《基于MATLAB的眼图仿真《通信原理》（特选材料）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于MATLAB的眼图仿真《通信原理》（特选材料）（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于MATLAB的眼图仿真及其与通信实验箱之结果的比较摘要通信实验往往可以从硬件和软件两方面着手设计，并加以横向比较，从而达到更深刻地理解和领会通信理论原理的目的。本设计选取眼图为研究对象。可靠性是通信系统的重要指标之一，而眼图是定性衡量传输系统可靠性能码间串扰大小及受信道噪声的影响等的方法，简单直观；除了用通信实验箱实现眼图的观察外，软件仿真具有前者所不具备的优点，本设计以MATLAB为主要工具实现了眼图的仿真模拟。硬件方面使用北京掌宇金仪科教仪器设备有限公司生产的TIMS-301 F系列实验系统，只需较少的模块就能完成眼图的实现，缺点是灵活性不够；MATLAB由初始的矩阵实验室发展成一款具
2、有广泛用途的科学实验软件，在通信系统仿真方面是有效而便捷的。MATLAB本身内置功能强大的函数库和讲解详细的帮助文档，前者使得眼图的仿真更加高效。眼图仿真考虑了以下几方面因素的影响：调制数字信号的方式、传输系统（滤波）、信道噪声及其大小等等；给出了MATLAB语言编程和Simulink动态建模两种眼图的实现方式，通过仿真有效的验证了眼图判断噪声大小、系统性能的有效性，并尝试了通过眼图调整通信系统的抗干扰能力。关键字：通信系统，眼图，仿真，MATLABSimulation of Eye Diagram Based on Matlab& Comparison with the rusult of
3、TIMSAbstractExperiment in communication system can often be coducted on hardware as well as by sofeware, and by drawing comparison with each other, the principles of the theories in communication system could be understood more deeply and properly . The Eye Diagram was chosed to be studied in this d
4、esign. The reliability is one of the most important indexes in evaluating the performance of a communication system. Eye Diagram is such a tool to observe the performance of communication systems. By using an Eye Diagram, the magnitude of the noise and the Intersymbole Interference (ISI) could be di
5、agnosed by and large. Two methods were employed to achieve the Eye Diagram. One was the TIMS-301F teaching & experimental system, which is simple but inflexible; the other was using the language of MATLAB which contains programming by matlab and establishing drammic models of communication system in
6、 Simulink. Comparison was drawn between the two. Many factors were considered in the simulation of Eye Diagram, such as the way which a digital signal was modulated before transmiting, the transmit system, noise of the channel, the filter and so on. Some phenomenons can be observed and some principl
7、es be tested, beside, it also tries to improve/adjust the communication system with the help of the Eye Diagram. Key Words: Communication System, Eye Diagram, Simulation, MATLAB目录参考类1 绪论11.1 引言11.2 通信系统及其性能指标21.3 码间干扰及无失真传输41.4 眼图及其模型52 眼图的硬件实现72.1 TIMS系统简介72.2 眼图的观察及结果83 眼图的MATLAB仿真123.1 MATLAB简介12
8、3.2 眼图的仿真及结果144 两种结果的比较及结论325 附录33致谢35参考文献361 绪论1.1 引言21世纪将是一个信息高速膨胀的信息社会，社会生产力水平的大力发展要求社会成员间的合作更加紧密和高效，通信系统的设计与优化因此显得越来越重要；通常，通信系统的性能指标涉及有效性、可靠性、适应性、标准性等等，但从研究消息传输角度考虑，通信的可靠性和有效性是主要的矛盾所在，可靠性主要指消息的“质量“问题1 樊昌信等.通信原理（第5版）M.北京：国防工业出版社，2001：1-116.1；对于数字通信系统，具体来说，就是传输速率和差错率，差错率就是从可靠性的角度具体化的一个概念。通信系统的优劣需要
