可控 在数字同喜系统中 可以通过信道编码技术进行检 错与纠错 降低误码率 提高传输质量 3 便于用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理 变换 存储 这种数字处理的灵活性表现为可以将来自不同信源

14、的信号综合到一 起传输 4 易于集成 使通信设备微型化 重量轻 5 易于加密处理 且保密性好 数字通信的缺点是 一般需要较大的传输带宽 设备复杂 近年来 随着 大规模集成电路的出现 数字系统的设备复杂程度和技术难度大大降低了 数 字传输方式日益受到欢迎 数字处理的灵活性使得数字传输系统中传输的数字 信息既可以来自计算机 电传机等数据终端的各种数字代码 也可以来自模拟 信号经过数字化处理后的脉冲编码 PCM 信号等 原理上 数字信息可以直 接用数字代码序列表示和传输 但在世纪传输中 视系统的要求和信道情况 一般需要进行不同形式的编码 并且选用一组取值有限的离散波形来表示 这 信 息 源 信 源

15、编 码 加 密 信 道 编 码 数 字 调 制 信道噪声源 数 字 解 调 信 道 译 码 解 密 信 源 译 码 受 信 者 4 些取值离散的波形可以是未经调制的电信号 也可以是调制后的信号 未经调 制的数字信号所占据的频谱是从零频或很低频率开始 称为数字基带信号 2 2 调制和解调的概念 调制 把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程 广义的调制分 为基带调制和带通调制 也称为载波调制 在无线通信中和其他大多数场合 调制均指载波调制 2 载波调制 就是用调制信号去控制载波的参数的过程 使载波的某一个或 某几个参数按照调制信号的规律而变化 调制信号是指来自信源的消息信号 基带信号 这些信

16、号可以是模拟的 也可以是数字的 未受调制的周期性振 荡信号称为载波 它可以是正弦波 也可以是非正弦波 如周期性脉冲序列 载波调制后称为已调信号 它含有调制信号的全部特征 解调 将已调信号中的调制信号恢复出来 是调制的逆过程 调制方式不 同 解调方法也不一样 解调可以分为正弦波解调 有时也称为连续波解调 正弦波解调还可再分为幅度解调 频率解调和相位解调 此外还有一些变种如 单边带信号解调 残留边带信号解调等 同样 脉冲波解调也可分为脉冲幅度 解调 脉冲相位解调 脉冲宽度解调和脉冲编码解调等 调制方式有很多 根据调制信号是模拟信号还是数字信号 载波是连续波 通常是正弦波 还是脉冲序列 相应的调制方式有模拟连续波调制 简称模 拟调制 数字连续波调制 简称数字调制 模拟脉冲调制和数字脉冲调制等 最重要和最常用的模拟调制方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制 常见的调幅 双边带 单边带和残留边带等调制就是幅度调制的几个典型实例 解调的方法可以分为两类 相干解调和非相干解调 包络检波 解调过 程与采用何种解调方式有关 对于常规幅度调制 一般用包络检波进行解调 由于在这种解调方式中 接收机对载波