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1、题目题目 基于 SIMULINK 的通信系统仿真 摘要摘要 在模拟通信系统中，由模拟信源产生的携带信息的消息经过传感器转换成电信 号，模拟基带信号在经过调制将低通频谱搬移到载波频率上适应信道，最终解调还 原成电信号；在数字传输系统中，数字信号对高频载波进行调制，变为频带信号， 通过信道传输，在接收端解调后恢复成数字信号。本文应用了幅度调制以及键控法 产生调制与解调信号。 本论文中主要通过对 SIMULINK 工具箱的学习和使用，利用其丰富的模板以及 本科对通信原理知识的掌握，完成了 AM、DSB、SSB、2ASK、2FSK、2PSK 三种模拟 信号和三种数字信号的调制与解调，以及用 SIMUL
2、INK 进行设计和仿真。首先我进 行了两种通信系统的建模以及不同信号系统的原理研究，然后将学习总结出的相应 理论与 SIMULINK 中丰富的模块相结合实现仿真系统的建模,并且调整参数直到仿真 波形输出，观察效果，最终对设计结论进行总结。 关键词 通信系统 调制 SIMULINK 目录 1. 前言 .1 1.1 选题的意义和目的.1 1.2 通信系统及其仿真技术.2 3. 现代通信系统的介绍 .7 3.1 通信系统的一般模型.7 3.2 模拟通信系统模型和数字通信系统模型.7 3.2.1 模拟通信系统模型.7 3.2.2 数字通信系统模型.8 3.3 模拟通信和数字通信的区别和优缺点.9 4.
3、 通信系统的仿真原理及框图 .12 4.1 模拟通信系统的仿真原理.12 4.1.1 DSB 信号的调制解调原理 .12 4.2 数字通信系统的仿真原理.16 4.2.1 ASK 信号的调制解调原理 .16 5. 通信系统仿真结果及分析 .21 5.1 模拟通信系统结果分析.21 5.1.1 DSB 模拟通信系统 .21 5.2 仿真结果框图.24 5.2.1 DSB 模拟系统仿真结果 .24 5.3 数字通信系统结果分析.28 5.3.1 ASK 数字通信系统 .28 5.4 仿真结果框图.35 5.4.1 ASK 数字系统仿真结果 .35 1. 前言 1.1 选题的意义和目的 随着现代通信
4、系统的飞速发展,计算机仿真已经成为分析和设计通信系统的主 要工具,在通信系统的研发和教学中具有越来越重要的意义。计算机仿真是衡量系 统性能的工具,它通过构建模型运行结果来分析实物系统的性能从而为新系统的建 立或原系统的改造提供可靠的参考。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,优化系统的整体性能。因此,仿真是通信系统研究和工程建设中 不可缺少的环节。仿真也称模拟,在本质上,系统的计算机仿真就是根据实际的物理 系统的运行原理建立相应的数学描述并进行计算机数值求解。根据实际的目标问题 提出相应的数学描述,通常可以表达为一系列数学方程以及一系列边界条件。把系 统的数学描述称为系
5、统的仿真模型。用计算机语言重新表达的数学模型称为系统的 计算机仿真模型。对用户而言,使用仿真软件的平台不同,所建立的计算机仿真模型 形式也不同,可以是字符形式的一系列程序代码,也可以是图形化的一些列一组信号 流程图、系统方框图或者状态转移图。在当代社会中，信息的交换日益频繁，随着 通信技术和计算机技术的发展及它们的密切结合，通信能克服对空间和时间的限制， 大量的、远距离的信息传递和存取已成为可能。展望未来，通信技术正在向数字化、 智能化、综合化、宽带化、个人化方向迅速发展，各种新的电信业务也应运而生， 正沿着信息服务多种领域广泛延伸。 Simulink 是 MATLAB 最重要的组件之一，它提
6、供一个动态系统建模、仿真和综 合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠 标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink 具有适应面广、结构和流程清晰及仿真 精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点 Simulink 已被广泛应用 于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可 应用于或被要求应用于 Simulink。 从理论上对通信系统进行深入细致的研究是非常必要的，本文对通信系统中的 一些重要环节，如数字信号的调制解调，模拟信号的数字化传输等有着深入的研究 学习。本文在深刻理解通信系统理论的基础上，利用 MATLAB 提供的
7、通信工具箱和 信号处理工具箱中的模块，对通信系统中的典型信号进行了模型构建、系统设计、 仿真演示、结果显示。通过系统的仿真与分析可以看出 Simulink 在系统建模和仿 真中的巨大优势，是学习、研究和设计通信系统强有力的工具。 1.2 国内外研究现状 在国外通信技术的发展中，通信系统的仿真技术是一个技术重点。着重关注模 拟通信系统中的调制解调系统的基本原理以及抗噪声性能，并在 MATLAB 软件平台 上仿真实现几种常见的调制方式。最常用最重要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。利用 MATLAB 对模拟调制系统进行仿真，将结合 MATALB 模块和 Simulink 工具