9、一个性能评价机制，眼图就是一个简单有效的定性衡量方法，通过眼图还可以对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。由于眼图实现所需的设备较少（硬件只需一台示波器），观察容易，因此广泛应用于各种通信系统尤其是数字通信系统的性能的评定。从眼图上还可以大致估计系统的防噪声能力或信道受到噪声污染的情况。当然，眼图并不是唯一评价方式，甚至也不是最全的评价方式，信号星座图从另一些方面反映了系统2 通信与信息处理实验中心通信系统原理实验指导书DB/OL.http:/ （美）William H.Tranter等著 肖明波等译.通信系统仿真原理与无线应用M.北京：机械工业出版社，2005：19
10、4-214.。通信原理往往比较抽象，理论如果能在实验中得到验证，必然可以加深对理论的理解，而本实验从硬件和软件两方面对照，实现眼图的观察，相信会更好的了解眼图，同时综合软硬件的优势，克服各自的缺陷，不失为一种良好的学习方式。1.2 通信系统及其性能指标传递信息所需的一切技术设备的总和称为通信系统，其一般模型如下图所示4 曹志刚，钱亚生.现代通信原理M.北京：清华大学出版社，1992：2-317.：信息源发送设备传输媒介接收设备收信者干扰图 1.1 通信系统的一般模型Fig. 1.1 MODEL Of COMMUNICATION SYSTEM通信系统按信道中所传输的信号的类型（模拟信号还是数字信
11、号）又可分为模拟通信系统和数字通信系统，由于计算机的迅速发展，加之数字通信抗干扰能力强、易于实现集成化、便于多路复用、可将传输与交换结合起来、便于应用计算机技术等等优点，数字通信已逐渐超越模拟通信而占据主体地位。数字通信系统的模型是在通信系统的一般模型中将模拟信源经过抽样、量化，及便于传输而进行的编码等等步骤实现信号的离散化，接收设备相应的需要解码、滤波等等处理；如果在发送端进行了调制，还需在收信端解调信号。由图2.1所示一般模型可知，干扰主要在传输媒介（信道）处引入,故有必要考察一下信道的模型。信道可分为有线信道和无线信道；明线、对称电缆、同轴电缆、光纤等属于有线信道，地波传播、短波电离层反
12、射、人造卫星及各种散射信道等都是无线信道。通常我们将模型中的干扰视为加性的（一般以表示），而不是乘性的；至于乘性干扰，一般认为由发送和接收设备引入，往往会带来信号非线性失真。若以表示发送和接收设备共同构成的系统的传递函数，由信号与系统的知识，信道的模型可概括如下：输入输出图 1.2 信道模型Fig. 1.2 MODEL Of COMMUNICATION CHANNEL对于在计算机上仿真来说，不能像硬件实验一样真实的模拟各种物理信道，但可以将各种信道产生的效果杂合成，用MATLAB中的相关函数来仿真，用来统指与所传信号相异的信号，包括外部噪声（自然噪声、认为噪声）和信道内部各种电子器件的内部噪声
13、，它们总的以随机信号的形式出现。通常认为这样的噪声为高斯白噪声，即其分布服从正态分布，频谱包含任意频率分量，为常数。信噪比用来衡量噪声平均功率相对信号平均功率的大小。以上模型将加性干扰归入中，而乘性干扰在中得到反映。有效性和可靠性是衡量通信系统的两个主要性能指标。有效性指系统传输消息的效率，总是希望以最合理、最经济的方法来传输最大数量的消息；可靠性指系统传输消息可靠程度，即质量问题，决定于系统抗干扰的性能，即通信系统的抗干扰性。有效性和可靠性是相互矛盾的，只能依据实际要求求得相对的统一，比如，在满足一定可靠性指标下，尽量提高系统的有效性，使消息传输更快，但是不能无限（相对而言）地提高有效性而不
14、降低系统可靠性能。对于模拟通信来说，有效性用有效传输带宽来衡量，衡量可靠性用输出信噪比；而对于数字通信，其有效性体现在一个信道通过的信息速率上，可以有以下三种表示方法：（1）码元传输速率RB：系统每秒钟传送的码元(脉冲)数目，（2）信息传输速率Rb：系统每秒钟传送的二进制码元数目，（3）消息传输速率Rm：单位时间所传输的消息数目。可靠性常用差错率来表示：包括误码率和误信率（误比特率），分别为传输错误的码元（比特）数占传输码元（比特）总数的概率。1.3 码间干扰及无失真传输由信号与系统的知识知道，(波形)无失真传输的理想情况是传输函数满足两大条件：1. 幅度响应通带内为常数，带外为零；2. 通带
15、内相位响应为频率的线性函数，即群延迟为常数根据频谱分析原理：频带受限，则时域无限；因此满足上述两大无失真条件的信号其波形在时域上是无限延伸的，这就势必会引起各码元之间的相互窜扰。但在数字传输中情况有点不一样；由于码元波形是按一定间隔发送的，其信息携带在幅度上，接收端再生判决如能准确恢复出幅度信息，则原始信码就能无误地得到传送，故数字传输中只需特定时刻波形幅值无失真传送，而不必整个波形不变。奈奎斯特（Nyquist）第一、第二和第三准则分别研究了抽样值无失真、转换点无失真和脉冲波形面积保持不变三种情形，更加详细的信息可以参见文献14-16。其中抽样值无失真准则要求系统的总传输特性满足下式：式中表示码元传输周期；上式表明：系统的传输函数移位（为整数）后再叠加，其值在内表现为常数（不必严格为），则系统满足无码间干扰传输要求。显然理想低通滤波器满足此要求，但在物理实际中这样的滤波器是不能实现的，因为它的频谱具有无限陡峭的过渡带以及全零的区域，这与佩利维纳准则相悖。实际中广泛应用的是以为中心，具有奇对称升余弦过渡带的一类无串扰波形，通常称之为升
