基于SIMULINK的通信系统仿真.docx
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基于SIMULINK的通信系统仿真
北京邮电大学世纪学院
毕业设计（论文）
题目
基于SIMULINK的通信系统仿真
学号
08010432
学生姓名
罗倩为
专业名称
通信工程
所在系（院）
通信与信息工程系
指导教师
丁海洋
2012
年
6
月
1
日
北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）任务书
姓名
罗倩为
学号
08010432
专业
通信工程
系（院）
通信与信息工程系
设计（论文）题目
基于SIMULINK的通信系统仿真
题目分类
□工程设计；■工程技术研究；□软件工程（如CAI课题等）；□专题研究；□艺术设计；□其他
题目来源
□自然科学基金与部、省、市级以上科研课题；□企、事业单位委托课题；□院级课题；■自拟课题□其他
指导教师（指导教师组
组长及成员姓名）
职称
工作单位
备注
丁海洋
讲师
北京印刷学院
指导教师
毕业设计（论文）的内容和要求：
[注意：
选题尽量与实际应用需求相结合。
要求写明本设计（论文）所涉及的分析方法或技术手段（如定性、定量分析的方法）；要求有学生独立的见解，设计内容要详细写明具体步骤和技术指标]。
要求该学生独立基于SIMULINK的通信系统仿真。
该学生首先要熟悉通信系统的概念，查阅有关资料，掌握模拟系统和数字调制解调技术以及其通信原理，课程设计需要运用SIMULINK实现AM,DSB,SSB,2ASK,2FSK,2PSK调制解调原理，实现3种模拟信号和3种数字信号调制过程，至少完成AM信号和2ASK信号的解调过程，分析调制解调波形，记录仿真结果，最后实现模拟系统和数字系统的系统仿真。
应完成的工作和提交材料要求（课题完成后应提交成果的种类、数量、质量等方面的要求）：
1.基于SIMULINK的通信系统仿真模型；仿真结果记录；
2.毕业设计论文
3.外文翻译
主要参考文献（参考文献不少于4篇，参考文献目录按GB/T7714—2005的要求填写）：
[1]王兴亮.通信系统原理教程[M].西安：
西安电子科技大学出版社，2007：
20~264.
[2]刘保柱等.MATLAB7.0从入门到精通（修订版）[M].北京：
人民邮电出版社，2010：
43~80.
[3]孙屹.SIMULINK通信仿真开发手册[M].北京:
国防工业出版社，2004：
12~78.
[4]李贺冰.SIMULINK通信仿真教程[M].北京：
国防工业出版社，2006：
24~57.
[5]刘斐.基于SIMULINK的通信系统仿真[J].电脑知识与技术，2011，53（3）：
1~10.
[6]周国正等.无线技术的发展与演进[D]中国通信技术年会,2012.
[7]贺超英.MATLAB应用与实验教程[M].北京：
电子工业出版社，2010：
45~151.
[8]邓华.SIMULINK通信仿真及工程应用[M].北京：
人民邮电出版社，2003：
195~219.
[9]刘保柱.MATLAB7.0从入门到精通[M].北京：
人民邮电出版社，2010：
22~51.
[10]张化光.MATLAB/SIMULINK实用教程[M].北京：
人民邮电出版社，2009：
22~51.
[11]托马斯·迈克尔·金.基于数字信号处理器全球定位系统处理器内存减少的方法[P].
中国专利：
C042800376.4，2002-02-05.
[12]张德丰.MATLAB通信工程仿真[M].北京：
机械工业出版社，2010：
161~365.
毕业设计（论文）进度计划（从正式启动时间开始，以周为单位填写）：
第七学期末向学生下达任务书，开始毕业设计
第1周-第3周学生进行课题调研，文献查阅，完成开题报告
第4周各教学单位检查开题情况，学院抽查
第7周-第9周中期检查，要求学生每人进行口头报告，并填写中期检查表
第14周前学生完成毕业设计（论文）
第14周-第15周评阅毕业设计（论文）
第15周-第16周答辩：
学生将设计（论文），按要求装订成册，由所在专业答辩小组组织答辩
指导教师签字：
日期：
年月日
教
学
单
位
意
见
审核人签字：
系（院）（盖章）
年月日
学
院
意
见
审核专家签字：
年月日
备注1、由指导教师撰写，可根据长度加页，一式三份，教务处、系（院）各留存一份，发给学生一份，任务完成后附在论文内；
2、凡审核不通过的任务书，请重新申报。
北京邮电大学世纪学院
毕业设计（论文）诚信声明
本人声明所呈交的毕业设计（论文），题目《基于SIMULINK的通信系统仿真》是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。
本人签名：
日期：
毕业设计（论文）使用权的说明
本人完全了解北京邮电大学世纪学院有关保管、使用论文的规定，其中包括：
①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存论文；③学校可允许论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容。
本人签名：
日期：
指导教师签名：
日期：
题目基于SIMULINK的通信系统仿真
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SIMULINK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
TitleBasedonSIMULINKcommunicationssystemsimulation
Abstract
Insimulationofcommunicationsystem,producedbysimulationsourcecarryinformationnewsaftersensorintoelectricalsignal,analogbasebandsignalafteralowpassspectrumwillmovetoadapttothecarrierfrequencychannel,eventuallydemodulationreductiveintoelectricalsignals;Indigitaltransmissionsystem,digitalsignaltothehighfrequencymodulatedcarrier,abandsignal,throughthechanneltransmission,atthereceivingendafterdemodulationbackintoadigitalsignal.Thispaperappliedtheamplitudemodulationandkeyingmethodproducemodulationanddemodulationsignal.
