基于malab的通信原理仿真平台

基于malab的通信原理仿真平台

“通信原理”课程理论严谨，强化实践环节更为重要。通过实践环节,可以较好地提高学生对抽象概念的理解能力。然而通信技术的发展日新月异,实验教学设备难以经常更新,不能满足理论密切联系实践的需要。随着计算机仿真技术的发展,构筑通信系统仿真平台,可以在计算机上显示不同系统的工作原理,进行波形观察、频谱分析和性能分析等,为通信原理实践教学提供了强有力的工具。MATLAB最初是Mathworks公司推出的一种数学应用软件,经过多年的发展,开发了包括通信系统在内的多个工具箱,从而成为目前科学研究和工程应用最流行的软件包之一。MATLAB的动态仿真软件SIMULINK提供了可视化的系统仿真环境和多个模型库,在模型库中提供了丰富的功能模块,采用模块化设计,可以方便、灵活地建立通用性较强的通信仿真模型。一、simulink通信工具箱是一个运算函数和仿真模块的集合体,包括了对通信系统进行分析和仿真所需的信源编码、纠错编码、信道、调制解调以及其他所用的全部库函数和模块,它是以MATLAB和SIMULINK为工作平台运行的,用户可以在MATLAB的工作空间中直接调用工具箱函数,也可以利用SIMULINK的平台构造自己的仿真模块,扩充通信工具箱的内容。MATLAB通信工具箱的设计界面如图1所示整个设计界面包括了通信系统的各个部分,用户可以根据需要进行系统整体或任一部分的仿真研究,十分方便。二、现代通信的观点数字通信系统具有抗干扰能力强、保密性好、易于集成、体积小等优点,受现代通信系统的青睐,也是通信原理教学的重点。典型数字通信系统模型如图2所示:1.fsk信号仿真数字调制是用基带信号控制载波的某些参数作离散变化,将数字基带信号变换成适于信道传输的数字频带信号。数字调制共有三种基本形式,即振幅键控(ASK)、频移键(FSK)、相移键控(PSK)。二进制数字信号的状态只有“1”和“0”两种,由它们决定着变化状态。下面以二进制FSK为例介绍数字调制与解调系统的仿真。(1)2FSK信号的形成与解调在二进制移频键控(2FSK)中载波频率随着调制信号“1”或“0”而变,“1”对应于载波f1,“0”对应于载波频率f2。在一个FSK系统中,发端把基带信号的变化规则转换成对应的载波变化,而在收端则完成与发端相反的转换。FSK信号在信道中传输的是两个载频的切换。二进制移频键控的调制器可以采用模拟信号调频电路来实现,但更容易的方法是采用键控法,两个独立的载波发生器的输出受控于输入的二进制信号,按照“1”或“0”分别选择一个载波作为输出。解调有非相干解调和相干解调两种。另一种常用而简便的解调方法是过零检测法,其基本原理是根据移频键控的过零率的检测已调信号中的频率变化。输入已调信号经限幅、微分、整流后形成与频率变化相应的脉冲序列,由此形成一定宽度的矩形波,经低通滤波器滤除高次谐波,抽样判决后即可得到原始的调制。(2)2FSK的仿真模型2FSK的仿真模型如图3所示基带信号为幅度为2,周期为3秒,占空比为1:1的脉冲信号。其波形如图4所示。“1”或“0”分别选择频率为20.877rad/sec和8.377rad/sec的正弦波作为载波输出。解调采用相干解调。经过该调制解调系统,接收到的信号波形如图5所示。可见得到的仿真结果比较理想。2.dm的电路及仿真模型将语音模拟信号在数字通信系统里进行传输,需通过抽样、量化和编码等手段将模拟语音信号变成数字信号。这种数字信号经传输后,在接收端进行上述过程的逆变换就可恢复出原模拟信号。广泛使用的编码技术很多,本文以增量调制系统(DM)为例,介绍语音信号的数字化传输仿真系统。同时给出脉冲编码调制系统的仿真模型。(1)增量调制DM的仿真(1)DM信号的形成与解调随着中、大规模集成电路技术的进步,各种通信专用集成电路迅速发展。DM编译码器、开关电容滤波器以及用户接口电路的集成化,为全集成化DM数字电话终端设备提供了物质条件。与通用的分立元件及小规模集成电路的编译码器相比,集成化系统在缩小体积、降低功耗方面有明显效益,对减少量化噪声、增大动态范围等指标起了良好的作用。DM是用一位二进制码元进行编码,且这一位码元不是用来表示信号抽样值大小,而是用来表示抽样时刻波形的变化趋势,DM近似于输入信号的高抽样率阶梯信号,其差值信号被量化成+§、-§两个电平,当任意一个样点上近似信号曲线下方,应升高一个§值,反之,应减少一个§值。DM系统包括增量调制器、信道、检测器、积分器(译码器)和低通滤波器等。将模拟信号m(t)与本地译码器输出的波形m'(t)比较,在抽样脉冲作用下,将相减结果进行极性判决。m(t)|t=ti前-m'(t)|t=ti前>0,则DM信号为1;m(t)|t=ti前-m(t)|t=ti前<0,则DM信号为0。其中,t=ti前为在阶梯信号波形跃变点的前一瞬间(上升沿)。(2)DM的仿真模型DM仿真模型如图6所示。音频信号波形与接收端还原信号波形如图7,图8所示。(3)PCM的仿真模型PCM仿真模型如图9所示,音频信号及接收端还原信号如图10,图11所示。从仿真结果可见,DM系统要优于PCM通信系统。三、实验结果与分析本文以实例阐述