8、箱的实现，并对仿真结果进行分析，从而更深入地掌握模拟 调制系统的相关知识。 通信系统的一般模型实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为 通信系统。以基本的点对点通信为例，通信系统的组成（通常也称为一般模型） 。 利用系统仿真可以迅速构建一个通信系统模型，为通信和信号处理系统的设计和分 析提供一个便捷，高效且精准的评估平台。可以将软件模型和硬件原型输出的数据 以及从真实系统的信号相互结合起来，从而使设计过程和评估过程统一起来，协同 工作，使得设计中的错误得以及时的修正，最终使得设计结果与实际系统的运行环 境相吻合，保证后期产品化过程的顺利进行。 在我国，现代社会发展要求通信系统功能越来
9、越强,性能越来越高,构成越来越 复杂;另一方面,要求通信系统技术研究和产品开发缩短周期,降低成本,提高水平。 如此要求只有通过使用强大的计算机辅助分析设计技术和工具才能实现。利用系统 建模和软件仿真技术，几乎可以对所有的设计细节进行分层次的建模和评估，而且 模型无需针对解析分析简化，因此评价结果更加精准，更接近实际的运行情况。 ， 随着超大规模集成电路工艺的成熟以及计算机和数字信号处理技术的充分发展，数 字通信发展迅速，大多数的模拟通信系统已被数字通信系统所取代。尽管在未来的 一段时间内数字通信系统还不能完全取代模拟通信系统那个，但通信朝着数字化方 向发展是不会改变的，这是有数字通信和模拟通信
10、自身的特点所决定的。 从宏观 看，世界通信方式，仍以电话为主，在电话通信中，则以程控交换和移动电话发展 最快。目前模拟通信系统还在使用，但由于人们对各种通信业务的需求迅速增加， 数字通信正向着小型化、智能化、高速大容量的方向迅速发展，最终必将取代模拟 通信。从中我们可以看出通信在我们生活中的重要，它给我们带来了各种各样的消 息，如果有一天它消失了，我不敢想象世界会变成怎样。 3. 现代通信系统的介绍 3.1 通信系统的一般模型 通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源 所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图象等都是消息 (Message)。消息
11、有模拟消息（如语音、图象等）以及数字消息（如数据、文字等） 之分。所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。 所以，信号（Signal）是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。 通信的目的是传递消息，但对受信者有用的是消息中包含的有效内容，也即信 息(Information) 。消息是具体的、表面的，而信息是抽象的、本质的，且消息中 包含的信息的多少可以用信息量来度量。 通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、 发送设备、信道、接收设备和信宿(受信者) ，它的一般模型如图 3-1。 图 3-1 通信系统一般模型 3.2 模拟通信系统模型和
12、数字通信系统模型 3.2.1 模拟通信系统模型 在模拟通信系统中， 信源（信息源，也称发终端）的作用是把待传输的消 息转换成原始电信号，如电话系统中电话机可看成是信源。信源输出的信号称 为基带信号。所谓基带信号是指没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始 电信号，其特点是信号频谱从零频附近开始，具有低通形式。根据原始电信号 的特征，基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号，相应地，信源也分为 数字信源和模拟信源。发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信 源产生的原始电信号（基带信号）变换成适合在信道中传输的信号。变换方式 是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式；对传
13、输数 字信号来说，发送设备又常常包含信源编码和信道编码等。信道是指信号传输 的通道，可以是有线的，也可以是无线的，甚至还可以包含某些设备。图中的 噪声源，是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其它各处噪声的集合。在 接收端，接收设备的功能与发送设备相反，即进行解调、译码、解码等。它的 任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号来。信宿（也称受信 者或收终端）是将复原的原始电信号转换成相应的消息，如电话机将对方传来 的电信号还原成了声音。 如图 3-2 所示： 图 3-2 模拟通信系统一般模型 3.2.2 数字通信系统模型 在数字通信系统中， 信源，信道，调制器，解调器，收信者和模拟的一样， 加密器，编码器看名字就能猜出功能了吧，需要说明的是，图中调制器 / 解 调器、加密器 / 解密