ThispapermainlythroughSimulinktoolboxthestudyanduseoftheuseofitsrichtemplatesandtheundergraduatecoursecommunicationprincipleoftheknowledge,andcompletedtheAM,DSB,SSB,2ASK,2FSK,2PSKthreesimulationsignalandthreekindsofdigitalsignalmodulationanddemodulation,andusingSimulinkfordesignandsimulation.FirstItwokindsofcommunicationsystemmodelandtheprincipleofdifferentsignalsystemresearch,andthenwillstudysummarizedthecorrespondingtheoryandSimulinkrichmoduleincombiningthemodelingofthesimulationsystemisrealized,andadjusttheparametersofthesimulationoutputwaveformuntil,observingeffect,ultimatelyfordesignconclusionsweresummarizedinthispaper.
KeywordsCommunicationsystemmodulationSimulink
1.前言
1.1选题的意义和目的
随着现代通信系统的飞速发展,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。
1.3通信系统及其仿真技术
在我们的生活中，当人们提到通信时，自然会想到传递消息最常用、最方便和最快捷的电话、E-mail、手机等通信方式。
在这些通信方式中，是用电信号来传递消息，因而称之为电信。
这些产生、传输电信号和在接收端把它恢复为原来的消息的设备的总体，就构成了一个通信系统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。
在实际的通信中，由于通信业务的多样性，消息的来源也是多种多样的，但基本可以分为两大类：
连续的和离散的。
连续的消息如话音，声波振动的幅度是随时间连续变化的。
若把它转换为随时间连续变化的电压信号，信号幅度是时间连续函数。
这样的信号称作模拟信号；而离散消息，如打字机产生的消息，输出的消息符号个数是有限的。
如信号的参数与离散消息对应而离散取值，这就是数字信号。
构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。
利用可视化仿真工具Simulink对通信系统进行了仿真分析的技术路线分为:
对仿真数学模型的有效性验证；对通信系统仿真模型（程序）的验证；对仿真算法的验证；对仿真结果置信度分析。
近年来,在通信系统建模的,分析和仿真评估领域已经发展了大量的计算机辅助技术，这技术大体分为三大类：
（1）基于理论分析的解析方法，如利用计算机对复杂的系统性能评估公式进行数值计算等；
（2）结合通信系统硬件原型和测试设备的计算机辅助仿真方法，通常应用于原型系统实现的中后期和原型系统调试中；
（3）基于纯软件的系统仿真方法，即首先对通信系统进行数学建模，然后通过计算机来模拟系统行为，波形以及信号通过系统的过程，并对系统性能指标进行仿真测试和统计分析的一系列方法。
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。
通信系统仿真的基本步骤如下：
（1）建立数学模型：
根据通信系统的基本原理，将整个系统简化到有源系统，确定总的系统功能，并将各部分功能模块化，找出各部分之间的关系，画出系统流程框图模型。
（2）仿真系统：
根据建立的模型从SIMULINK通信模型库（MATLAB所提供的CommunicationToolboxSimulinkBlockLibrary）的各个子库中将所需要的单元功能模块拷贝到Untitled窗口，按系统流程框图模型连接，组建要仿真的通信系统模型。
（3）设置、调整参数：
参数设置包括运行系统参数设置（如系统运行时间。
采样速率等）和功能模块运行参数设置（如正弦信号的频率、幅度、初相；低通滤波器的截止频率、通带增益、阻带衰减等）。
（4）设置观察窗口，分析仿真数据和波形：
在系统模型的关键点处设置观测输出模块，用于观测仿真系统的运行情况，以便及时调整参数，分析结果。
（5）生成新的模块：
对于CommunicationToolbox中没有的功能模块，可以根据以掌握的技术生成所需新的子模块，以便随时调用。
1.4毕设的主要内容
本人在进行通信系统仿真时的主要内容，简单介绍如下：
首先，学习相关的基础知识，如通信系统各部分的组成，各部分的作用，理论上不同信号在通过系统每个部分后该发生的变化，以及Simulink建模和仿真原理，以及它的使用，必须清晰丰富的模块组的功能和应用；
