基于SIMULINK的通信系统仿真优质毕业设计.doc
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1、题目 基于SIMULINK通信系统仿真 摘要在模拟通信系统中,由模拟信源产生携带信息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,经过信道传输,在接收端解调后恢复成数字信号。本文应用了幅度调制和键控法产生调制和解调信号。本论文中关键经过对SIMULINK工具箱学习和使用,利用其丰富模板和本科对通信原理知识掌握,完成了AM、DSB、SSB、2ASK、2FSK、2PSK三种模拟信号和三种数字信号调制和解调,和用SIMULINK进行设计和仿真。首先我进行了两种通信系统建模和不一样
2、信号系统原理研究,然后将学习总结出对应理论和SIMULINK中丰富模块相结合实现仿真系统建模,而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. 序言11.1 选题意义和目标11.2 通信系统及其仿真技术23. 现代通信系统介绍73.1 通信系统通常模型73.2 模拟通信系统模型和数字通信系统模型73.2.1 模拟通信系统模型73.2.2 数字通信系统模型83.3 模拟通信和数字通信区分和优缺点94. 通信系统仿真原理及框图124.1 模拟通信系统仿真原理124.1.1 DSB信号调制解调原理12 4.2 数字通信系统仿真原理16
3、4.2.1 ASK信号调制解调原理165. 通信系统仿真结果及分析215.1 模拟通信系统结果分析215.1.1 DSB模拟通信系统215.2 仿真结果框图245.2.1 DSB模拟系统仿真结果245.3 数字通信系统结果分析285.3.1 ASK数字通信系统285.4 仿真结果框图355.4.1 ASK数字系统仿真结果351. 序言1.1 选题意义和目标伴随现代通信系统飞速发展,计算机仿真已经成为分析和设计通信系统关键工具,在通信系统研发和教学中含有越来越关键意义。计算机仿真是衡量系统性能工具,它经过构建模型运行结果来分析实物系统性能从而为新系统建立或原系统改造提供可靠参考。经过仿真,能够降
4、低新系统失败可能性,消除系统中潜在瓶颈,优化系统整体性能。所以,仿真是通信系统研究和工程建设中不可缺乏步骤。仿真也称模拟,在本质上,系统计算机仿真就是依据实际物理系统运行原理建立对应数学描述并进行计算机数值求解。依据实际目标问题提出对应数学描述,通常能够表示为一系列数学方程和一系列边界条件。把系统数学描述称为系统仿真模型。用计算机语言重新表示数学模型称为系统计算机仿真模型。对用户而言,使用仿真软件平台不一样,所建立计算机仿真模型形式也不一样,能够是字符形式一系列程序代码,也能够是图形化部分列一组信号步骤图、系统方框图或状态转移图。在现代社会中,信息交换日益频繁,伴随通信技术和计算机技术发展及它
5、们亲密结合,通信能克服对空间和时间限制,大量、远距离信息传输和存取已成为可能。展望未来,通信技术正在向数字化、智能化、综合化、宽带化、个人化方向快速发展,多种新电信业务也应运而生,正沿着信息服务多个领域广泛延伸。Simulink是MATLAB最关键组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析集成环境。在该环境中,无需大量书写程序,而只需要经过简单直观鼠标操作,就可结构出复杂系统。Simulink含有适应面广、结构和步骤清楚及仿真精细、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复杂仿真和设计。同时有大量第三方软件和硬件可应用于或被要求应用
6、于Simulink。从理论上对通信系统进行深入细致研究是很必需,本文对通信系统中部分关键步骤,如数字信号调制解调,模拟信号数字化传输等有着深入研究学习。本文在深刻了解通信系统理论基础上,利用MATLAB提供通信工具箱和信号处理工具箱中模块,对通信系统中经典信号进行了模型构建、系统设计、仿真演示、结果显示。经过系统仿真和分析能够看出Simulink在系统建模和仿真中巨大优势,是学习、研究和设计通信系统强有力工具。1.2 中国外研究现实状况在国外通信技术发展中,通信系统仿真技术是一个技术关键。着重关注模拟通信系统中调制解调系统基础原理和抗噪声性能,并在MATLAB软件平台上仿真实现多个常见调制方法
7、。最常见最关键模拟调制方法是用正弦波作为载波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工具箱实现,并对仿真结果进行分析,从而更深入地掌握模拟调制系统相关知识。通信系统通常模型实现信息传输所需一切技术设备和传输媒质总和称为通信系统。以基础点对点通信为例,通信系统组成(通常也称为通常模型)。利用系统仿真能够快速构建一个通信系统模型,为通信和信号处理系统设计和分析提供一个便捷,高效且正确评定平台。能够将软件模型和硬件原型输出数据和从真实系统信号相互结合起来,从而使设计过程和评定过程统一起来,协同工作,使得设计中错误得以立即修正,最终使得设计结
8、果和实际系统运行环境相吻合,确保后期产品化过程顺利进行。在中国,现代社会发展要求通信系统功效越来越强,性能越来越高,组成越来越复杂;其次,要求通信系统技术研究和产品开发缩短周期,降低成本,提升水平。如此要求只有经过使用强大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,几乎能够对全部设计细节进行分层次建模和评定,而且模型无需针对解析分析简化,所以评价结果愈加正确,更靠近实际运行情况。,伴随超大规模集成电路工艺成熟和计算机和数字信号处理技术充足发展,数字通信发展快速,大多数模拟通信系统已被数字通信系统所替换。尽管在未来一段时间内数字通信系统还不能完全替换模拟通信系统那个,但通信
