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1、本文格式为Word版，下载可任意编辑基于MATLAB的通信系统传输信道性能仿真研究 清华大学2022届毕业设计说明书 1 绪论 通信就是把信息从一地有效地传递到另一地，及消息传递的全过程。通信是由通信 系统来实现的，通信系统是只完成信息传递的传输介质和全部设备的总称。现代通信系统主要借助电磁波在自由空间的传播或在导引媒体中的传输机理来实现，前者称为无线通信系统，后者称为有线通信系统。 1.1 课题的研究背景及意义 1.1.1 通信系统研究背景 实际的通信系统是一个功能布局相当繁杂的系统，对这个系统作出的任何变更(如变更某个参数的设置、变更系统的布局等)都可能影响到整个系统的性能和稳定。因此，在
2、对原有的通信系统作出提升或建立一个新系统之前，通常需要对这个系统举行建模和仿真，通过仿真结果衡量方案的可行性，从中选择最合理的系统配置和参数设置，然后再应用于实际系统中，这个过程就是通信系统仿真1。 在通信技术快速进展的今天，人们对通信系统的性能以及造价都提出了对比高的要求，于是通信仿真便应运而生。仿真是衡量系统性能的工具，它通过仿真模型的仿真结果来推断原系统的性能，从而为新系统的建立或原系统的改造供给稳当的参考。现代计算机科学技术快速进展，已经研发出了新一代的可视化的仿真软件。这些功能强大的仿真软件，使得通信系统仿真的设计和分析过程变得相对直观和便捷，由此也使得通信系统仿真技术得到了更快的进
3、展2。通过仿真可以降低新系统失败的可能性，消释系统中潜在的弊端，防止对系统中某些功能部件造成过量的负载，优化系统的整体性能，因此，仿真是科学研究和工程创办中不成缺少的方法。 计算机辅佐分析和设计技术进展特别急速，展现了大量实用仿真软件与工具，并应用于通信系统建模、分析和设计，使得通信系统仿真进展很快。计算机辅佐技术根本上有两大类，一是基于公式的方法，用计算机计算繁杂的公式；二是用计算机仿真系统的信号波形，即波形级仿真。 现代计算机软硬件技术的快速进展，新一代的可视化的仿真软件的使用使得通信系 第 1 页 共 50 页 清华大学2022届毕业设计说明书 统仿真的设计和分析过程变得相对直观和便捷，
4、推动了通信系统仿真的快速进展。 1.1.2 通信系统仿真的意义 通信系统仿真应用到了通信系统工程设计的各个阶段，无论是从早期的概念设计，还是实现，测试，使用等各个阶段。在概念定义阶段，通信系统仿真获得项层指标；在接下来的设计和研发中，通信系统仿真确定硬件研发的指标，检验己完成子系统对整个系统性能的影响；在运行阶段，通信系统仿真可以用来确定解决问题的方法；通信系统仿真还可以预料系统的使用寿命。 通信系统仿真实质上就是把硬件测验搬进了计算机，可以把它看成是一种软件测验。在硬件测验系统中，用各种电子元器件制作出通信系统中的理论模型所规定的各个模块，再把它们通过导线或电缆等接在一起，然后用示波嚣、频谱
5、议、误码仪等通信仪表得到各种测量，结果分析测量结果。 在软件测验中我们也是这样做，只不过全体通信模块及通信仪表的功能都是用程序来实现的，通信系统的全过程在计算机中仿真运行。与硬件测验相比，软件测验具有如下一些优点： (1) 软件测验具有广泛的适应性和极好的生动性。在硬件测验中变更系统参数可能意昧着要重傲硬件，而在软件测验中是改一、两个数据，甚至只是在屏幕上按几下鼠标。 (2) 软件测验更有助于我们较为全面地研究通信系统。有大量问题，通过硬件测验来研究可能分外困难，但在软件测验中却易于解决。 (3) 硬件测验的精确度取决于元器件及工艺水平，软件测验精度取决于cpu的运算速度或者说是程序的运算量。
6、 (4) 软件测验创办开发周期短，本金低。 随着通信和信号处理系统的繁杂程度的提高，同时展现了一系列新的技术。如用于数字信号处理的价格不高但速度很快的硬件、光纤光学器件、集成光学设备和单片微波集成电路，这些对通信系统的实现均有重要影响。通信系统繁杂度的提高使得用来分析和设计系统的时间和精力也相应提高了，然而在商用产品中引入新技术要求设计能做到短时，高效、省力，而这些要求只有通过使用强大的计算机辅佐分析和设计工具才能实现。所以，通信系统仿真为通信网络的进展供给了强有力的支持，在通信系统工程设计 第 2 页 共 50 页 清华大学2022届毕业设计说明书 中起着举足轻重的作用。 1.1.3 通信系