其次，做出通信系统的基本模型，分为模拟的和数字的，并且用Simulink来实现通信系统中各个部分的仿真，调制部分，解调部分等等，并且整合到一起，设置不同的参数，观察示波器的波形图；
最后，根据设置的不同的参数来进行仿真结果的分析，不同的参数不同的波形图，并且对模拟通信系统和数字通信系统都做出分析比较。
2.SIMULINK与通信系统仿真
2.1SIMULINK和其模块简介
近几年，在学术界和工业领域，Simulink已成为在动态系统领域建模和仿真方面分，Simulink具有相对独立的功能和使用方法。
确切的说，它是一个用来对动态系统进行建模、应用最广泛的软件包之一。
它的魅力在于强大的功能和简便的饿操作。
作为MATLAB的重要组成部仿真和分析的软件包。
它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持具有多种采样频率的系统，而且系统可以是多进程的。
在Simulink环境中，利用鼠标就可以在模型窗口中直观地"画"出系统模型，然后直接进行仿真。
它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型就像你用手和纸来画一样容易。
它与传统的仿真软件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。
Simulink包含有SINKS（输出方式）、SOURCE（输入源）、LINEAR（线性环节）、NONLINEAR（非线性环节）、CONNECTIONS（连接与接口）和EXTRA（其他环节）子模型库，而且每个子模型库中包含有相应的功能模，用户也可以定制和创建用户自己的模块。
用Simulink创建的模型可以具有递阶结构，因此用户可以采用从上到下或从下到上的结构创建模型。
用户可以从最高级开始观看模型，然后用鼠标双击其中的子系统模块，来查看其下一级的内容，以此类推，从而可以看到整个模型的细节，帮助用户理解模型的结构和各模块之间的相互关系。
在定义完一个模型后，用户可以通过Simulink的菜单或MATLAB的命令窗口键入命令来对它进行仿真。
菜单方式对于交互工作非常方便，而命令行方式对于运行一大类仿真非常有用。
采用SCOPE模块和其他的画图模块，在仿真进行的同时，就可观看到仿真结果。
除此之外，用户还可以在改变参数后来迅速观看系统中发生的变化情况。
仿真的结果还可以存放到MATLAB的工作空间里做事后处理。
模型分析工具包括线性化和平衡点分析工具、MATLAB的许多工具及MATLAB的应用工具箱。
由于MATLAB和SIMULINK的集成在一起的，因此用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。
2.2通信系统仿真的研究方法和技术路线
2.2.1通信系统仿真的研究方法
研究方法如下三种，做简单的介绍：
1.动态系统模型的状态方程求解方法：
对动态系统仿真就是利用计算机对所得出的状态方程进行数值求解的过程，通信系统则是以时间为自变量，所以相应的状态方程中的状态变量，输入输出变量也都是时间的函数；
2.蒙卡罗法：
是一种基于随机试验和统计计算的数值方法，也成为计算机随机模拟法；
3.混合法：
在随机变量的条件下的微分方程数值求解问题，同时使用了基于数值计算的状态方程求解和基于统计计算的MonteCarlo方法。
2.2.2通信系统仿真的技术路线
了解通信系统的概念，在此基础上建立系统的模型，并且根据概念模型与MATLA中SIMULINK的相应的模块进行系统各组成部分的仿真，再统一调制和解调的过程，实现整个系统的仿真，当然，分为模拟通信系统和数字通信系统两种不同的基本模型分别实现和分析。
在SIMULINK通信系统仿真模型库中，MATLAB提供的图形界面仿真工具Simulink由一系列模型库组成,包括Sources（信源模块），Sinks（显示模块），Discrete（离散系统模块），Linear（线性环节），Nonlinear（非线性环节），Connections（连接），Blocksets&Toolboxes（其他环节），了解其中模块库子模块的作用，并且分类此次仿真中需要用到的常用模块，根据原理来进行仿真建模。
整个通信系统的流程图被概括为：
信号的产生与输出、编码与解码、调制与解调。
多址接入方式、滤波器以及传输介质的模型。
每个框图都由一个子仿真模型库构成。
在通信系统中，一般情况下，传输和接受所采用的技术是相互对应的，因此，可以将发射与接收部分中各个子仿真模型库进行相应的归类。
最后连接出框图，设置各个元件的参数，就能在SCOPE中观察输出。
再进行不同系统的分析总结和比较等等。
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）。
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