基于MATLAB通信系統(tǒng)的設(shè)計仿真

1、基于MATLAB的通信系統(tǒng)的設(shè)計與仿真系別 電氣工程系 專業(yè) 電子信息工程 姓 名 劉得隴 學(xué) 號 25 指導(dǎo)教師姓名 鐘立華 選題關(guān)鍵詞：PSK調(diào)制、NRZ碼型、AWGN信道關(guān)鍵詞介紹PSK調(diào)制：2PSK數(shù)字調(diào)制原理在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中,當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號離散變化時,則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)信號. 通常用已調(diào)信號載波的 0和 180分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號的 1 和 0.NRZ碼型：不歸零碼(NRZ,Non-Return to Zero)基帶傳輸時,需要解決數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號表示以及收發(fā)兩端之間的信號同步問題。對于傳輸數(shù)字信號來說,最簡單最常用的方法是用不同的電壓電

2、平來表示兩個二進(jìn)制數(shù)字,也即數(shù)字信號由矩形脈沖組成。按數(shù)字編碼方式，可以劃分為單極性碼和雙極性碼，單極性碼使用正（或負(fù)）的電壓表示數(shù)據(jù)；雙極性碼是二進(jìn)制碼，1為反轉(zhuǎn)，0為保持零電平。根據(jù)信號是否歸零，還可以劃分為歸零碼和非歸零碼，歸零碼碼元中間的信號回歸到0電平，例如“1”為正電平，“0”為負(fù)電平， 每個數(shù)據(jù)表示完畢后，都會回歸到零電平狀態(tài)，而非歸零碼沒有回歸到零電平的過程，例如“1”為高電平，“0”為低電平。AWGN信道：不考慮通信信道信號時，由寬頻帶范圍描述的統(tǒng)計隨機(jī)無線噪聲。AWGN，在通信上指的是一種通道模型（channel model），此通道模型唯一的信號減損是來自于寬帶（Band

3、width）的線性加成或是穩(wěn)定譜密度（以每赫茲瓦特的帶寬表示）與高斯分布振幅的白噪聲。白噪聲是指功率譜密度在整個頻域內(nèi)均勻分布的噪聲，即其功率譜密度為常數(shù)。一、課題說明通信是通過某種媒體進(jìn)行的信息傳遞，目的是傳輸信息，通信系統(tǒng)是用以完成信息傳輸過程的技術(shù)系統(tǒng)的總稱，作用是將信息從信源發(fā)送到一個或多個目的地。調(diào)制與解調(diào)在信息的傳輸過程中占據(jù)著重要的地位，是不可或缺的，因此研究系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)過程就極為重要。MATLAB是集數(shù)值計算、圖形繪制、圖像處理及系統(tǒng)仿真等強(qiáng)大功能于一體的科學(xué)計算語言，它強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算和圖形可視化的功能以及豐富的工具箱，為通信系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)過程的分析提供了極大的方便?，F(xiàn)代

4、社會發(fā)展要求通信系統(tǒng)功能越來越強(qiáng)，性能越來越高，構(gòu)成越來越復(fù)雜；另一方面，要求通信系統(tǒng)技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)縮短周期，降低成本，提高水平。這樣尖銳對立的兩個方面的要求，只有通過使用強(qiáng)大的計算機(jī)輔助分析設(shè)計技術(shù)和工具才能實現(xiàn)。通信系統(tǒng)仿真貫穿通信系統(tǒng)工程設(shè)計的全過程，對通信系統(tǒng)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。本報告針對通信系統(tǒng)仿真的探討主要做了以下的工作：(1)介紹了通信系統(tǒng)仿真的相關(guān)內(nèi)容，包括通信系統(tǒng)仿真的一般步驟。(2)對通信系統(tǒng)中的主要環(huán)節(jié)，如模擬信號的數(shù)字傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。(3)在理解通信系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上，利用Simulink強(qiáng)大的仿真功能，對PSK通信系統(tǒng)進(jìn)行了模型構(gòu)建、系統(tǒng)設(shè)計、仿真演