9、朝着数字化方向发展是不会改变,这是有数字通信和模拟通信本身特点所决定。 从宏观看,世界通信方法,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。现在模拟通信系统还在使用,但因为大家对多种通信业务需求快速增加,数字通信正向着小型化、智能化、高速大容量方向快速发展,最终必将替换模拟通信。从中我们能够看出通信在我们生活中关键,它给我们带来了多种多样消息,假如有一天它消失了,我不敢想象世界会变成怎样。3. 现代通信系统介绍3.1 通信系统通常模型通信就是克服距离上障碍,从一地向另一地传输和交换消息。消息是信息源所产生,是信息物理表现,比如,语音、文字、数据、图形和图象等全部是消息(Mess
10、age)。消息有模拟消息(如语音、图象等)和数字消息(如数据、文字等)之分。全部消息必需在转换成电信号(通常简称为信号)后才能在通信系统中传输。所以,信号(Signal)是传输消息手段,信号是消息物质载体。通信目标是传输消息,但对受信者有用是消息中包含有效内容,也即信息(Information) 。消息是具体、表面,而信息是抽象、本质,且消息中包含信息多少能够用信息量来度量。通信系统就是传输信息所需要一切技术设备和传输媒质总和,包含信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿(受信者) ,它通常模型图3-1。图 3-1 通信系统通常模型3.2 模拟通信系统模型和数字通信系统模型3.2.1 模拟通信系
11、统模型在模拟通信系统中,信源(信息源,也称发终端)作用是把待传输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)原始电信号,其特点是信号频谱从零频周围开始,含有低通形式。依据原始电信号特征,基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号,对应地,信源也分为数字信源和模拟信源。发送设备基础功效是将信源和信道匹配起来,立即信源产生原始电信号(基带信号)变换成适合在信道中传输信号。变换方法是多个多样,在需要频谱搬移场所,调制是最常见变换方法;对传输数字信号来说,发送设备又常常包含信源编码和信道编码等。信道是指信号传输通道,能
12、够是有线,也能够是无线,甚至还能够包含一些设备。图中噪声源,是信道中全部噪声和分散在通信系统中其它各处噪声集合。在接收端,接收设备功效和发送设备相反,即进行解调、译码、解码等。它任务是从带有干扰接收信号中恢复出对应原始电信号来。信宿(也称受信者或收终端)是将复原原始电信号转换成对应消息,如电话机将对方传来电信号还原成了声音。图3-2所表示:图 3-2 模拟通信系统通常模型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,收信者和模拟一样,加密器,编码器看名字就能猜出功效了吧,需要说明是,图中调制器 / 解调器、加密器 / 解密器、编码器 / 译码器等步骤,在具体通信系统
13、中是否全部采取,这要取决于具体设计条件和要求。但在一个系统中,假如发端有调制 / 加密 / 编码,则收端必需有解调 / 解密 / 译码。通常把有调制器 / 解调器数字通信系统称为数字频带传输通信系统。 数字基带传输通信系统和频带传输系统相对应,我们把没有调制器 / 解调器数字通信系统称为数字基带传输通信系统,图所表示。图中基带信号形成器可能包含编码器、加密器和波形变换等,接收滤波器亦可能包含译码器、解密器等。模拟信号数字化传输通信系统上面叙述数字通信系统中,信源输出信号均为数字基带信号,实际上,在日常生活中大部分信号(如语音信号)为连续改变模拟信号。那么要实现模拟信号在数字系统中传输,则必需在
14、发端将模拟信号数字化,即进行 A/D 转换;在接收端需进行相反转换,即 D/A 转换。实现模拟信号数字化传输系统图3-3所表示。图 3-3 数字通信系统通常模型 图 3-4 数字通信系统仿真模型3.3 模拟通信和数字通信区分和优缺点依据信号方法不一样,通信可分为模拟通信和数字通信。什么是模拟通信呢?比如在电话通信中,用户线上传送电信号是伴随用户声音大小改变而改变。这个改变电信号不管在时间上或是在幅度上全部是连续,这种信号称为模拟信号。在用户线上传输模拟信号通信方法称为“模拟通信”。 数字信号和模拟信号不一样,它是一个离散、脉冲有没有组合形式,是负载数字信息信号。电报信号就属于数字信号。现在最常
15、见数字信号是幅度取值只有两种(用0和1代表)波形,称为“二进制信号”。“数字通信”是指用数字信号作为载体来传输信息,或用数字信号对载波进行数字调制后再传输通信方法。 数字通信和模拟通信相比含有显著优点:首先是抗干扰能力强。数字通信中信息是包含在脉冲有没有之中,只要噪声绝对值不超出某一门限值,接收端便可判别脉冲有没有,以确保通信可靠性。其次是远距离传输仍能确保质量。因为数字通信是采取再生中继方法,能够消除噪音,再生数字信号和原来数字信号一样,可继续传输下去,这么通信质量便不受距离影响,可高质量地进行远距离通信。另外,它还便于采取大规模集成电路,便于实现加密处理,便于实现通信网计算机管理等优点。
16、实现数字通信,必需使发送端发出模拟信号变为数字信号,这个过程称为“模数变换”。模拟信号数字化最基础方法有三个过程,第一步是“抽样”,就是对连续模拟信号进行离散化处理,通常是以相等时间间隔来抽取模拟信号样值。第二步是“量化”,将模拟信号样值变换到最靠近数字值。因抽样后样值在时间上虽是离散,但在幅度上仍是连续,量化过程就是把幅度上连续抽样也变为离散。第三步是“编码”,就是把量化后样值信号用一组二进制数字代码来表示,最终完成模拟信号数字化。数字信号送入数字网进行传输。接收端则是一个还原过程,把收到数字信号变为模拟信号,即“数据摸变换”,从而再现声音或图像。 假如发送端发出信号原来就是数字信号,则用不
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