7、统仿真流程 与一股的仿真过程类似，在对通信系统实施仿真之前，首先需要研究通信系统的特性，通过归纳和抽象建立通信系统的仿真模型。图1.1是关于通信系统仿真流程的一个示意图3。 图1.1 通信系统仿真的流程 1.1.4 通信技术进展现状和趋势 进入20世纪以来，随着晶体管、集成电路的展现与普及、无线通信急速进展。更加是在20世纪后半叶，随着人造地球卫星的放射，大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世，通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的告成。 1. 微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。 2. 移动通信和卫星通信的展现，使人们随时随地可通信的愿望可以实现。 3. 光导纤
8、维的展现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。 4. 电子计算机的展现将通信技术推上了更高的层次，借助现代电信网和计算机的融合，人们将世界变成了地球村。 5. 微电子技术的进展，使通信终端的体积越来越小，本金越来越低，范围越来越广。 第 3 页 共 50 页 清华大学2022届毕业设计说明书 随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域，各种新的通信业务将不断地被开发出来。 1.2 通信系统的根本内容 1.2.1 通信系统简介 通信系统是用以完成信息传输过程的技术系统总称。现代通信系统主要借助电磁波在自由空间的传播或在导引媒体中的传输机理来实现。前者称为无线
9、通信系统，后者称为有限通信系统。当电磁波的波长达成光波范围时，这样的通信系统称为光通信系统，其他电磁波范围的通信系统那么称为电磁通信系统，简称为电信系统。由于光的导引媒体采用特制的玻璃纤维，因此有线光通信系统又称光纤通信系统4。一般电磁波的导引媒体是导线，按其概括布局可分为电缆通信系统和明线通信系统；无线电通信系统按其电磁波的波长那么有微波通信系统与短波通信系统之分。另一方面，按照通信业务的不同，通信系统又可分为电话通信系统、数据通信系统、传真通信系统和图像通信系统等。由于人们对通信的容量要求越来越高，对通信的业务要求越来越多样化，所以通信系统正急速向着宽带化方向进展，而光纤通信系统将在通信网
10、中发挥越来越重要的作用。 1.2.2 根本的通信系统 根本的通信系统一般由信源、信宿（收信者）、发端设备、收端设备和传输媒介等组成。 图 1.2 通信系统的根本模型 信源（信息源）：信息的发出者，通常将信息转化为基带信号的电路。可分为模拟信源和离散信源。 发送设备：匹配信源与传输媒介，调制，功率放大，以及各种信号处理功能。 第 4 页 共 50 页 清华大学2022届毕业设计说明书 传输设备：信号的传输媒介，可称为信道。 接收设备：发送设备的逆过程，小信号放大，解调。 信宿：消息的接收者，将基带型号转化为信息的电路。 噪声源：信号传输时所受的干扰，信道的噪声。通信设备的噪声，电源噪声，干扰统称
11、为噪声。 通信系统的分类：按业务分为电话通信系统，数据通信系统，电报通信系统，图像通信系统等。按传输媒介分为：有线和无线通信系统。有线通信系统包括光纤通信，电缆通信等；无线通信包括移动通信，微博接力通信，卫星通信等。按信号特征分类：按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可相应地吧通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。按照信道中传输的信号是否经过调制，可将通信系统分为基带传输和频带传输系统5。基带传输系统是将未调制的信号直接传输；频带传输是将基带信号经调制后送入信道传输。按通信复用方式分类，通信系统有频分复用（FDM)通信系统，时分复用（TDM)通信系统，码分复用（CDMA)通信系统。 通信
12、方式分为：单工方式，半双工方式，全双工方式通信。 评价一个通信系统，往往要设计到好多性能指标。但要从研究信息传输方面考虑，通信的有效性和稳当性是通信系统中最主要的性能指标。有效性是指信息传输的“速度”问题，而稳当性主要是指信息传输的“质量”问题。有效性和稳当性相互冲突又相互联系。提高有效性降低稳当性，反之亦然。因此在设计通信系统时，对二者应统筹考虑6。 1.2.3 数字通信系统 按信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可相应的将通信系通分为模拟通信系统和数字通信系统。 图 1.3 数字通信系统的模型 信源和信宿：信源的作用是将信息转化为原始电信号，完成非电/电的转换。信宿 第 5 页 共 50 页 8