5、示、結(jié)果顯示，并且給出了具體的分析。二、基本原理1、通信系統(tǒng)仿真的一般步驟通信系統(tǒng)仿真一般分成3個步驟，即仿真建模、仿真實驗和仿真分析。應(yīng)該注意的是，通信系統(tǒng)仿真是一個螺旋式發(fā)展的過程，因此，這3個步驟可能需要循環(huán)多次才能達(dá)到想要的結(jié)果。當(dāng)前系統(tǒng)仿真建模仿真實驗仿真分析結(jié)論分析改造后的系統(tǒng) 研究方式圖示2.數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)（Digital Communication System,DCS）是利用數(shù)字信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)，如圖3所示。數(shù)字通信所涉及的技術(shù)問題很多，其中主要有信源編碼與譯碼、信道編碼與譯碼、數(shù)字調(diào)制與解調(diào)、同步以及加密與解密等。數(shù)字調(diào)制信道編碼加密信源編碼信息源噪聲源信

6、道受信者信源譯碼信道譯碼解密數(shù)字解調(diào) 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 與模擬通信相比，數(shù)字通信具有許多優(yōu)良的特性：（1） 抗干擾能力強(qiáng)，且噪聲不積累。數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸?shù)氖请x散取值的數(shù)字波形，接收端的目標(biāo)不是精確的還原被傳輸?shù)牟ㄐ?，而是從收到噪聲干擾的信號中判決出發(fā)送端所發(fā)送的是哪一個波形。（2） 傳輸差錯可控。在數(shù)字同喜系統(tǒng)中，可以通過信道編碼技術(shù)進(jìn)行檢錯與糾錯，降低誤碼率，提高傳輸質(zhì)量。（3） 便于用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)對數(shù)字信息進(jìn)行處理、變換、存儲。這種數(shù)字處理的靈活性表現(xiàn)為可以將來自不同信源的信號綜合到一起傳輸。（4） 易于集成，使通信設(shè)備微型化，重量輕。（5） 易于加密處理，且保密性好。 數(shù)字通信

7、的缺點是，一般需要較大的傳輸帶寬，設(shè)備復(fù)雜。近年來，隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜程度和技術(shù)難度大大降低了，數(shù)字傳輸方式日益受到歡迎。數(shù)字處理的靈活性使得數(shù)字傳輸系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)字信息既可以來自計算機(jī)、電傳機(jī)等數(shù)據(jù)終端的各種數(shù)字代碼，也可以來自模擬信號經(jīng)過數(shù)字化處理后的脈沖編碼（PCM）信號等。原理上，數(shù)字信息可以直接用數(shù)字代碼序列表示和傳輸，但在世紀(jì)傳輸中，視系統(tǒng)的要求和信道情況，一般需要進(jìn)行不同形式的編碼，并且選用一組取值有限的離散波形來表示，這些取值離散的波形可以是未經(jīng)調(diào)制的電信號，也可以是調(diào)制后的信號。未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號所占據(jù)的頻譜是從零頻或很低頻率開始，稱為數(shù)字基帶信號注

8、：數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，為了使數(shù)字基帶信號能夠在信道中傳輸，要求信道應(yīng)具有低通形式的傳輸特性。然而，在實際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳輸特性，數(shù)字基帶信號不能直接在這種帶通傳輸特性的信道中傳輸。必須用數(shù)字基帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生各種已調(diào)數(shù)字信號。注：PSK數(shù)字調(diào)制原理在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中,當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號離散變化時,則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)信號. 通常用已調(diào)信號載波的 0和 180分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號的 1 和 0。 2PSK原理圖 2PSK信號的解調(diào)原理圖三、數(shù)字通信2PSK系統(tǒng)建模1、建?；静襟E通信系統(tǒng)仿真的基本步驟如下：（1）建立數(shù)學(xué)

9、模型：根據(jù)通信系統(tǒng)的基本原理，確定總的系統(tǒng)功能，并將各部分功能模塊化，找出各部分之間的關(guān)系。（2）仿真系統(tǒng)：根據(jù)建立的模型按系統(tǒng)流程框圖模型連接，組建要仿真的通信系統(tǒng)模型。（3）設(shè)置、調(diào)整參數(shù)：參數(shù)設(shè)置包括運(yùn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和功能模塊運(yùn)行參數(shù)設(shè)置。（4）設(shè)置觀察窗口，分析仿真數(shù)據(jù)和波形：在系統(tǒng)模型的關(guān)鍵點處設(shè)置觀測輸出模塊，用于觀測仿真系統(tǒng)的運(yùn)行情況，以便及時調(diào)整參數(shù)，分析結(jié)果。2、系統(tǒng)仿真的軟件實現(xiàn)在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中,當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號離散變化時,則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)信號. 在此用已調(diào)信號載波的 0和 180分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號的 1 和 0.用兩個反相的載

10、波信號進(jìn)行調(diào)制，其方框圖如下：SCOPE產(chǎn)生波形自上至下順序分別為：sine wave、伯努利發(fā)生信號、反向載波、PSK波形其中元件圖與元件參數(shù)設(shè)置分別如下：A正弦載波B.正弦反向載波C帶通濾波器D信號發(fā)生器E誤碼計算器F.乘法器G誤碼顯示器整體模塊圖：發(fā)射模塊加入高斯白噪聲：四、仿真源代碼a=1 1 0 0 1 1 0 0 l=linspace(0,2*pi,50); f=sin(2*l); t=linspace(0,10*pi,400); out=1:400; b=1:400; d=1:400; c=1:7; w=1:400; for i=1:7 if a(i)=0 for j=1:50

11、out(j+50*(i-1)=f(j); end else for j=1:50 out(j+50*(i-1)=-f(j); end end end for i=1:7 for j=1:50 m=0;n=0; if out(j+50*(i-1)-f(j)=0 m=m+1; end if out(j+50*(i-1)+f(j)=0 n=n+1; end end if mn c(i)=0; else c(i)=1; end end c for i=1:7 for j=1:50 b(j+50*(i-1)=a(i); d(j+50*(i-1)=c(i); w(j+50*(i-1)=f(j); end

12、end subplot(3,1,1),plot(t,b),axis(0 10*pi -0.2 1.2), xlabel(t),ylabel(調(diào)制信號); subplot(3,1,2),plot(t,w),axis(0 10*pi -1.2 1.2), xlabel(t),ylabel(載波); subplot(3,1,3),plot(t,out),axis(0 10*pi -1.2 1.2),xlabel(t),ylabel( PSK波形);運(yùn)行波形：functionr,x,y=raychan(n) %n為路徑數(shù) x,y分別為疊加后信號實部和虛部，r為信號包絡(luò) t=1; v=50; lamda

13、=1/3; %t，v，lamda初始化一個值 alpha=rand(1,n); %產(chǎn)生n條路徑的幅度向量 phi=2*pi*rand(1,n); %產(chǎn)生n條路徑的相位向量 theta=2*pi*rand(1,n); %產(chǎn)生n條路徑的多普勒頻移的角度向量 s=alpha.*(exp(j.*(phi+2*pi*v*t/lamda*cos(theta)*ones(1,n); %s為n條路徑的疊加 x=real(s); y=imag(s); r=sqrt(x2+y2); end解調(diào)模塊：a=1 1 0 0 1 1 0 0 b=-pi:0.1*pi: pi*10t=pskmod(a,2);%t=pskm

14、od(a,8,ini_phase)plot(t,b),axis(0 10*pi -0.2 1.2), xlabel(t),ylabel(已調(diào)信號);figurez=pskdemod(t,2);%z=pskdemod(t,8,ini_phase)plot(z,b),axis(0 10*pi -0.2 1.2), xlabel(t),ylabel(還原信號);hold off五、常見報錯：解決方案:直接加入高斯白噪聲，與加法器相與。六、總結(jié)與分析為期2周的課程設(shè)計到此結(jié)束。期間收獲頗豐！剛接觸課程設(shè)計選題時，是沒什么頭緒的。由于個人知識基礎(chǔ)知識不夠牢固，在初始階段耗費(fèi)了大量的時間摸索、嘗試。但是，事實證明，實踐的過程也就是學(xué)習(xí)的過程。在課程設(shè)計期間，雖然停課2周，但是反而比以往更加緊湊充實。往返于圖書館實驗室之間，查閱了幾乎學(xué)校所有的相關(guān)書籍，也在網(wǎng)絡(luò)上找到了大量的相關(guān)資料。經(jīng)過長時間的閱讀、學(xué)習(xí)。了解了現(xiàn)代通信原理中通信系統(tǒng)的基本架構(gòu)、PSK信號調(diào)制方式、